基于物理模型的TerraSARX卫星3米分辨率影像无控定位精度评估

李向英　隋雪莲

摘 要：随着高分辨率雷达卫星不断投入使用，高分辨率雷达卫星影像的定位精度问题开始成为测绘部门日益关注的对象。该文即以TerraSARX卫星的3 m分辨率影像为对象，在立足卫星基本性能的分析结果，以雷达卫星物理模型为基础，设计了精度试验，对TerraSARX卫星3米分辨率影像的无控定位精度以及依托无控定位成果生产可见光卫星影像的精度进行了评估。

关键词：物理模型 定位精度 评估

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像机理不受气象条件影响的特点，雷达卫星影像在国土测绘中一直独具特色。然而，受限于分辨率问题，雷达影像的推广受到一定限制。近几年，随着高分辨率雷达卫星不断投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷达卫星影像的应用范围愈来愈广，相应的，对于高分辨率雷达卫星影像的定位精度问题开始成为测绘部门日益关注的对象。该文即以TerraSARX卫星的3 m分辨率影像为对象，通过基于物理模型的精度试验，对TerraSARX卫星3 m分辨率影像的定位精度进行了评估。

1 TerraSARX卫星简介

TerraSARX卫星影像是目前我国商用遥感卫星服务领域中少数的高分辨率雷达卫星影像产品之一。TerraSARX卫星影像凭借1米的分辨率优势和X波段对地物细节的表现能力以及雷达卫星独有的不受天候气象影响的优势，已经在我国的测绘制图领域内发挥出独具特色的作用。

TerraSARX卫星提供三种模式的影像产品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像产品、3米分辨率的StripMap模式影像产品和1米分辨率的SpotLight模式影像产品。

StripMap模式影像产品分辨率为3 m。该产品幅宽，在单极化成像时为30 km，双极化模式成像时为15 km。该产品标准景长度为50 km，标准扫描带长为1650 km，最长持续拍摄时间内可提供4200 km长的条带数据。StripMap模式影像产品的极化模式包括单极化（VV、HH）、双极化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全极化（HH/VV/HV/VH）等。该模式产品的数据采集范围在南北纬15～60 °之间，最佳采集范围在南北纬20～45 °之间。

2 TerraSARX卫星3 m分辨率影像定位精度评估

2.1 TerraSARX卫星的物理模型

科学、严密、合理的模型是实现传感器精度指标的关键，是达到精确定位目的的根本保证。如果在模型设计和实现过程中，能够尽可能的对误差源予以考虑，则可在最大限度上消除测绘过程中的系统误差。我们以严格的雷达卫星物理模型作为定位解算基础，使模型中的每一要素都具备实际的物理意义。

2.3 评估结论

基于自主生产的TerraSARX无控DOM与DSM提取的控制点与控制点精度比较，平面和高程的中误差均小于5 m。

基于自主生产的TerraSARX无控DOM与DSM提取的控制点与航外检查点精度比较，平面和高程的定位精度优于10 m，高程定位精度优于5 m。

对以上实验结果可见，尽管实验中两批次控制点的比较体现出明显差异，但是，必须注意到在3 m分辨率影像基础上的精度检查环节，判读误差的存在不可避免。

从两次统计结果看，在加入判读带来的0.5～2像元误差，即1.5～6 m的判读误差。（判读误差系由对一定作业人员群体的相关判读实践统计取得）

因此，在考虑了判读误差对实验结果的影响后，可以认为，依托雷达卫星物理模型，TerraSARX卫星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以满足1∶25000比例尺制图平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相较平面精度，依托雷达卫星物理模型解算的TerraSARX卫星3米分辨率影像的高程定位精度，仅满足1∶50000比例尺制图高程限差要求，无法取得的精度统计结果。

参考文献

[1] 魏中铨.合成孔径雷达卫星[M].北京：科学出版社，2001.

[2] 肖国超，等.雷达摄影测量[M].北京：解放军出版社，2001.

[3] 王超.星载合成孔径雷达干涉测量[M].科学出版社，2002.

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

[5] 高力，SAR摄影测量处理的基本方法和实践[D].解放军信息工程大学，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] 张翠.高分辨率SAR图像自动目标识别方法研究[D].国防科技大学，2003.

[9] 周月琴，郑肇葆，李德仁，等.SAR图像立体定位原理与精度分析[J].遥感学报，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星载合成孔径雷达目标定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星载SAR状态矢量的两种求解算法及其在像素定位中的应用[C]//第十二届全国遥感技术学是交流会.2000.

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

[13] 舒宁.微波遥感原理[M].武汉测绘科技大学出版社，2003.

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

[15] ASTRIUM，Frame camera description，2010.endprint

摘 要：随着高分辨率雷达卫星不断投入使用，高分辨率雷达卫星影像的定位精度问题开始成为测绘部门日益关注的对象。该文即以TerraSARX卫星的3 m分辨率影像为对象，在立足卫星基本性能的分析结果，以雷达卫星物理模型为基础，设计了精度试验，对TerraSARX卫星3米分辨率影像的无控定位精度以及依托无控定位成果生产可见光卫星影像的精度进行了评估。

关键词：物理模型 定位精度 评估

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像机理不受气象条件影响的特点，雷达卫星影像在国土测绘中一直独具特色。然而，受限于分辨率问题，雷达影像的推广受到一定限制。近几年，随着高分辨率雷达卫星不断投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷达卫星影像的应用范围愈来愈广，相应的，对于高分辨率雷达卫星影像的定位精度问题开始成为测绘部门日益关注的对象。该文即以TerraSARX卫星的3 m分辨率影像为对象，通过基于物理模型的精度试验，对TerraSARX卫星3 m分辨率影像的定位精度进行了评估。

1 TerraSARX卫星简介

TerraSARX卫星影像是目前我国商用遥感卫星服务领域中少数的高分辨率雷达卫星影像产品之一。TerraSARX卫星影像凭借1米的分辨率优势和X波段对地物细节的表现能力以及雷达卫星独有的不受天候气象影响的优势，已经在我国的测绘制图领域内发挥出独具特色的作用。

TerraSARX卫星提供三种模式的影像产品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像产品、3米分辨率的StripMap模式影像产品和1米分辨率的SpotLight模式影像产品。

StripMap模式影像产品分辨率为3 m。该产品幅宽，在单极化成像时为30 km，双极化模式成像时为15 km。该产品标准景长度为50 km，标准扫描带长为1650 km，最长持续拍摄时间内可提供4200 km长的条带数据。StripMap模式影像产品的极化模式包括单极化（VV、HH）、双极化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全极化（HH/VV/HV/VH）等。该模式产品的数据采集范围在南北纬15～60 °之间，最佳采集范围在南北纬20～45 °之间。

2 TerraSARX卫星3 m分辨率影像定位精度评估

2.1 TerraSARX卫星的物理模型

科学、严密、合理的模型是实现传感器精度指标的关键，是达到精确定位目的的根本保证。如果在模型设计和实现过程中，能够尽可能的对误差源予以考虑，则可在最大限度上消除测绘过程中的系统误差。我们以严格的雷达卫星物理模型作为定位解算基础，使模型中的每一要素都具备实际的物理意义。

2.3 评估结论

基于自主生产的TerraSARX无控DOM与DSM提取的控制点与控制点精度比较，平面和高程的中误差均小于5 m。

基于自主生产的TerraSARX无控DOM与DSM提取的控制点与航外检查点精度比较，平面和高程的定位精度优于10 m，高程定位精度优于5 m。

对以上实验结果可见，尽管实验中两批次控制点的比较体现出明显差异，但是，必须注意到在3 m分辨率影像基础上的精度检查环节，判读误差的存在不可避免。

从两次统计结果看，在加入判读带来的0.5～2像元误差，即1.5～6 m的判读误差。（判读误差系由对一定作业人员群体的相关判读实践统计取得）

因此，在考虑了判读误差对实验结果的影响后，可以认为，依托雷达卫星物理模型，TerraSARX卫星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以满足1∶25000比例尺制图平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相较平面精度，依托雷达卫星物理模型解算的TerraSARX卫星3米分辨率影像的高程定位精度，仅满足1∶50000比例尺制图高程限差要求，无法取得的精度统计结果。

参考文献

[1] 魏中铨.合成孔径雷达卫星[M].北京：科学出版社，2001.

[2] 肖国超，等.雷达摄影测量[M].北京：解放军出版社，2001.

[3] 王超.星载合成孔径雷达干涉测量[M].科学出版社，2002.

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

[5] 高力，SAR摄影测量处理的基本方法和实践[D].解放军信息工程大学，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] 张翠.高分辨率SAR图像自动目标识别方法研究[D].国防科技大学，2003.

[9] 周月琴，郑肇葆，李德仁，等.SAR图像立体定位原理与精度分析[J].遥感学报，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星载合成孔径雷达目标定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星载SAR状态矢量的两种求解算法及其在像素定位中的应用[C]//第十二届全国遥感技术学是交流会.2000.

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

[13] 舒宁.微波遥感原理[M].武汉测绘科技大学出版社，2003.

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

[15] ASTRIUM，Frame camera description，2010.endprint

摘 要：随着高分辨率雷达卫星不断投入使用，高分辨率雷达卫星影像的定位精度问题开始成为测绘部门日益关注的对象。该文即以TerraSARX卫星的3 m分辨率影像为对象，在立足卫星基本性能的分析结果，以雷达卫星物理模型为基础，设计了精度试验，对TerraSARX卫星3米分辨率影像的无控定位精度以及依托无控定位成果生产可见光卫星影像的精度进行了评估。

关键词：物理模型 定位精度 评估

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像机理不受气象条件影响的特点，雷达卫星影像在国土测绘中一直独具特色。然而，受限于分辨率问题，雷达影像的推广受到一定限制。近几年，随着高分辨率雷达卫星不断投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷达卫星影像的应用范围愈来愈广，相应的，对于高分辨率雷达卫星影像的定位精度问题开始成为测绘部门日益关注的对象。该文即以TerraSARX卫星的3 m分辨率影像为对象，通过基于物理模型的精度试验，对TerraSARX卫星3 m分辨率影像的定位精度进行了评估。

1 TerraSARX卫星简介

TerraSARX卫星影像是目前我国商用遥感卫星服务领域中少数的高分辨率雷达卫星影像产品之一。TerraSARX卫星影像凭借1米的分辨率优势和X波段对地物细节的表现能力以及雷达卫星独有的不受天候气象影响的优势，已经在我国的测绘制图领域内发挥出独具特色的作用。

TerraSARX卫星提供三种模式的影像产品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像产品、3米分辨率的StripMap模式影像产品和1米分辨率的SpotLight模式影像产品。

StripMap模式影像产品分辨率为3 m。该产品幅宽，在单极化成像时为30 km，双极化模式成像时为15 km。该产品标准景长度为50 km，标准扫描带长为1650 km，最长持续拍摄时间内可提供4200 km长的条带数据。StripMap模式影像产品的极化模式包括单极化（VV、HH）、双极化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全极化（HH/VV/HV/VH）等。该模式产品的数据采集范围在南北纬15～60 °之间，最佳采集范围在南北纬20～45 °之间。

2 TerraSARX卫星3 m分辨率影像定位精度评估

2.1 TerraSARX卫星的物理模型

科学、严密、合理的模型是实现传感器精度指标的关键，是达到精确定位目的的根本保证。如果在模型设计和实现过程中，能够尽可能的对误差源予以考虑，则可在最大限度上消除测绘过程中的系统误差。我们以严格的雷达卫星物理模型作为定位解算基础，使模型中的每一要素都具备实际的物理意义。

2.3 评估结论

基于自主生产的TerraSARX无控DOM与DSM提取的控制点与控制点精度比较，平面和高程的中误差均小于5 m。

基于自主生产的TerraSARX无控DOM与DSM提取的控制点与航外检查点精度比较，平面和高程的定位精度优于10 m，高程定位精度优于5 m。

对以上实验结果可见，尽管实验中两批次控制点的比较体现出明显差异，但是，必须注意到在3 m分辨率影像基础上的精度检查环节，判读误差的存在不可避免。

从两次统计结果看，在加入判读带来的0.5～2像元误差，即1.5～6 m的判读误差。（判读误差系由对一定作业人员群体的相关判读实践统计取得）

因此，在考虑了判读误差对实验结果的影响后，可以认为，依托雷达卫星物理模型，TerraSARX卫星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以满足1∶25000比例尺制图平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相较平面精度，依托雷达卫星物理模型解算的TerraSARX卫星3米分辨率影像的高程定位精度，仅满足1∶50000比例尺制图高程限差要求，无法取得的精度统计结果。

参考文献

[1] 魏中铨.合成孔径雷达卫星[M].北京：科学出版社，2001.

[2] 肖国超，等.雷达摄影测量[M].北京：解放军出版社，2001.

[3] 王超.星载合成孔径雷达干涉测量[M].科学出版社，2002.

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

[5] 高力，SAR摄影测量处理的基本方法和实践[D].解放军信息工程大学，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] 张翠.高分辨率SAR图像自动目标识别方法研究[D].国防科技大学，2003.

[9] 周月琴，郑肇葆，李德仁，等.SAR图像立体定位原理与精度分析[J].遥感学报，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星载合成孔径雷达目标定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星载SAR状态矢量的两种求解算法及其在像素定位中的应用[C]//第十二届全国遥感技术学是交流会.2000.

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

[13] 舒宁.微波遥感原理[M].武汉测绘科技大学出版社，2003.

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

[15] ASTRIUM，Frame camera description，2010.endprint