西部测图工程的“骑士”——机载SAR测图系统

2014-10-11 10:19:06    来源:中国勘测联合网

摘要:2011年5月13日,国家测绘局正式对外发布,由中国测绘科学研究院承担的“机载多波段多极化干涉SAR测图系统”的研制取得全面成功,西部测图工程的“骑士”正式出现在大众的眼中。

    国家西部测图工程,是我国西部200余万平方公里陆地国土尚无1:50000地形图空白区的重大基础测绘工程。我国西部无图区域自然环境恶劣、交通不便,导致人员难以进入,再加上测绘技术水平有限,所以实施西部测图工程是一大难题。

    铁人王进喜说:“有条件要上,没有条件创造条件也要上。”一场破釜沉舟的战争在召唤“骑士”的出现。我国幅员辽阔,大面积多云雾地区难于获取光学影像,机载SAR测图系统具有机动灵活、高分辨率、高精度等优势。随着我国经济建设的提速,国家西部大开发、可持续发展及能源和资源战略的实施,以及越来越多应用行业的发展,对航空SAR遥感数据的需求越来越多。


“骑士”的诞生——西部测图迫在眉睫 被逼出来的创新

    实施西部测图工程的困难主要表现在外业控制测量与调绘极为困难、内业数据处理与地图制图的工作量大和国内首次大范围采用卫星影像和雷达影像进行地形图测绘的新技术这三大方面。

    我国开始进行雷达传感器的相关研究和应用已经约有20年了,一直没有形成满足测绘需求的整套SAR测图系统,直到2011年5月13日,国家测绘局正式对外发布,由中国测绘科学研究院牵头承担的“机载多波段多极化干涉SAR测图系统(简称,机载SAR测图系统)”的研制取得全面成功,西部测图工程的“骑士”正式出现在大众的眼中。

 

西部测图工程的“骑士”——机载SAR测图系统
机载多波段多极化干涉SAR测图系统


   在系统正式启用之前,西部测图工程小组利用机载多波段多极化干涉SAR测图系统开展1:10000、1:50000雷达航空摄影与测图试验,对该系统进行验证。选择了包括平原、丘陵和高山地,地形起伏与西部测图工程横断山脉区域类似的秦岭地区作为测图试验区和定标场,完成了从数据获取到地图成果生产全流程的SAR影像测图试验。试验结果表明,机载多波段多极化系统符合测图要求。


“骑士”的佩剑——超越传统光学遥感技术 可多云雾测图

    SAR(合成孔径雷达)测图技术是目前唯一可以在多云多雾这样的测绘困难地区实现全天时、全天候快速成像、测图的遥感手段,具有传统光学遥感技术不可比拟的优势。

    这套SAR测图系统由机载多波段多极化干涉SAR数据获取集成系统、航空航天SAR影像测图工作站、机载SAR数据预处理与分发系统等三部分组成。

 

西部测图工程的“骑士”——机载SAR测图系统
机载多波段多极化干涉SAR数据获取集成系统


   其中,机载SAR数据获取集成系统攻克了高精度运动补偿、多传感器时空同步高效集成、智能导航系统的高效集成等核心技术,以美国塞斯纳“奖状”II型专业科学试验飞机作为载机,同时搭载X波段、P波段雷达,具备从万米高空获取0.5—5米不同分辨率的极化与干涉SAR数据的能力,可满足1∶10000—1∶50000比例尺测图的需求。

 

西部测图工程的“骑士”——机载SAR测图系统
合成孔径雷达系统示意图


    合成孔径雷达(SAR)工作时按一定的重复频率发、收脉冲,真实天线依次占一虚构线阵天线单元位置。把这些单元天线接收信号的振幅与相对发射信号的相位叠加起来,便合成一个等效合成孔径天线的接收信号。若直接把各单元信号矢量相加,则得到非聚焦合成孔径天线信号。在信号相加之前进行相位校正,使各单元信号同相相加,得到聚焦合成孔径天线信号。地物的反射波由合成线阵天线接收,与发射载波作相干解调,并按不同距离单元记录在照片上,然后用相干光照射照片便聚焦成像。这一过程与全息照相相似,差别只是合成线阵天线是一维的,合成孔径雷达只在方位上与全息照相相似,故合成孔径雷达又可称为准微波全息设备。

    西部测图工程依赖全天时、全天候的机载多波段多极化干涉SAR测图系统,将有效解决我国西部多云雾、多雨等测图困难地区大面积的高植被覆盖、高遮挡、高起伏、及稀少或无控制点区域的地形数据的快速获取难题,为西部测图工程的稳步推进发挥重要作用。


“骑士”的荣光——解决数据获取攻坚战 西部测图护航者

    经过多次试验调整之后,2010年5月,机载SAR测图系统正式投入西部测图工程横断山脉地区航空摄影,目前已成功获取了109个架次,近11万平方公里的2.5米分辨率的影像。其中30%架次为夜航,90%区域为云雪覆盖的地方。横断山脉区域SAR测图技术方案及生产工艺流程全面应用于西部测图工程中横断山脉区域的DOM、DLG和地表覆盖图的测图生产,完成了光学影像空白区的测图任务,实现直接经济效益1200余万元。

    专家指出,该系统可广泛应用于地形测绘、应急响应、资源调查监测、重大工程建设监测和国防安全等领域,提升中国对地观测技术水平,具有广阔的应用前景。

    国家西部测图工程的生产实践表明,“加强自主创新,构建创新型工程”是西部测图工程稳步推进的不懈动力,没有测绘科技的创新,就无法保障西部测图工程的顺利实施,无法在五年的时间内填补我国西部200余万平方公里的1:50000地形图空白区。

    西部测图工程实施领导小组组长、国家测绘局李维森副局长说:“这套系统解决了冰雪云雾覆盖区域的测图难题,弥补了航空航天光学遥感影像难以在多云雾冰雪覆盖地区影像数据获取的缺陷,在困难区域测绘、防灾减灾应急保障、地理国情监测以及国防安全方面将发挥重要作用。”(中国勘测联合网  综合报道)


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