CHT 3010-2012 1：50 000地形圖合成孔徑雷達航空攝影技術(shù)規(guī)定（正式版）

備案號：37673—20121:50000地形圖合成孔徑雷達航空攝影技術(shù)規(guī)定2012-10-26發(fā)布2013-01-01實施國家測繪地理信息局發(fā)布 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14SAR航攝系統(tǒng)基本要求 25航攝設(shè)計 36SAR航攝系統(tǒng)幾何定標 47SAR航空攝影 58SAR航空攝影數(shù)據(jù)預處理與影像質(zhì)量 69成果質(zhì)量檢查 610成果整理與驗收 7附錄A(規(guī)范性附錄)角反射器布設(shè) 附錄B(資料性附錄)航攝飛行記錄表 附錄C(資料性附錄)航線示意圖 附錄D(資料性附錄)航攝資料移交書 本標準的起草規(guī)則依據(jù)GB/T1.1—2009。本標準由國家測繪地理信息局提出并歸口。本標準起草單位：中國測繪科學研究院。11:50000地形圖合成孔徑雷達航空攝影技術(shù)規(guī)定本標準規(guī)定了1:50000地形圖機載合成孔徑雷達航攝系統(tǒng)、航攝設(shè)計、數(shù)據(jù)獲取與處理、質(zhì)量控制及產(chǎn)品驗收的基本技術(shù)要求。本標準適用于以1:50000航測成圖為主要目的的合成孔徑雷達航空攝影工作。下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T18314全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范GB/T27919—2011IMU/GPS輔助航空攝影技術(shù)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。合成孔徑雷達syntheticapert利用雷達與目標的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成為較大的等效天線孔徑的雷達。將由SAR影像復數(shù)據(jù)推導出的SAR信號的相位信息作為信息源，利用這些相位信息提取地表三維信息的一項技術(shù)。雷達波對地照射的方向，通常與SAR傳感器平臺飛行方向垂直，朝向平臺側(cè)下方。如朝向平臺右側(cè)下方，則為右側(cè)視；如朝向平臺左側(cè)下方，則為左側(cè)視。電磁場的電場矢量端點在垂直于傳播方向的平面上，隨時間變化所形成的軌跡。用H和V分別.表示水平和垂直極化，SAR系統(tǒng)可有以下極化通道：——HH:發(fā)射是水平極化，接收是水平極化；2 VV:發(fā)射是垂直極化，接收是垂直極化 HV;發(fā)射是水平極化，接收是垂直極化； VH:發(fā)射是垂直極化，接收是水平極化干涉像對兩天線相位中心的相對位置矢量。X波段XbandX波段的工作頻率是8～12GHz。P波段PbandP波段的工作頻率是230～1000MHz。主瓣峰值強度對于最強旁瓣的峰值強度之比。積分旁瓣比integratedsideloberatio;ISLR主瓣能量對于所有副瓣能量之比。方位模糊比azimuthambiguitytosignalratio;AASR折疊進信號處理帶寬內(nèi)的方位模糊信號與有用信號功率之比。是衡量系統(tǒng)方位模糊嚴重程度的重距離模糊比rangeambiguitytosignalratio;RASR模糊信號回波強度與主信號回波強度之比。是衡量系統(tǒng)距離模糊性的重要指標。4SAR航攝系統(tǒng)基本要求4.1SAR航攝系統(tǒng)由X波段InSAR系統(tǒng)、P波段多極化SAR系統(tǒng)與定位定姿系統(tǒng)(POS)集成。其中，X波段InSAR和P波段SAR的性能技術(shù)指標應符合表1的規(guī)定。表1SAR航攝系統(tǒng)基本性能技術(shù)指標X波段InSARP波段SAR峰值旁瓣比方位模糊比3動態(tài)范圍飛行導航控制定位精度4.2定位定姿系統(tǒng)的測角精度應不低于表2的規(guī)定。表2定位定姿系統(tǒng)測角精度5航攝設(shè)計5.1基本要求航攝設(shè)計應滿足下列基本要求：a)應采用X波段InSAR系統(tǒng)獲取干涉數(shù)據(jù)，采用P波段多極化(VV、VH、HV、HH)SAR系統(tǒng)獲取極化數(shù)據(jù)。b)影像分辨率應優(yōu)于(含)2.5m。c)需要立體測圖時，影像旁向重疊度應達到60%～70%,立體交會角不小于10°;不需要立體測圖時，影像旁向重疊度應達到15%～30%。5.2設(shè)計用圖的選擇應選擇攝區(qū)新近出版的基本比例尺地形圖。設(shè)計用圖比例尺一般應采用1:100000或1:250000比例尺地形圖。5.3航攝分區(qū)及基準面確定航攝分區(qū)及基準面確定應遵循以下原則：a)分區(qū)界線應與圖廓線相一致；b)分區(qū)內(nèi)地形高差不得大于四分之一相對航高；c)當?shù)匦胃卟钔蛔?，地形特征差異顯著或有特殊要求時，可破圖廓劃分航攝分區(qū)；d)分區(qū)攝影基準面為分區(qū)的平均高度平面。5.4航線敷設(shè)航線敷設(shè)應遵循以下原則：a)航線按東西向直線飛行。特定條件下亦可按照地形走向作南北向飛行或沿線路、河流、河岸、4境界等任意方向飛行。b)當?shù)匦纹鸱鸬寞B掩、陰影嚴重(發(fā)生SAR攝影的相對漏洞)時，可采用兩個側(cè)視方向和四個側(cè)視方向的航線敷設(shè)。c)載機進入航線前，預留5～15km用于對準航線，以保證機載導航和姿態(tài)測量系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，并使飛行處于勻速、等高、直線的飛行狀態(tài)。同一航線上相鄰影像的航高差不應大于30m;最大航高與最小航高之差不應大于50m。d)攝影航線一般應與圖廓線平行敷設(shè)。位于攝區(qū)邊緣的航線的中心線應敷設(shè)在外緣圖廓線上或圖廓線外。5.5地面基準站的設(shè)立和觀測地面基準站的設(shè)立和觀測按GB/T27919—2011的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。6SAR航攝系統(tǒng)幾何定標6.1幾何定標的基本內(nèi)容及精度應進行SAR航空攝影系統(tǒng)的基線長度標定、天線相位中心位置偏移量測定以及初始斜距標定，其精度應不低于表3的規(guī)定。表3幾何定標精度定標內(nèi)容6.2幾何定標的時間應于執(zhí)行新任務前進行幾何定標，并在每飛行60小時后進行一次。6.3定標場選擇定標場的選擇應滿足以下要求：a)定標場宜在執(zhí)行航攝任務的機場附近選擇平坦地區(qū)。b)定標場場景地物對雷達回波的貢獻應盡可能小，不至于對定標器所貢獻的雷達回波造成干擾。c)定標器不宜過大，能分辨即可，以便提高定標點量測精度。一般情況下，X波段定標器的尺寸(棱長)為0.3～0.5m,P波段定標器的尺寸(棱長)為1.0～1.5m。d)定標場應選擇在氣象條件良好的區(qū)域。盡量選擇無風天氣飛行，這樣可以保持飛機平穩(wěn)，使誤差減小。6.4定標設(shè)備最常用的定標器是無源三角形三面角反射器。由于角反射器的設(shè)計關(guān)系到定標點的判讀和量測，進而影響精度，因此需要根據(jù)雷達系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)設(shè)計專門的角反射器，并應進行試驗。6.5定標點布設(shè)定標點應沿距離向等距布設(shè)，一般應布設(shè)5～8個。預選點位條件欠佳時，可移位布設(shè)，但沿方位向5偏離范圍不宜超過800m。6.6定標點擺放定標點擺放的要求見附錄A。6.7定標點施測定標點按GPSD級點的觀測要求施測，具體指標按GB/T18314為其三軸線的頂點。7SAR航空攝影7.1分辨率的選擇的規(guī)定執(zhí)行。角反射器的點位點分辨率的選擇應根據(jù)1:50000比例尺航攝成圖的要求，結(jié)合分區(qū)的地形條件及影像用途等，在確保成圖精度的前提下，本著有利于縮短成圖周期、降低成本、提高測繪綜合效益的原則，分辨率應優(yōu)于7.2飛行質(zhì)量7.2.1SAR航空攝影的基本要求SAR航空攝影過程中，要求載機飛行的航跡、速度和高度與設(shè)計一致，并保持姿態(tài)平穩(wěn)。表4規(guī)定了飛行允許出現(xiàn)的最大偏離值。表4航空攝影飛行偏離值俯仰角φ7.2.2SAR航跡和姿態(tài)變化的檢查按0.05～0.08s的時間間隔，以POS原始數(shù)據(jù)，內(nèi)插得到與SAR影像數(shù)據(jù)相對應的POS輔助數(shù)據(jù)，根據(jù)二次差分計算航跡和姿態(tài)的陡變程度。表5規(guī)定了最大限差值。表5SAR航跡和姿態(tài)陡變限差值俯仰角陡變值△φ7.2.3航線敷設(shè)和劃分航攝分區(qū)的特殊要求航線敷設(shè)和劃分航攝分區(qū)時應考慮每條航線直線飛行時間不超過30分鐘。7.2.4漏洞補攝漏洞補攝應遵循以下原則：a)航攝中出現(xiàn)的相對漏洞和絕對漏洞均應及時補攝；b)漏洞的補攝應按原設(shè)計要求進行，補攝航線的兩端一般需超出1:100000地形圖圖廓線外6c)對不影響內(nèi)業(yè)加密模型連接的相對漏洞，只在漏洞處補攝，補攝航線的長度應超出漏洞長度外2km,否則按整條航線補攝；d)不用于測圖的航線，如果本身出現(xiàn)局部相對漏洞，在不影響外業(yè)布控點及內(nèi)業(yè)加密模型連接7.2.5飛行記錄資料的填寫每次飛行結(jié)束，應填寫航攝飛行記錄表。航攝飛行記錄表的格式參見附錄B。8SAR航空攝影數(shù)據(jù)預處理與影像質(zhì)量8.1SAR航空攝影數(shù)據(jù)預處理SAR航空攝影數(shù)據(jù)預處理的任務包括：a)SAR航攝系統(tǒng)天線接收的原始回波數(shù)據(jù)備份和存檔；b)SAR航空攝影數(shù)據(jù)成像；c)SAR航空攝影數(shù)據(jù)質(zhì)量評價。X波段InSAR航空攝影得到的原始回波數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)，經(jīng)過成像處理得到InSAR復數(shù)斜距影像、幅度影像和參數(shù)文件。8.3P波段多極化SAR影像8.3.1P波段多極化SAR航空攝影得到的原始回波數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)，經(jīng)過成像處理得到P波段多極化SAR復數(shù)斜距影像、幅度影像和參數(shù)文件。8.3.2P波段多極化SAR影像產(chǎn)品有HH、VV、VH、HV四種極化方式，可合成假彩色影像。8.4影像處理采用去條痕、直方圖均衡、線性拉伸、彩色均衡等影像處理方法和軟件改善影像質(zhì)量。8.5影像質(zhì)量影像質(zhì)量應滿足以下要求：a)用SAR航空攝影獲取的原始回波數(shù)據(jù)在聚焦、成像后，應保證測繪帶成像不模糊、不散焦，點目標聚焦良好，無散焦現(xiàn)象，線狀和面狀目標輪廓清晰，邊緣明顯，不應出現(xiàn)雜波的虛像。b)SAR影像輻射信息均一，不應出現(xiàn)灰度或色彩明暗不一的情況。c)SAR影像應清晰，層次豐富，反差適中，色調(diào)柔和；應能辨認出與地面分辨率相適應的細小地物影像，能建立清晰的立體模型。d)影像上不應有信號過飽和等缺陷。9成果質(zhì)量檢查9.1檢查范圍航攝執(zhí)行單位應按第7章和第8章的規(guī)定對飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量進行檢查。9.2檢查項目和方法9.2.1影像旁向重疊度采用相關(guān)軟件對數(shù)字影像進行檢查。9.2.2載機航跡和姿態(tài)通過記錄的姿態(tài)角元素檢查。9.2.3傳感器回波信號應滿足SAR航攝系統(tǒng)基本性能技術(shù)指標中的信噪比要求。9.2.4攝區(qū)、分區(qū)、圖廓覆蓋保證采用相關(guān)軟件對數(shù)字影像進行檢查。相對和絕對漏洞檢查應采用以下方法：a)按9.2.1規(guī)定的方法檢查航攝相對漏洞；b)按9.2.1和9.2.4規(guī)定的方法檢查航攝絕對漏洞。9.2.6影像質(zhì)量通過目視觀察，檢查影像的清晰度，層次的豐富性，色彩反差和色調(diào)柔和情況，影像有無缺陷。10成果整理與驗收10.1.1SAR數(shù)據(jù)整理10.1.1.1SAR數(shù)據(jù)編號10.1.1.1.1X波段InSAR數(shù)據(jù)10.1.1.1.1.1原始數(shù)據(jù)X波段原始數(shù)據(jù)，每航線包括4個原始回波數(shù)據(jù)文件和1個輔助數(shù)據(jù)文件。原始回波數(shù)據(jù)的文件名命名為：RAWDATA_年月日_時分秒_天線名通道名.dat。RAWDATA表示原始數(shù)據(jù)；年月日表示為××××年××月××日；時分秒表示為××點××分××秒，即數(shù)據(jù)采集時間；天線名通道名表示天線X的Q(或I)通道。輔助數(shù)據(jù)文件名為：ASSISTDATA_年月日_時分秒.dat。ASSISTDATA表示輔助數(shù)據(jù)；年月日表示為××××年××月××日；時分秒表示為××點××分××秒。10.1.1.1.1.2成像數(shù)據(jù)X波段成像后的數(shù)據(jù)，每個天線，包括復數(shù)斜距影像、幅度影像和參數(shù)文件。8參數(shù)文件文件名為：POSDATA_年月日_時分秒_數(shù)據(jù)塊編號_天線名.dat。數(shù)據(jù)塊編號采用流水編號。復數(shù)斜距數(shù)據(jù)實部和虛部各保存為一個文件，文件名為：SLCDATA_年月日_時分秒_數(shù)據(jù)塊編號.天線名通道名.dat。天線名通道名表示天線×的實部(用R表示)或者虛部(用I表示)通道。幅度影像文件名為：SLCDATA_年月日_時分秒_數(shù)據(jù)塊編號_天線名F.raw。10.1.1.1.2.1原始數(shù)據(jù)P波段原始數(shù)據(jù)每航線記錄在一個文件夾中，數(shù)據(jù)每記錄到一定長度自動分塊并編號，每塊數(shù)據(jù)記錄該時間段內(nèi)的回波數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)。P波段原始回波數(shù)據(jù)文件名為：極化方式_Map_側(cè)視方向_波段_分辨率_發(fā)射時寬_Citation2_航線名_年月日_數(shù)據(jù)塊.dat。極化方式為全極化，用AlIPol表示；側(cè)視方向分為左側(cè)視和右側(cè)視，分別用Left或Right表示；分辨率用Xm表示；發(fā)射時寬用××μs表示；航線名用Strip×××××××年××月××日表示；數(shù)據(jù)塊編號采用流水編號，編號從0開始，用Data×××表示；年月日用表示。10.1.1.1.2.2成像數(shù)據(jù)P波段全極化數(shù)據(jù)成像后每景影像包括29個文件，其中1個用戶使用參數(shù)說明文件，每個極化通道包括7個文件，有復數(shù)斜距數(shù)據(jù)文件、幅度影像文件、幅度數(shù)據(jù)文件、參數(shù)文件、GPS文件、NULL文件和ReadMe文件。用戶使用參數(shù)說明文件名為：前綴.成像時選用的數(shù)據(jù)塊.影像寬高用戶使用參數(shù)說明.txt。用戶自行添加前綴；成像時選用的數(shù)據(jù)塊表示成像時使用的是該航線的第××至第××個數(shù)據(jù)塊，表示為××××_××××;影像寬高表示影像寬度(方位向)為××××像素，高度(距離向)為××××像素，表復數(shù)斜距數(shù)據(jù)文件名為：前綴.成像時選用的數(shù)據(jù)塊.影像寬高_極化方式(數(shù)字或字母表示).Data-幅度數(shù)據(jù)文件名為：前綴.成像時選用的數(shù)據(jù)塊.影像寬高_極化方式(數(shù)字).dat。(字母).raw。參數(shù)文件名為：前綴.成像時選用的數(shù)據(jù)塊.影像寬高_極化方式(數(shù)字)_極化方式(字母).LED。GPS文件名為：前綴.成像時選用的數(shù)據(jù)塊.影像寬高_極化方式(數(shù)字)GPS.dat。NULL文件名為：前綴.成像時選用的數(shù)據(jù)塊.影像寬高_極化方式(數(shù)字)_極化方式(字母).NULL。9ReadMe文件名為：前綴.成像時選用的數(shù)據(jù)塊.影像寬高_極化方式(數(shù)字)_極化方式(字母)Re-10.1.1.2SAR數(shù)據(jù)存儲按照航線建立目錄分別存儲，一般應為硬盤存儲。10.1.1.3外包裝硬盤和其包裝盒標簽的注記內(nèi)容應包括：a)總體信息部分包括：攝區(qū)名稱、航攝系統(tǒng)、航攝時間、航線數(shù)和SAR影像景數(shù)、攝區(qū)面積、分辨率、航攝單位；b)本盤裝載內(nèi)容部分包括：盤號(分盤序號/總盤數(shù))、影像類型、航線號、起止SAR影像景號、備注。10.2.1驗收程序驗收應按照以下程序執(zhí)行：a)航攝執(zhí)行單位按本標準和航攝合同的規(guī)定對全部航攝成果資料逐項進行認真檢查，并詳細填寫檢查記錄手簿；b)質(zhì)檢合格后，航攝執(zhí)行單位將全部成果資料整理齊全，移交航攝委托單位代表驗收；c)航攝委托單位代表依據(jù)本標準和航攝合同規(guī)定對全部成果資料進行驗收，雙方代表協(xié)商處理檢查驗收工作中發(fā)現(xiàn)的問題，航攝委托單位代表最終給出成果資料的質(zhì)量評定結(jié)果；d)成果資料驗收合格后，雙方在移交書上簽字，并辦理移交手續(xù)。10.2.2移交的資料移交的資料應包括：a)X波段和P波段原始信號數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、成像數(shù)據(jù)；b)標明飛行方向、測區(qū)縮寫、側(cè)視方向和航線號的航線示意圖(參見附錄C);c)航攝設(shè)計書；d)飛行記錄表；e)航攝資料移交書(參見附錄D);f)航攝軍區(qū)批文；g)航攝資料審查報告；h)其他有關(guān)資料。10.2.3驗收報告航攝委托單位代表完成驗收后，應寫出驗收報告。報告的內(nèi)容主要包括：a)航攝依據(jù)——航攝合同和技術(shù)設(shè)計；b)完成的航攝圖幅數(shù)和面積；c)對成果資料質(zhì)量的基本評價；d)存在的問題及處理意見。(規(guī)范性附錄)角反射器布設(shè)A.1角反射器擺放反射器擺放的原則：角反射器的中軸線垂直于航線并盡量與航線共面，根據(jù)飛機航高、飛行方向等參數(shù)構(gòu)成的幾何關(guān)系確定角反射器中心軸線水平方向旋轉(zhuǎn)角度(方位角)以及垂直方向偏移角度(以水平放置時為基準，抬高或者降低),適當調(diào)整角反射器的方位。如圖A.1中角反射器中心軸線示意圖，其中，O為角反射器頂點，A、B、C分別為角反射器的三條邊的頂點，角反射器的截面△ABC為等邊三角形，其垂心為D點，角反射器的中心軸線方向定義為O與D的連線方向。圖A.1角反射器擺放圖A.2和圖A.3分別表示俯視方