基于物理模型的TerraSARX衛(wèi)星3米分辨率影像無控定位精度評估

李向英　隋雪蓮

摘 要：隨著高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星不斷投入使用，高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關(guān)注的對象。該文即以TerraSARX衛(wèi)星的3 m分辨率影像為對象，在立足衛(wèi)星基本性能的分析結(jié)果，以雷達(dá)衛(wèi)星物理模型為基礎(chǔ)，設(shè)計了精度試驗，對TerraSARX衛(wèi)星3米分辨率影像的無控定位精度以及依托無控定位成果生產(chǎn)可見光衛(wèi)星影像的精度進(jìn)行了評估。

關(guān)鍵詞：物理模型 定位精度 評估

中圖分類號：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像機理不受氣象條件影響的特點，雷達(dá)衛(wèi)星影像在國土測繪中一直獨具特色。然而，受限于分辨率問題，雷達(dá)影像的推廣受到一定限制。近幾年，隨著高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星不斷投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷達(dá)衛(wèi)星影像的應(yīng)用范圍愈來愈廣，相應(yīng)的，對于高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關(guān)注的對象。該文即以TerraSARX衛(wèi)星的3 m分辨率影像為對象，通過基于物理模型的精度試驗，對TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像的定位精度進(jìn)行了評估。

1 TerraSARX衛(wèi)星簡介

TerraSARX衛(wèi)星影像是目前我國商用遙感衛(wèi)星服務(wù)領(lǐng)域中少數(shù)的高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像產(chǎn)品之一。TerraSARX衛(wèi)星影像憑借1米的分辨率優(yōu)勢和X波段對地物細(xì)節(jié)的表現(xiàn)能力以及雷達(dá)衛(wèi)星獨有的不受天候氣象影響的優(yōu)勢，已經(jīng)在我國的測繪制圖領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮出獨具特色的作用。

TerraSARX衛(wèi)星提供三種模式的影像產(chǎn)品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像產(chǎn)品、3米分辨率的StripMap模式影像產(chǎn)品和1米分辨率的SpotLight模式影像產(chǎn)品。

StripMap模式影像產(chǎn)品分辨率為3 m。該產(chǎn)品幅寬，在單極化成像時為30 km，雙極化模式成像時為15 km。該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)景長度為50 km，標(biāo)準(zhǔn)掃描帶長為1650 km，最長持續(xù)拍攝時間內(nèi)可提供4200 km長的條帶數(shù)據(jù)。StripMap模式影像產(chǎn)品的極化模式包括單極化（VV、HH）、雙極化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全極化（HH/VV/HV/VH）等。該模式產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集范圍在南北緯15～60 °之間，最佳采集范圍在南北緯20～45 °之間。

2 TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像定位精度評估

2.1 TerraSARX衛(wèi)星的物理模型

科學(xué)、嚴(yán)密、合理的模型是實現(xiàn)傳感器精度指標(biāo)的關(guān)鍵，是達(dá)到精確定位目的的根本保證。如果在模型設(shè)計和實現(xiàn)過程中，能夠盡可能的對誤差源予以考慮，則可在最大限度上消除測繪過程中的系統(tǒng)誤差。我們以嚴(yán)格的雷達(dá)衛(wèi)星物理模型作為定位解算基礎(chǔ)，使模型中的每一要素都具備實際的物理意義。

2.3 評估結(jié)論

基于自主生產(chǎn)的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與控制點精度比較，平面和高程的中誤差均小于5 m。

基于自主生產(chǎn)的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與航外檢查點精度比較，平面和高程的定位精度優(yōu)于10 m，高程定位精度優(yōu)于5 m。

對以上實驗結(jié)果可見，盡管實驗中兩批次控制點的比較體現(xiàn)出明顯差異，但是，必須注意到在3 m分辨率影像基礎(chǔ)上的精度檢查環(huán)節(jié)，判讀誤差的存在不可避免。

從兩次統(tǒng)計結(jié)果看，在加入判讀帶來的0.5～2像元誤差，即1.5～6 m的判讀誤差。（判讀誤差系由對一定作業(yè)人員群體的相關(guān)判讀實踐統(tǒng)計取得）

因此，在考慮了判讀誤差對實驗結(jié)果的影響后，可以認(rèn)為，依托雷達(dá)衛(wèi)星物理模型，TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以滿足1∶25000比例尺制圖平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相較平面精度，依托雷達(dá)衛(wèi)星物理模型解算的TerraSARX衛(wèi)星3米分辨率影像的高程定位精度，僅滿足1∶50000比例尺制圖高程限差要求，無法取得的精度統(tǒng)計結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏中銓.合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2] 肖國超，等.雷達(dá)攝影測量[M].北京：解放軍出版社，2001.

[3] 王超.星載合成孔徑雷達(dá)干涉測量[M].科學(xué)出版社，2002.

[4] Kuala Lumpur.TerraSAR-X Mapping Course.2011.

[5] 高力，SAR攝影測量處理的基本方法和實踐[D].解放軍信息工程大學(xué)，2004.

[6] Thierry Toutin，Laurence Gray State-of-art of elevation extraction from satellite SAR data，Canada Centre for Remote Sensing.

[7] F.Lberl.Radargrammetric processing[M].Artech House，1990.

[8] 張翠.高分辨率SAR圖像自動目標(biāo)識別方法研究[D].國防科技大學(xué)，2003.

[9] 周月琴，鄭肇葆，李德仁，等.SAR圖像立體定位原理與精度分析[J].遙感學(xué)報，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星載合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星載SAR狀態(tài)矢量的兩種求解算法及其在像素定位中的應(yīng)用[C]//第十二屆全國遙感技術(shù)學(xué)是交流會.2000.

[12] EarthView-Remote Sensing Image Processing and Analysis Software.http：//atlsci.com/products/earthview.html.

[13] 舒寧.微波遙感原理[M].武漢測繪科技大學(xué)出版社，2003.

[14] ASTRIUM，TerraSAR-X Radargrammetry Module Production Training，2010.

[15] ASTRIUM，F(xiàn)rame camera description，2010.endprint

摘 要：隨著高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星不斷投入使用，高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關(guān)注的對象。該文即以TerraSARX衛(wèi)星的3 m分辨率影像為對象，在立足衛(wèi)星基本性能的分析結(jié)果，以雷達(dá)衛(wèi)星物理模型為基礎(chǔ)，設(shè)計了精度試驗，對TerraSARX衛(wèi)星3米分辨率影像的無控定位精度以及依托無控定位成果生產(chǎn)可見光衛(wèi)星影像的精度進(jìn)行了評估。

關(guān)鍵詞：物理模型 定位精度 評估

中圖分類號：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像機理不受氣象條件影響的特點，雷達(dá)衛(wèi)星影像在國土測繪中一直獨具特色。然而，受限于分辨率問題，雷達(dá)影像的推廣受到一定限制。近幾年，隨著高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星不斷投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷達(dá)衛(wèi)星影像的應(yīng)用范圍愈來愈廣，相應(yīng)的，對于高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關(guān)注的對象。該文即以TerraSARX衛(wèi)星的3 m分辨率影像為對象，通過基于物理模型的精度試驗，對TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像的定位精度進(jìn)行了評估。

1 TerraSARX衛(wèi)星簡介

TerraSARX衛(wèi)星影像是目前我國商用遙感衛(wèi)星服務(wù)領(lǐng)域中少數(shù)的高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像產(chǎn)品之一。TerraSARX衛(wèi)星影像憑借1米的分辨率優(yōu)勢和X波段對地物細(xì)節(jié)的表現(xiàn)能力以及雷達(dá)衛(wèi)星獨有的不受天候氣象影響的優(yōu)勢，已經(jīng)在我國的測繪制圖領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮出獨具特色的作用。

TerraSARX衛(wèi)星提供三種模式的影像產(chǎn)品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像產(chǎn)品、3米分辨率的StripMap模式影像產(chǎn)品和1米分辨率的SpotLight模式影像產(chǎn)品。

StripMap模式影像產(chǎn)品分辨率為3 m。該產(chǎn)品幅寬，在單極化成像時為30 km，雙極化模式成像時為15 km。該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)景長度為50 km，標(biāo)準(zhǔn)掃描帶長為1650 km，最長持續(xù)拍攝時間內(nèi)可提供4200 km長的條帶數(shù)據(jù)。StripMap模式影像產(chǎn)品的極化模式包括單極化（VV、HH）、雙極化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全極化（HH/VV/HV/VH）等。該模式產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集范圍在南北緯15～60 °之間，最佳采集范圍在南北緯20～45 °之間。

2 TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像定位精度評估

2.1 TerraSARX衛(wèi)星的物理模型

科學(xué)、嚴(yán)密、合理的模型是實現(xiàn)傳感器精度指標(biāo)的關(guān)鍵，是達(dá)到精確定位目的的根本保證。如果在模型設(shè)計和實現(xiàn)過程中，能夠盡可能的對誤差源予以考慮，則可在最大限度上消除測繪過程中的系統(tǒng)誤差。我們以嚴(yán)格的雷達(dá)衛(wèi)星物理模型作為定位解算基礎(chǔ)，使模型中的每一要素都具備實際的物理意義。

2.3 評估結(jié)論

基于自主生產(chǎn)的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與控制點精度比較，平面和高程的中誤差均小于5 m。

基于自主生產(chǎn)的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與航外檢查點精度比較，平面和高程的定位精度優(yōu)于10 m，高程定位精度優(yōu)于5 m。

對以上實驗結(jié)果可見，盡管實驗中兩批次控制點的比較體現(xiàn)出明顯差異，但是，必須注意到在3 m分辨率影像基礎(chǔ)上的精度檢查環(huán)節(jié)，判讀誤差的存在不可避免。

從兩次統(tǒng)計結(jié)果看，在加入判讀帶來的0.5～2像元誤差，即1.5～6 m的判讀誤差。（判讀誤差系由對一定作業(yè)人員群體的相關(guān)判讀實踐統(tǒng)計取得）

因此，在考慮了判讀誤差對實驗結(jié)果的影響后，可以認(rèn)為，依托雷達(dá)衛(wèi)星物理模型，TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以滿足1∶25000比例尺制圖平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相較平面精度，依托雷達(dá)衛(wèi)星物理模型解算的TerraSARX衛(wèi)星3米分辨率影像的高程定位精度，僅滿足1∶50000比例尺制圖高程限差要求，無法取得的精度統(tǒng)計結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏中銓.合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2] 肖國超，等.雷達(dá)攝影測量[M].北京：解放軍出版社，2001.

[3] 王超.星載合成孔徑雷達(dá)干涉測量[M].科學(xué)出版社，2002.

[4] Kuala Lumpur.TerraSAR-X Mapping Course.2011.

[5] 高力，SAR攝影測量處理的基本方法和實踐[D].解放軍信息工程大學(xué)，2004.

[6] Thierry Toutin，Laurence Gray State-of-art of elevation extraction from satellite SAR data，Canada Centre for Remote Sensing.

[7] F.Lberl.Radargrammetric processing[M].Artech House，1990.

[8] 張翠.高分辨率SAR圖像自動目標(biāo)識別方法研究[D].國防科技大學(xué)，2003.

[9] 周月琴，鄭肇葆，李德仁，等.SAR圖像立體定位原理與精度分析[J].遙感學(xué)報，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星載合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星載SAR狀態(tài)矢量的兩種求解算法及其在像素定位中的應(yīng)用[C]//第十二屆全國遙感技術(shù)學(xué)是交流會.2000.

[12] EarthView-Remote Sensing Image Processing and Analysis Software.http：//atlsci.com/products/earthview.html.

[13] 舒寧.微波遙感原理[M].武漢測繪科技大學(xué)出版社，2003.

[14] ASTRIUM，TerraSAR-X Radargrammetry Module Production Training，2010.

[15] ASTRIUM，F(xiàn)rame camera description，2010.endprint

摘 要：隨著高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星不斷投入使用，高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關(guān)注的對象。該文即以TerraSARX衛(wèi)星的3 m分辨率影像為對象，在立足衛(wèi)星基本性能的分析結(jié)果，以雷達(dá)衛(wèi)星物理模型為基礎(chǔ)，設(shè)計了精度試驗，對TerraSARX衛(wèi)星3米分辨率影像的無控定位精度以及依托無控定位成果生產(chǎn)可見光衛(wèi)星影像的精度進(jìn)行了評估。

關(guān)鍵詞：物理模型 定位精度 評估

中圖分類號：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像機理不受氣象條件影響的特點，雷達(dá)衛(wèi)星影像在國土測繪中一直獨具特色。然而，受限于分辨率問題，雷達(dá)影像的推廣受到一定限制。近幾年，隨著高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星不斷投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷達(dá)衛(wèi)星影像的應(yīng)用范圍愈來愈廣，相應(yīng)的，對于高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關(guān)注的對象。該文即以TerraSARX衛(wèi)星的3 m分辨率影像為對象，通過基于物理模型的精度試驗，對TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像的定位精度進(jìn)行了評估。

1 TerraSARX衛(wèi)星簡介

TerraSARX衛(wèi)星影像是目前我國商用遙感衛(wèi)星服務(wù)領(lǐng)域中少數(shù)的高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像產(chǎn)品之一。TerraSARX衛(wèi)星影像憑借1米的分辨率優(yōu)勢和X波段對地物細(xì)節(jié)的表現(xiàn)能力以及雷達(dá)衛(wèi)星獨有的不受天候氣象影響的優(yōu)勢，已經(jīng)在我國的測繪制圖領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮出獨具特色的作用。

TerraSARX衛(wèi)星提供三種模式的影像產(chǎn)品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像產(chǎn)品、3米分辨率的StripMap模式影像產(chǎn)品和1米分辨率的SpotLight模式影像產(chǎn)品。

StripMap模式影像產(chǎn)品分辨率為3 m。該產(chǎn)品幅寬，在單極化成像時為30 km，雙極化模式成像時為15 km。該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)景長度為50 km，標(biāo)準(zhǔn)掃描帶長為1650 km，最長持續(xù)拍攝時間內(nèi)可提供4200 km長的條帶數(shù)據(jù)。StripMap模式影像產(chǎn)品的極化模式包括單極化（VV、HH）、雙極化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全極化（HH/VV/HV/VH）等。該模式產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集范圍在南北緯15～60 °之間，最佳采集范圍在南北緯20～45 °之間。

2 TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像定位精度評估

2.1 TerraSARX衛(wèi)星的物理模型

科學(xué)、嚴(yán)密、合理的模型是實現(xiàn)傳感器精度指標(biāo)的關(guān)鍵，是達(dá)到精確定位目的的根本保證。如果在模型設(shè)計和實現(xiàn)過程中，能夠盡可能的對誤差源予以考慮，則可在最大限度上消除測繪過程中的系統(tǒng)誤差。我們以嚴(yán)格的雷達(dá)衛(wèi)星物理模型作為定位解算基礎(chǔ)，使模型中的每一要素都具備實際的物理意義。

2.3 評估結(jié)論

基于自主生產(chǎn)的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與控制點精度比較，平面和高程的中誤差均小于5 m。

基于自主生產(chǎn)的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與航外檢查點精度比較，平面和高程的定位精度優(yōu)于10 m，高程定位精度優(yōu)于5 m。

對以上實驗結(jié)果可見，盡管實驗中兩批次控制點的比較體現(xiàn)出明顯差異，但是，必須注意到在3 m分辨率影像基礎(chǔ)上的精度檢查環(huán)節(jié)，判讀誤差的存在不可避免。

從兩次統(tǒng)計結(jié)果看，在加入判讀帶來的0.5～2像元誤差，即1.5～6 m的判讀誤差。（判讀誤差系由對一定作業(yè)人員群體的相關(guān)判讀實踐統(tǒng)計取得）

因此，在考慮了判讀誤差對實驗結(jié)果的影響后，可以認(rèn)為，依托雷達(dá)衛(wèi)星物理模型，TerraSARX衛(wèi)星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以滿足1∶25000比例尺制圖平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相較平面精度，依托雷達(dá)衛(wèi)星物理模型解算的TerraSARX衛(wèi)星3米分辨率影像的高程定位精度，僅滿足1∶50000比例尺制圖高程限差要求，無法取得的精度統(tǒng)計結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏中銓.合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2] 肖國超，等.雷達(dá)攝影測量[M].北京：解放軍出版社，2001.

[3] 王超.星載合成孔徑雷達(dá)干涉測量[M].科學(xué)出版社，2002.

[4] Kuala Lumpur.TerraSAR-X Mapping Course.2011.

[5] 高力，SAR攝影測量處理的基本方法和實踐[D].解放軍信息工程大學(xué)，2004.

[6] Thierry Toutin，Laurence Gray State-of-art of elevation extraction from satellite SAR data，Canada Centre for Remote Sensing.

[7] F.Lberl.Radargrammetric processing[M].Artech House，1990.

[8] 張翠.高分辨率SAR圖像自動目標(biāo)識別方法研究[D].國防科技大學(xué)，2003.

[9] 周月琴，鄭肇葆，李德仁，等.SAR圖像立體定位原理與精度分析[J].遙感學(xué)報，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星載合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星載SAR狀態(tài)矢量的兩種求解算法及其在像素定位中的應(yīng)用[C]//第十二屆全國遙感技術(shù)學(xué)是交流會.2000.

[12] EarthView-Remote Sensing Image Processing and Analysis Software.http：//atlsci.com/products/earthview.html.

[13] 舒寧.微波遙感原理[M].武漢測繪科技大學(xué)出版社，2003.

[14] ASTRIUM，TerraSAR-X Radargrammetry Module Production Training，2010.

[15] ASTRIUM，F(xiàn)rame camera description，2010.endprint