机载合成孔径雷达技术在地形测绘中的应用及其进展

【摘要】合成孔径雷达是一种先进、综合型的探测雷达应用系统，最早是美国于上世纪六十年代创新研发出来用在航天航空邻域。合成孔径雷达技术早先应用机上探测目标形成三维图形以取代老式的天线雷达设计，早期的合成孔径雷达由于受到技术、材料等的限制，探测效果并不显著，如今随着电子、系统领域的发展，合成孔径雷达技术有了质的飞跃，趋向于小型化、高精度、大范围等高性能指标。

【关键词】合成孔径雷达;地形测绘;应用及进展

机载合成孔径雷达技术以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等优势特点受到广泛应用，除了在军事领域有较大的发挥，合成孔径雷达技术在民用邻域也有较大的发展，如地形测绘测量、空间遥感控制、海洋监测、气象探测等，本文将针对机载合成孔径雷达技术的特点优势分析探究其在地形测绘中的应用及发展。

1.机载合成孔径雷达系统特点

1.1较高的精度

合成孔径雷达的原理是通过发送、接受固定频率的脉冲信号，相对于以前单一独立的天线收发机制，合成孔径能够将各天线矩阵单元有效地整合为综合的发送、接收系统，加以强大的数据处理能力，对于发送、接收的频率脉冲分析处理，从而达到全方位、高精确的探测、监控效果。

随着科技的进步与发展，电子产业方兴未艾，机载合成孔径雷达的部件不仅性能越来越强悍，其形态也将变得越来越精细，所应用的功能也越来越广泛，经过一定的实践应用调查，机载合成孔径雷达的相对定位精度在300M至1500M的工程定位中，1小时以上观测的解其平面位置误差小于1mm，和ME-5000电磁波测距仪测定的数据结果比较，其边长差值最大为0.5mm，较差中误差达到了0.3mm的级别。

1.2探测效益高

随着机载合成孔径雷达技术的不断完善，通过合成孔径雷达探测的无人机已经应运而生并且防范应用，在地形测绘测量中，20KM内相对静态的地理定位，无人机完成探测任务仅需15至20分钟即可，当用于快速静态相对定位测量时，每个流动站与基准站间距在15KM时，观测时间便可缩短至1-2min。通过机载合成孔径雷达的无人机观测与雷达基站的综合应用，地理地形的探测工作可以增加实际效益，缩短耗费时间，降低应用成本。

1.3系统综合、操作便捷

整合性的合成孔径雷达系统是综合型的应用系统，配合使用的雷达基站间不需要相互通视便可实施有效监测及相关任务，通过系统的自主调控以及后台大型数据处理机制，地理地形的测绘工作将会显得比较轻松，并且耗费的人力、物理也相应减少。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使雷达站点的选址工作变得灵活多变，可以省去过去经典的大地网中的传算点、过渡点的测量工作。

科学的进步也带动了系统的发送、接收机制的发展，系统的自动化程度也越来越高，相应组件的构造与体积越来越精巧，相应的减轻了测量工作的工作繁重程度，使得地形测绘轻松简便。

1.4提供三维坐标、全天候作业

地理地形的测量方式可以采用不同的方式进行，经典的大地测量方法将平面与高程度采用不同方法分别施测。合成孔径雷达可同时精确测定相应地形相应目标的三维坐标，并且可以实现四等水准测量的精度。

机载合成孔径雷达可装载在无人机、高空侦查机、卫星等高空载具中，可以全天24小时实施测量工作，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等环境天气的影响。

2.机载合成孔径雷达技术在测绘领域的应用

最初的合成孔径雷达的设计目的是应用于导航，情报收集等军事领域。随着技术发展，民用等军事领域之外的应用前景也相当广泛，由于合成孔径雷达的诸多高性能特性及优点，注定其在各行各业有着广阔的应用空间。

通过合成孔径雷达发送与接收的频段脉冲信号，可以进行海、空、陆的测量测绘、精确定位以及实时监控等。在于地形测绘邻域，合成孔径雷达技术已经用于建立高精度的全国性大地测量控制收发网络，测定大范围的地形动态参数，用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的岛屿、丘陵、平原、海洋等多种地形地貌的联测，用于检测地球板块运动和地壳形态移动以及实时动态监控，还可以应用于工程测量当中，成为建立城市与工程控制网络的主要手段，合成孔径雷达可以测定航空航天摄影瞬间的相机的相对位置，实现少量地面控制或者无地面控制的航测快速成图，从而从多方位、多领域对地理信息系统、全球环境遥感监测的技术发展起到促成推进作用。

3.机载合成孔径雷达技术的发展前景

随着我国的技术创新以及科技发展，机载合成孔径能够获得广泛的应用空间，特别在无人机、电子产业火速发展的今天。

在大地测量邻域，通过机载合成孔径雷达技术可以开展国际联测，各地大范围、多地形地貌的联测。经过平台统一、数据连接整合，很有希望能够建立起全球性的大地地形地貌控制网络系统，能够为地点提供高精度的坐标，测定和精化大地水准面。经过大型数据处理机制，雷达探测地形坐标精度奖金0.2m，并且能够联测地形的集合水准，为我国的地理地形测绘建立了各级测量控制网，提供高精度的平面与高程三维基准。使得全国大范围的地形、平原、丘陵、岛屿、海洋联结为整体的三维地形库。

工程测量领域，运用合成孔径雷达技术，能够对静态工程位点进行精准定位，实施地形测量，从而根据测量实际数据布设精密工程控制网，可用于城市、矿区、油田等重要地形地段的沉降监测、地壳板块的动向监控、高层建筑的变形监测以及隧道、河道、桥梁贯通测量等精密工程。

航空摄影地形测量领域，我国测绘工作者通过高空无人机、气象无人机、电子侦察机等多种机载合成孔径雷达载具进行相关任务工作，如航测外业控制测量、航摄飞机导航、机载雷达航测等汇聚数据形成三维坐标图形。

地球动力学领域，机载合成孔径雷达技术应用于地形地壳板块运动监测以及区域板块的运动监测，另外该技术还应用与海洋测量、水下地形测绘等相关领域。在静态定位与动态定位测绘时，合成孔径雷达系统需要整合相关测量测控设备的配合与数据接收整合，如低轨卫星，地面雷达基站等多方位探测设备，通过平台统一的处理指令，可以实施静态定位与高动态高精度定位测绘以及精密定轨监控等高难度任务。

结束语

机载合成孔径雷达技术不仅广泛应用于地形测绘监控，同时在军事国防、智能交通、邮电通信、地矿、能源开采、工程建筑、海洋探测、高空监测、农业、气象气候、土地规划管理、环境监测、金融、安防等部门行业，还可以在航空航天、测时授时、物理探矿、姿态测定等领域有着广阔的应用前景。

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