星载StereoSAR辅助InSAR提取复杂山区DEM方法研究

Spaceborne Synthetic Aperture Radar (SAR) has the advantage of being unconstrained by weather conditions and high data acquisition efficiency in Digital Elevation Model (DEM) acquisition. Therefore, the use of spaceborne SAR to obtain high-precision DEM data is an important technical tool for topographic mapping research. However, in the complex mountainous areas with undulating terrain condition and dense vegetation cover, the two mainstream technologies for extracting DEM from SAR images which are SAR stereoscopy and interferometry are encountered with challenges from StereoSAR image dense matching, InSAR vegetation scattering decorrelation and absolute terrain phase reconstruction. Since the StereoSAR has complementary advantages over InSAR and therefore can help solve the InSAR technical problems in complex mountainous areas, this project will carry out the StereoSAR assited InSAR DEM extraction method research. This project aims at solving the key problems of StereoSAR image dense matching, InSAR absolute terrain phase reconstruction, multi-directional StereoSAR and InSAR DEM fusion, and establishing automatic high-precision DEM extraction method with StereoSAR assisted InSAR, which will provide practical and reliable technology for complex mountainous terrain mapping in China.

星载合成孔径雷达(SAR)在数字高程模型(DEM)获取方面具有不受天气条件制约和数据获取效率高的优点，是开展地形测绘的重要技术手段。然而，在复杂山区由于地形起伏剧烈、植被覆盖密集，作为SAR技术提取地表高程信息的两种主流技术，立体测量(StereoSAR)和干涉测量(InSAR)却分别面临影像匹配困难、植被体散射失相干和绝对地形相位重建困难的问题，从而单独基于一种技术往往难以提取准确可靠的高程信息。为此，本项目将利用立体测量可以获取绝对测量值且不受植被体散射效应影响的特点，辅助解决干涉测量在复杂山区遇到的技术难题，开展立体测量辅助干涉测量提取复杂山区高精度DEM研究，重点解决立体影像对密集匹配、立体测量辅助干涉测量绝对地形相位重建、多方向立体测量和干涉测量DEM融合等关键问题，建立雷达立体测量辅助干涉测量自动提取复杂山区高精度DEM的数据处理流程，为我国复杂山区地形测绘提供实用可靠的技术。

雷达立体测量和干涉测量作为两种从SAR影像提取地表高程信息的主要技术具有各自不同的优缺点。干涉测量基于相位信息进行高程测量，精度高，但易受到多种去相干效应影响，同时绝对地形相位重建精度受到解缠误差以及定标精度的制约；雷达立体测量基于幅度视差信息提取高程，不受干涉去相干效应的影响，可以作为相位信息的有效补充。针对单一技术难以准确可靠重建困难地区高程信息这一瓶颈难题，本项目整合了StereoSAR和InSAR获取数字高程模型(DEM)的互补性优势，解决了立体影像对密集匹配、立体测量辅助干涉测量绝对地形相位重建、多方向立体测量和干涉测量DEM融合等关键问题，构建了完善的星载StereoSAR辅助InSAR提取DEM方法系统。目前已将该方法应用于TanDEM-X 双站模式干涉数据，重建我国嵩山实验区DEM，经过地面验证，该DEM结果可以满足国家1:25000 二级DEM高程精度标准，为我国复杂山区地形测绘任务提供了有力的技术支撑。本项目还将提出的技术方法应用于极地测绘领域，重建了全南极百米数字地形产品；对于南极半岛这个地形极度复杂的狭长入海区域，本项目重建了10米分辨率的高精度DEM数据，这两款DEM产品目前皆处于国际领先水平。作为探索性研究，本项目还拓展了DEM数据产品的应用，首次提出了基于DEM数据的冰川崩解前沿提取方法。