1、第六章第六章 数字高程模型的遥感数字高程模型的遥感生成方法生成方法 沈焕锋 武汉大学 资环与环境科学学院 遥感制图遥感制图提提 纲纲航天航天摄摄影影测测量量航空航天雷航空航天雷达达干涉干涉测测量量23航空航空摄摄影影测测量量1航空激光雷航空激光雷达测达测量量4SAR SAR 技术技术 SAR(Synthetic-aperture radar ) 是一种脉冲雷达技术,具有较高的分辨率,获得区域目标的图像。 SAR 具有广泛的应用领域 机载SAR 星载SARSARSAR的特点的特点 I I为什么使用雷达成像技术全天候,穿透云雾能力全天时工作穿透植被和树叶目标与频率的相互关系运动检测雷达成像方式雷达
2、成像方式SARSAR的特点的特点 II IIp距离向分辨率公式中字母分别为脉冲长度、光速、俯角飞行高度无关飞行高度无关sec2CSARSAR的特点的特点 II IIp方位分辨率(波长、斜距、天线孔径):p实例: p星载SAR距离850km,工作频率1.276GHz,像素分辨率25m 需要 8km 合成孔径DRkmDmkmRcm8258505 .23合成孔径原理合成孔径原理p8km 的孔径长度由小天线实现p原理SARSAR合成孔径原理合成孔径原理SAR SAR 基本概念基本概念p最大聚焦合成孔径长度:p天线尺寸的减小导致更长的聚焦合成孔径长度pSAR 聚焦分辨率:p分辨率的改善与天线尺寸有关,与
3、距离和波长无关DRLmax22DLRmaxsar星载星载SARSAR 机载机载SARSARSARSAR成像模式成像模式 Stripmap, Spotlight, Scan, ISAR (not pictured)SARSAR成像模式成像模式pStripmap(条带式): 最早的成像模式,1950s 低分辨率成像的最有效方法pSpotlight(聚束式): 在1970s提出 获得较高的分辨率 一次飞行中,通过不同视角改变对同一区域成像SARSAR成像模式成像模式Scan(扫描模式):信号处理非常复杂ISAR(逆SAR)雷达静止, 目标运动雷达干涉测量模式雷达干涉测量模式 三种工作方式或工作模式,
4、即距离向干涉测量(across-track interferometry)方位向干涉测量(along-trackinterferometry)和重轨干涉测量(repeat-pass interferometry) 。 距离向干涉测量距离向干涉测量是飞行平台上同时装载两个天线,其中一个负责发射并接收雷达波束,另一个则只负责接收,这样基线固定,只要能准确确定平台位置,就有利于获得高质量的干涉测量数据和高程计算结果 雷达干涉测量模式雷达干涉测量模式 方位向干涉测量目前只是在飞机平台上采用的一种方式。与距离向不同的仅在于两个天线安置的位置是一前一后,而不是飞机的一侧或两侧。 重轨干涉测量只需要一个天线
5、,在尽可能短的时间内,在大致相同的轨道上,两次获取同一地区的数据,这种方式最适合800公里以上高空的卫星。目前ERS-1/2双星重轨模式因只相隔一天,成为INSAR的主要方式获得成功。 SAR传感器SAR原始数据单视SAR数据处理运动补偿定位定向数据GPSINS生成复型数据影像配准生成配准后的复型数据相位差的相干系数计算生成相干系数图相位差数据处理滤波处理根据相干系数处理生成干涉图相位解缠生成解缠后的干涉图由相位数据计算高程地 学 编码校正生成DEM干涉图生成干涉图生成 在完成数据配准之后,每一点上的观测数据为 这是分别由两组实部数据和虚部数据形成的。由每点的两组数据可以计算出 将相位数据单独
6、显示出来,即干涉图 111jeuu 222jeuu )(212121int1221jjjeuueueuuuuintintarctan Im() Re()uu相位解缠与相位解缠与DEMDEM生成生成生成的相位数据是有缠数据,必须进行解缠基于解缠后的相位数据,利用某种方法进行DEM的计算SRTM DEMSRTM DEM SRTM数据主要是由美国太空总署(NASA)和国防部国家测绘局(NIMA)联合测量的,SRTM的全称是Shuttle Radar Topography Mission,即航天飞机雷达地形测绘使命,2000年2月11日上午11时44分,美国“奋进”号航天飞机在佛罗里达州卡那维拉尔角的
7、航天发射中心发射升空,“奋进”号上搭载的SRTM系统共计进行了222小时23分钟的数据采集工作,获取北纬60度至南纬56度之间,面积超过1.19亿平方公里的 9.8万亿字节的雷达影像数据,覆盖全球陆地表面的80%以上,该计划共耗资3.64亿美元,获取的雷达影像数据经过两年多的处理,制成了数字地形高程模型,该测量数据覆盖中国全境。SRTM DEMSRTM DEMhttp:/seamless.usgs.gov/ SRTM DEMSRTM DEM提提 纲纲航天航天摄摄影影测测量量航空航天雷航空航天雷达达干涉干涉测测量量23航空航空摄摄影影测测量量1航空激光雷航空激光雷达测达测量量4光光学学和和LID
8、ARLIDAR对对比比提供提供.更好的屋更好的屋顶顶面片信息面片信息不不规则规则的点的点有限有限的信息的信息 光光学学和和LIDARLIDAR对对比比提供提供. 丰富的信息丰富的信息通常比通常比较较好的好的边边界信息界信息阴阴影影/遮遮挡挡Optical ImageryLiDARAirborne LIDAR (Airborne LIDAR (机载激光雷达机载激光雷达) ) LIDAR是一种集激光,全球定位系统和惯性导航系统三种技术于一身的空间测量系统 。是一种新型传感器,具有十分广泛的应用范围和应用前景。 其应用已超出传统测量,遥感所覆盖的范围,成为一种独特的数据获取方式。 已有十年的成功使用
9、经验。原理原理激光信号接收器激光器目标目标传输时间 T目前激光测距主要采用计算光传输时间差目前激光测距主要采用计算光传输时间差的方式进行;的方式进行;在高精度的测距时,需要采用更为复杂的在高精度的测距时,需要采用更为复杂的技术,如:干涉激光测量等。技术,如:干涉激光测量等。设设 备备POS系统GPS惯性测量单元(IMU)激光器激光信号接收处理装置计算机飞机Initial LaserPulseBottom ReturnSurface ReturnAirborne Lidar Bathymetry (ALB)Scanning MechanismsFigure modified from: Niko
10、laos 2006MechanismGround patternMost common pattern (Leica, Optech) sawtooth典型地区典型地区LIDARLIDAR观测点观测点TIN DEMTIN DEM等高线等高线LidarLidar优势优势 能够提供密集的点阵数据(点间距可以小于1米); 能够穿透植被的叶冠; 不需要或很少需要进入测量现场; 可同时测量地面和非地面层; 数据的绝对精度在0.30米以内; 具有迅速获取数据的能力。LiDARIFSARIFSAR10m USGS DEMStreamsLandslideLiDARStreamsLandslideChannel Hydraulics / Flood Plain MappingUrban Transportation Complex StructuresUrban Transportation Complex Structures森林地区点云森林地区点云 单棵树提取单棵树提取 与光学结合:数码城市与光学结合:数码城市