分布式InSAR技术,即分布式干涉合成孔径雷达技术,是利用多颗卫星进行干涉测量的技术,主要用于获取地表的高精度地形信息。InSAR技术依赖于数据的相干性,即两幅雷达图像之间相同位置点的信号相位保持稳定。在传统的单星InSAR系统中,主星发射信号并接收回波(自发自收模式),但该模式下的数据相干性可能不足以获得高质量的干涉图,特别是在地形起伏较大或植被覆盖区域。为了解决这个问题,分布式InSAR卫星采用一发双收模式,即主星发射信号,主星和辅星同时接收回波。这种模式可以提高数据相干性,因为它允许从不同的观测角度收集数据。
然而,分布式InSAR系统的双基工作模式使得成像模型变得复杂,给后期的地理编码和基线定标带来困难。双基模式下,辅星接收到的回波信号与主星相比存在时间和空间上的差异,因此其干涉相位需要特别处理。传统的处理方法是将辅星成像模型通过构建等效相位中心的方式转换为类似单基SAR的自发自收模式,以便于进行后续处理。但这种方法可能引入误差,并且在实现过程中较为复杂。
为了解决上述问题,本文提出了一种新的等效相位中心模型。该模型通过对干涉相位逐点进行补偿,将辅星的双基成像模型转换为常规的单SAR自发自收模式。新的模型在理论分析和仿真实验中显示出了较高的准确性,并且引入的误差非常小,几乎可以忽略不计。
等效相位中心模型的提出,是为了简化辅雷达成像模型,进而简化整个分布式InSAR系统的处理流程。在传统的双基InSAR系统中,由于主星和辅星之间的飞行方向存在前后距离,导致成像模型复杂。等效相位中心模型的核心思想是通过某种算法或方法,使得辅星成像时能够模拟单星模式下的成像效果。
在实现等效相位中心模型时,关键问题之一是处理好主星和辅星的位置关系以及它们与成像多普勒频率之间的关系。新模型直接计算了待补偿的干涉相位,这种方法的计算量较小,精度较高,并且不会改变辅星的位置,这为后期的基线定标提供了便利。
文章中提到的TanDEM-X系统是由德国宇航中心(DLR)运营的,是一个典型的分布式InSAR卫星系统。TanDEM-X系统由两颗卫星组成,通过卫星编队,实现了一发多收的工作模式,能有效克服自发自收模式下数据相干性差的缺点。该系统自2010年6月完成双星组网以来,已经完成了全球第二遍的数据获取,并获得了高精度的产品,其中相对高程精度为2m~4m,绝对平面精度优于10m。
在实际应用中,分布式InSAR卫星技术在地球科学、环境监测、灾害预防等领域具有广泛的应用价值。例如,TanDEM-X系统提供的地形数据对于灾害预防、气候变化研究和城市规划等具有重要意义。新技术模型的提出和验证,对于分布式InSAR卫星技术的实际应用将是一个重要的技术进步,有助于提升数据处理效率和最终产品的质量。