近年来,双/多基地SAR受到了国际雷达界的普遍关注,多项关键技术陆续得到突破。为了准确把握这种趋势, 《中国科学:信息科学》英文版在2015年推出“双/多基地SAR特刊”,力求系统性整合其中的关键技术,包括双基地成像、双基地干涉、形变测量及高质量实验等。
在双基地成像方向,基于频域参量变换,可实现长孔径、大场景成像处理;在双基地干涉方向,基于椭圆投影思想,有效解决了双基地DEM反演的难题;在双基地SAR实验方面,系统硬件构建标准化程度提升,所采用的外辐射源已经覆盖低、中、高轨道,包括TerraSAR-X、北斗中高轨卫星等,所获取的双基地雷达图像质量与单基地雷达图像相当。理论的完善和实验平台构建的标准化,标志着作为一个信息获取手段,双/多基地SAR技术已经成熟。因此,双/多基地SAR发展的新纪元即以开发技术与具体应用背景相结合的标准化系统为标志。
作为对上述双/多基地SAR发展趋势的尝试,最近一项研究探索了基于导航卫星的双基地差分干涉技术在形变测量方面的应用,主要解决传统技术方案难以同时满足高精度、实时和低成本等要求的问题。该技术对安全领域,例如高铁铁路路基沉降等方面具有重要意义。
研究相关的论文题为:“A novel subsidence monitoring technique based on space-surface bistatic differential interferometry using GNSS as transmitters”,发表于近期出版的2015年第6期SCIENCE CHINA Information Sciences(《中国科学:信息科学》英文版),其作者为北京理工大学的曾涛、张天、田卫明和胡程。
差分合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Differential Interferometry, D-InSAR)利用至少两次通过同一区域获取的SAR影像进行差分干涉,实现高精度形变监测。传统SAR卫星重访周期较长(30天),无法适应实时形变监测的要求。利用导航卫星作为发射源,其发射信号可实现时间连续覆盖,国外有关大学开展了基于导航卫星的重轨差分干涉SAR技术研究,实现了约25px测量精度和7天的时间分辨率,其精度和实时性仍不能够满足应用需求。差分GNSS技术可实现实时形变测量,但需要在每个监测点都部署昂贵的DGNSS监测设备,限制了其应用范围。
这项研究首次提出了一种新的基于导航卫星的双基地差分干涉技术的形变监测方法,该方法结合了差分GNSS和差分干涉SAR技术:系统配置上,在需要监测形变的区域布置低成本转发器作为信标,在沉降稳定的区域布置基准站进行转发器的信号接收和信号与信息处理;处理方法上,利用时间、空间差分去除大气延迟误差,利用一定时间的相干积累提高信噪比,并同时利用多颗卫星联立差分方程来进行监测点处三维形变的实时解算,实现了实时,低成本,高精度的形变监测。在建立上述理论的基础上,通过实测实验验证了理论的正确性;结果表明,该项技术的实时形变测量精度优于1mm。
由于该项技术成本低、精度高、实时性好,可作为差分GNSS的低成本代替和传统差分干涉SAR技术的有效补充,有望应用在高速铁路路基沉降等自然形变灾害的实时监测上,为国民安全做出贡献。
这项研究得到了国家自然科学基金重大国际(地区)合作研究项目、长江学者奖励计划等资助。
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