X波段双天线SAR卫星干涉应用方法与设计指标研究

InSAR technology plays an indispensable role in topographic surveying and surface deformation monitoring. The dual-antenna InSAR system is capable of high-precision topographic surveying in a shorter period, with its fixed and calibrated baseline. In order to fill the gaps in the InSAR satellite field, an X-band dual antenna InSAR satellite is planned to develop in China to meet the Global 1:50,000 digital elevation model data acquisition and regional surface deformation monitoring needs. However, even in the international, the development of dual-antenna InSAR satellite is only planned and basically for millimeter-band, which is lack of relevant mature experience. The current successful dual-antenna InSAR platforms are the SRTM-represented space shuttle payload and other airborne systems, whose reference value are limited. To this end, aiming at the development needs of the X-band dual-antenna SAR satellite, this project will study from two InSAR applications of topographic surveying and surface deforllmation monitoring. Specifically, through theoretical analysis, method researches and simulation experiments, we will develop the basic and frontier methods such as new differential interference technique in dual antenna mode, emphatically analyze the error characteristics, construct the error calculation models, and explore the key factors affecting the accuracy of interferometric measurement, which will provide valuable references for the satellite design.

InSAR技术在地形测绘以及地表形变监测等领域具有不可或缺的作用，双天线InSAR体制以其固定且可标定的基线，能够在更短周期内进行高精度地形测绘。为了填补国内InSAR卫星领域的空白，我国计划研制X波段双天线InSAR卫星以满足全球1:5万DEM获取以及区域地表形变监测的需求。然而即使在国际上，双天线InSAR卫星研制也只存在计划中，且基本针对毫米波段，缺乏相关成熟经验；而成功运行的双天线InSAR平台则为以SRTM为代表的航天飞机载荷以及其它机载系统，参考价值有限。为此，本项目针对双天线InSAR卫星的研究需求，面向地形测绘和地表形变监测两大InSAR应用，通过理论分析、方法研究、仿真实验的手段，展开双天线模式下新的差分干涉技术等基础性和前沿性方法研究，并重点分析误差特性，构建误差计算模型，探索影响干涉测量精度的关键因素，为卫星研制提供指标参考。

对于InSAR地形测绘，双天线模式比双星分布式更具优势，核心原因在于其固定的、可标定的基线，使双天线卫星能够在更短的周期内获取高精度的全国甚至全球数字地形模型，同时减少了对地面控制数据的依赖。但我国在双天线InSAR卫星的发展上仍属空白，而国外的双天线InSAR卫星也仅处于概念和预研阶段。本项目站在InSAR应用的角度，从地形测绘和地表形变监测两个方面，针对双天线模式在干涉应用方面区别于传统InSAR技术的独特性，通过理论分析、方法预研、仿真实验相结合的途径，提出了卫星参考设计指标和技术经验。.首先，本项目提出了双天线InSAR卫星二轨自差分方法，该方法由传统的二轨法和三轨法结合并发展而来，项目解决了该方法的理论推导、处理算法、误差分析、可达到的相位精度、比单天线模式多余的观测量在提高精度中的应用、双天线模式在时序差分干涉中的延拓等关键科学问题，该方法既避免了由于外部高程引入的误差和复杂地理编码计算产生的误差，也避免了地形相位受时间失相干的影响，并在此基础上提出了基于相位金字塔的多尺度降频解缠方法，实现了复杂地形条件下双天线InSAR相位的高精度解缠，进而实现了二轨条件下高精度的地表形变提取，也为论证双天线InSAR卫星设计指标提供了理论基础；其次，本项目构建了双天线InSAR卫星在地形测绘和地表形变监测上的误差体系，以此为基础分析了其干涉测量精度和系统设计指标，通过研究星载双天线InSAR测高相位模型和形变监测相位模型，定性和定量分析误差源、误差大小和误差传播规律，构建了相位误差模型，探寻了影响星载双天线SAR干涉测量精度的关键因素。.本项目对我国拟发展的X波段InSAR卫星提供了面向干涉应用的方法研究和设计指标论证参考。