对雷达图象作地理编码和地形校正处理的地形模型

对雷达图象作地理编码和地形校正处理的地形模型 对雷达图象作地理编码和地形校正处理的 地形模型 ? } f穆{犯,钐孑f平爻 7j—H对雷达图象作地理编码和 地形校正处理的地形模型雅飞雪 合成孔经雷达(SAR)成象在地球物理和生物物理参数的测量方面受到了地形起伏日f 起的几何,辐射效应的制约.这样的地形影响可以在SAR图象的几何方面引入很大的位 移量.从而妨碍合成孔径雷达信息与其它来源的地理参照信息的重合定位处理.除几何畸 变外,地形变化对雷达后向散射也产生强烈调制,掩敝了诸如表面粗糙度和地面介电特性 等后向散射信号的信息.为了在地形处理中充分利用SAR数据信息.这些由地形f人的 影响必须经描述和校正. 目前.地形模型提供了SAR图象地形误差校正处理的最直接的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,不嗣地形模型 中的水平垂直和倾斜方向分辨率差异及存在的人为干扰也可影响对雷达图象的几何畸变 的校正处理.为了蛤这些地形模型之间的差异和它们对雷达图象地形校正的影响进行量 化,使用了很多由传统方法生成的地形模型.以对海洋卫星图象进行校正,并对地形模型 校正处理过的图象及地形模型的差异进行评价.这种评价包括地理编码和地形校正处理图 象的精度估计,用于量化其差异的地形模型之间的比较以及这些地形模型的差异对校正的 SAR图象的影响分析. 目前,正在利用合成孔经雷达干涉仪对建立了高分辨率数字地形模型的地区开展研 究.并显示出很好的前景. 一 , 数据 研究区位于美国尤他州德拉姆山,是地形起伏大,平缓坡地及弧立山峰组成的盆岭区 的一部分.用来进行详细分析的地区位=FUSG$7.5’地形图的莱德夫人峰图幅内. 研究中所用的海洋卫星图象是1987年8月22日获取的,1990年8 月16日在喷气推 进实验室进行了校正.象景中心点的入射角为23..之所以选用海洋卫星SAR图象是因 为它是ERs—l的很好的几何原型.此外,由于SAR图象具有较小的入射角.从而夸太 了地形畸变.进行评价的地形模型有: (1)对应于USGS尤他州标准图幅=『:25万的德尔塔幅西半部的一个1.的模型(1. ×t.面积),象元大小为3×3弧度秒,高程的单位是米.这些数据与国防部测绘局绘制 的地形模型相似,且通常称之为数字地形高程数据; (2卜个USGs7,5’的模型(大小为7.5’×7,5’).对应于尤他州标准图幅1:2,4万的莱 德夫人峰幅.象元大小为30×30米.:这些数据与统一横轴麦卡托座标系的第十二区对 应: (3卜个由ISTAR公司用两景SPO’r全色图象生成的分辨率为20米的模型.这两景 图象的基高比是0.64.由于两景立体图象获取的时间间隔只有一天.用它们生成的地形 一 73一 具有根好的相关性.ISTAR公司在USGS的1:2.4万地图上选了二十个控制点,使用 1927年的北美数据库将这个地形模型投影到统一横轴麦卡托投影第十二区.地形模型的 象元大小是20米.垂直方向高程的增加度为0.1米. 二,地理编码和地形校正 对海洋卫星进行编码和地形校正处理所使用的软件是由USGS的EROS数据中心开 发的.该软件是陆地分析系统’的一部分.可以使用多种地形模型对SAR图象进行多达 二十三种的地形投影方式的几何校正.在进行地理编码和地形校正处理的过程中使用了两 种模型:合成孔经雷达传感器和平台几何模型以及地形模型.传感器和平台几何模型校正 睬她形引入的畸变之外的所有几何畸变,而地形模型校正由地形引入的畸变.使用以上三 种不同的地形模型对SAR图象进行地理编码和地形校正处理,并投影到统一横轴麦卡托 投影系中. 传感器和平台几何模型的参数必须由其它的控制信息进行改善.在这里.我们不是从 地图上选择控制信息,而是一种自动方法.在用地形模型生成模似合成孔雷达图象时提供 了用于选择控制点的参数.从几何和辐射疗面对一部分未校正处理的海洋卫星图象进行模 拟,这样,模拟图象与未校正处理的海洋卫星图象的几何特性相似.这种正确定位的模拟 SAR图象与未进行编码处理的SAR图象之间的差异为改善卫星状态失量提供了控制信 息.该模拟子图象是用海洋卫星SAR传感器和平台模型以及地形模型计算图象中每个象 元的入射角而生成的.随后,根据MuM一:man后向散射模型的修正式.用此入射角计算 截面积: :—坐!塑(1) (sin0—0.1cos0) 这里,口为雷达截面积.0是当地的入射:.模拟SAR图象中每个象元的辐射值与平 方根成正比.在模拟图象和未经地理编码!理的图象在距离与方位角(图象中的线段与样 品)方面的偏差是通过相关计算得出的,速一偏差也用于对卫星状态失量的改善,以得到 SAR传感器和平台模型. 用改善后的状态失量和相关的地形模型将经过地理编码处理的图象的象元绘制到来经 地理编码处理的图象上.这项工作是这样:完成的:从地形模型中取得高程值,并将经纬度 和高程值f人到SAR传感器和平台模型中,以计算未经地理编码处理的图象中的线段和 样品.几何校正过的SAR图象象元的亮度值可使用最近邻域法或立方卷积重采样法,根 据计算出而未进行地理编码处理的SAR图象中相应象元及围围象元值得到,对地理编码 的图象中象元都进行这种处理. 三地理编码和地型校正SAR图象的精度 该研究的目的之一就是评估用不同的地形模型进行的地理编码和地形校正处理的图象 间的差异.研究区内四种不同的地理编码和地形校正SAR图象的分辨率均被调整至12.5 米.其中2.--~N定高程为1760米的地理编码图象(1760米是研究区内最大和最小高程 一 74一 十?-., 值的平均值)’其它三种分别是:l.的USGS地形模型;7.5’的USGS地形模型和SPOT 图象派生出的2O米分辨的地形校正和地理编码图象. 笔者曾试图将每个校正的图象与可靠的资料(如l:2.4万比例尺的莱德夫人峰幅地形 图)进行对比.以取得绝对精度值,可惜海洋卫星图象的覆盖研究区的那部分不能精确地 对应于地图上的离散点. 校正图象之间的对比可以得到相对精度估计值.任意选择7.5’的USGS地形校正图 象作为比较的参照.这些图象中相应的点可以用内服识别,其在每个校正的SAR图象中 的位置均被精确地确定.表l列出了7.5’的USGS地形模型校正的SAR图象与其它三个 校正处理过的图象之间的差别. 裹1烃7.5的英国地质调壹所地形模型击E正处理的台成孔径雷达田象与其它三十烃校正处理过的田 象:问的差异汇总 经7.5的美国地质调查所地形模型拉正处理的均方根误差(米) 合成孔径雷达图象与下列图象对比线段样品总敦 由SPOT生成地形模型校正处理的合成孔径雷达图象5.9423.4324.43 由l.的地形模型校正处理的合成孔径雷达图象l8-07157.80l弼.83 由固定海拔高度地形模型校正处理的合成孔径雷达图象71.74184.17l97.61 根据数据分析.出l.USGS地形模型来对海洋卫星图象进行地形校正存在着很大 的局限性.另外.由于用l.的USGS地形模型校正的图象仅比用固定高程模型校正的 图象的均方根差小一点.而且模拟图象能表示很多地形特征.因此.本文就不再进一步 分析此模型了.下面将讨论两个较高分辨率的地形模型和它们对校正处理的影响. 四,对地形模型的评价 在对7.5’USGS地形模型和SPOT图象生成的地形模型进行评价时.分四步:(1)将 75’USGS地形模型与SPOT图象生成地形模型进行比较:(2)将SPOT图象生成的地 形模型及USGS地形模型与从l:2.4乃比例尺USGS地形图中选取的点进行比较;(3)将 两种地形模型与由摄影测量生成的(用于控制测区航摄)控制点坐标数据进行比较;(4)对地 形模型中的人为因素进行分析. 生成等值线和阴影浮雕图象,以便对这两个地形模型进行目视比较. 当把30米象元 的图象经重采样生成20米象元图象后,计算出差值图象.标准很差为5.6米的图象中. 其平均误差为7.9米.相对于USGS地形模型.该差值图象在SPOT图象生成的地形模 型中显现较低的山峰和较高的山谷. 为了便于比较地形模型与l:2,4万比例尺的莱德夫人峰幅地形图,在地形图上建立 一 个3000×3000米的正方形网格区.在地图界内的每个网格的交叉点的高程值是从间隔 为40英尺的等值线圈中内插获取的.然后,地形图上这十六个点的高程值与相对应的 一 75— USGS和SPOT图象生成的地形模型中的高程值相比较.从地形图上读取的高程值与从 7.5’USGS地形模型中的值之间平均差为一8.9米,均方根误差为l0.8米.与从SPOT图 象生成的地形模型中的高程值平均差为1.1米.均方根误差为3.9米.由于在地形模型中 山峰周围有很大的离差,这样就要在地形图上的山峰位置另外选择六个高程测量点去和地 形模型比较.对于这些附加点.地形图上的高程值与usGs地形模型的高程之间平均差 为_.0.8米,均方根误差为5.8米,而SPOT图象生成的地形模型这两个值分别为22.5米 和24.3米. 评价的第三步是将这两个地形模型的数据与用摄影测量方法生成的点坐标数据比较. 这些摄影铡置坐标值在水平方向上的精度在4米之内,在垂直方向上为2米.将摄影测量 法获取的高程值与USGS地形模形的高程值进行比较,其结果的平均差是一7.2米.均方 根误差是8.0米,与SPOT地形模型的高程比较,其结果的平均差是--0.4米.均方根误 差为3.5米.在两个阴影浮雕图象中均出现了条带状人文特征,它是地形模型中系统误差 的标志.在USGS地形模型数据中,条带状图案是在生成地形模型过程中手工压模的结 果. 从等值线图中可以发现USGS地形模型所包含的地形细节较SPOT的丰富,定量分 析表明USGS地形模型中的高程值较SPOT地形模型的高程值大,且在山峰附近,这种 差值最明显.平均高程值的差异是由于LSGS地形模型中有7—8米的正向垂直数据漂移 量,当与地形图和摄影测量数据比较时,SPOT地形模型的均方根误差要比USGS的 低.点上的验证表明,SPOT地形模型中,在坡度变化剧烈的地带.误差大.其位置可以 确定出来.在这些变化剧烈的坡度中,SF’OT地形模型可以产生高达50米的误差. 五,地形模型影响地理编码的分析 在评价这两种高分辨率地形模型时,发现它们在高程值方面差异最大,且虽大值位于 山峰.在未校正的图象中,高程值的差值与确定象元位置的斜距成反比关系,因此,在校 正图象中斜距的误差可以转换成定位误差.斜距就是当某一点被成象时地面上的该点与平 台问的视线距离.波前平面上的近似关系为: dRs=一dhco~(2) 这里,dRs是斜距微分,dh是高程值微分,0是对平坦地表的入射角.此外,高程差引 起的地距的位移差可以用下面的波前平面公式近似计算: dR::一dhcot0(3) ‘stnO 这里,dRg是由USGS和SPOT图象生成的地形模型间的高程差值(dh)引起的地距位移 的差值.由于地距是在地面上测得的,在地距测量值上的任何误差均将引起地形校正图象 上的位移. 选择两个山峰,以建立地形校正图象辛高程或斜距差异与位移的关系,这两个山峰是 莱德山和莱德夫人峰.每个山峰的位置鬼:从75’地形图的莱禧夫人峰幅上确定的,每个 山峰的位置和高程值也是从这两个高分辨率地形模型和地形校正的SAR图象获取的. USGS和SPOT地形模型对于山峰定位f度均在地形模型的精度范围内,USGS地形模 —— 76—— 型中的高程值与7.5’地形图上的仅差几米,而SPOT地形模型上的远低于地形图上的. 对于USGS地形校正的SAR图象来说,两个山峰的定位精度仍在地形模型和SAR图象 的精度范围内.但在SPOT地形校正图象中,幕德山的位移为85米而莱德夫人峰的为47 米;从(2)式中估算出这两个值分别为9O米和61米. 用平面波方程(2)可以近似计算出系统人为因素对斜距位移的影响,对USGS和 SPOT地形模型中由人为因素引起的斜距误差,根据方程(2)计算结果分别为7.4米和4.6 米,根据方程(3)计算出USGS地形模型和SPOT地形模型中的地距不确定性分别为18.8 米和11.8米,这两个值均低于地形模型的分辨率,因此不会带来能 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 出的误差. 六,结论 这项研究表明对地形变化较大地区的海洋卫星图象的地理编码和地形校正效果对于所 用的不同的地形模型差别很大,这种差异是地形模型中的高程误差在地形校正图象定位中 被放大的结果.尤其是用1.USGS地形模型的模拟图象不能分辨出原始海洋图象中肉 眼能)呃察到的显着特征,因为1.USGS地形模型的高程分辨率不太合适.这样,这些特 征在地形校正的图象上就得不到校正.几何特征对比表明用1.USGS地形模型校正的 SAR图象,其均方根误差仅比固定的平均高程地理编码图象的略低.因此,在实际应用 中.没必要进一步起用1.usGs地形模型. 用两种高分辨率地形模型对原始海洋图象进行的模拟能很好地代表原始海洋卫星图 象,但对7.5qSSGS地形模型及SPOT地形模型的分析表明这两种模型所具有的误差和 人为干扰因素能反映校正处理,对校正的SAR图象与USGS和SPOT地形模型作对比发 现两者的结果均低于两种模型的或海洋卫星图象的.但SPOT地形模型在山峰附近具有 大的定位误差.能引起校正的SAR图象上的大的位移.USGS及SPOT高分辨率地形校 正图象优于用1.地形模型校正的图象或用固定高程地理编码的图象. (黎飞雪摘译,本刊删校) 一 77—