高分三号(GF-3)卫星于2016年8月10日在太原卫星发射中心成功发射升空,于2017年1月底正式投入使用。入轨以来,获取了近10万景C频段多极化海洋和陆地SAR影像,为国内外资源普查、台风预警、灾害评估、作物估产、极地考察等众多应用部门提供数据支持。

近日,中国航天科技集团五院张庆君研究员团队联合武汉大学地球空间信息技术协同创新中心/英国纽卡斯尔大学李振洪教授团队在合成孔径雷达干涉测量(InSAR)研究领域取得重大突破,获取了高质量重轨干涉SAR试验数据,生成了我国第一幅卫星干涉SAR影像,并从影像中提取到亚厘米级的地面沉降信息,实现了我国卫星SAR影像干涉测量零的突破。

开启新技能:干涉测量

InSAR是一种通过合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)干涉相位信息获取地表三维模型和地面沉降信息的差分技术。简单来说,就是利用同一卫星在不同时刻获取同一地区两幅SAR影像,进行差分处理,去除地形起伏和其它因素的影响后获取地表形变信息。

InSAR测量可大范围高密度地提取亚厘米级精度的地表形变信息,既能快速响应地震、火山等地质灾害,又能广泛应用于地壳运动、冰川、滑坡、城市/矿区地面沉降和人工建筑物的稳定性等长期监测。长期以来我国InSAR形变监测研究完全依赖国外雷达卫星,制约了我国民用InSAR形变监测的发展。

中国航天科技集团五院高分三号卫星总指挥兼总师张庆君表示:现在,我们首次实现了我国雷达卫星影像干涉测量,这是又一个里程碑式的突破。GF-3卫星干涉测量的成功实现和应用标志着中国雷达卫星达到了又一个新的高度,开启了我国自主雷达卫星InSAR形变监测的新进程。”

图1 上海地区GF-3卫星雷达干涉影像(20161114-20170310): (i) 时间基线: 116天; 空间垂直基线: 598米; (ii) 贯穿整幅影像,平行的干涉条纹主要由卫星轨道精校正前的粗轨误差引起; (iii) 红色长方形区域有明显地表形变信息(2个条纹,约5.6cm地表形变),可能由地下水开采引起。

750公里外,亚厘米级精度

我们的卫星在距地面750公里的太空,能够监测亚厘米级地面沉降,听起来是不是有些不可思议?听听专家是如何来解释的。

“作为我国自主研制的首颗C频段多极化SAR卫星,GF-3卫星在研制过程中,突破了多模式陆海兼顾成像技术、整星机电热一体化设计技术、多极化相控阵天线技术、高精度SAR内定标技术、大型相控阵SAR天线展开机构技术、大热耗SAR天线热控技术、脉冲大功率供电技术、大挠性星体条件下的卫星控制技术等九项关键技术。卫星的姿态控制精度、轨道控制精度、系统标定精度都达到国内领先国际先进的水平,这为我们获取亚厘米级干涉测量精度提供了保障。”高分三号卫星总指挥兼总师张庆君如是评价。

武汉大学地球空间信息技术协同创新中心/英国纽卡斯尔大学李振洪教授表示: “在试验过程中,我们发现GF-3卫星 SAR影像成像质量稳定,空间分辨率高,即使空间基线长达600米,时间基线近4个月,其相干性仍旧较高水平,干涉图像质量也比较高,说明中国的SAR卫星研制水平已经达到了国际先进水平。”

图2 河北黄骅地区GF-3卫星雷达干涉影像(20170217-20170318): (i) 时间基线: 29天; 空间垂直基线: 250米; (ii) 相位已解缠并转化至形变量,红色表示地表远离卫星(即地面沉降),蓝色表示地表移向卫星(即地面抬升);  (iii) 红色椭圆区域位于南大港湿地自然保护区,有明显地面抬升信号。

更多技能等待开启

作为我国首颗C频段多极化高分辨率SAR卫星,GF-3卫星旨在提供高分辨率多成像模式的遥感数据以实现全天候、全天时的全球海洋和陆地信息监测。GF-3卫星具备12种成像模式,能获取分辨率1~500m,相应幅宽10~650km的卫星影像,具有详查和普查功能。卫星定量化水平高,图像质量指标已达到或超过国内外同类SAR卫星。我们有理由相信GF-3卫星具有更多的技能等待开启。

高分三号卫星总指挥兼总师张庆君向我们介绍:“GF-3卫星在研制之初,就针对国内外多极化SAR的应用进行了拓展性设计,后续我们将逐项展开验证。”

中国航天科技集团五院刘亚东高工和英国纽卡斯尔大学陈家君博士谈到后续干涉试验计划:“GF-3卫星重轨干涉图像相干性较好,具有较强的干涉测量能力。后续我们团队将对国内外热点区域进行长时连续监测,利用长时间序列点目标的分析方法进行更高精度的监测,同时进一步优化干涉测量参数,改进干涉处理方法,不断挖掘GF-3卫星干涉测量应用的潜力。”(来源:中国航天科技集团公司)


2017年03月27日

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高分三号卫星干涉测量实现可监测亚厘米级地面沉降

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