《直升无人机载SAR数据采集系统研发与示范应用》

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项目来源包括国家测绘地理信息局公益行业科研专项项目(201412020)、河南省基础与前沿研究(152300410098)等项目。属于摄影测量与遥感技术研究领域。

SAR具有作用距离远、不受光线和云雾限制、全天时、全天候工作以及多期SAR图像相干变化探测等优势,是对地观测领域的前沿技术之一,广泛应用于地图测绘、环境监测、资源勘测、规划建设、灾情监测与预报等领域。SAR一般安装在卫星、航天飞机和有人驾驶飞机上,其成本很高、体积和重量较大、机动灵活性较差。研制体积小、重量轻、功耗低的微型无人机载SAR数据采集系统是研究的热点。将轻型Mini SAR系统集成在直升无人机平台上,能够充分发挥直升无人机快速灵活及SAR两者的优势,具有成本低、作业效率高的优势。由于直升无人机体积小、飞行高度低、受空气气流影响大,运行平稳性很难满足SAR成像要求,直升无人机载SAR算法较复杂,因此,中国对于直升无人机载SAR数据采集系统的研发和数据处理研究相对落后。项目对直升无人机载SAR数据采集系统研发与数据处理涉及的关键技术进行研究,突破了系列关键核心技术,显著提升了中国无人机载SAR数据采集系统的研发和数据处理应用水平。主要创新如下:

(1)将直升无人机、SAR传感器、小型POS、GPS定位装置、微波收发天线、动力装置等进行集成,首次成功研制了直升无人机载SAR数据采集系统。

(2)创新性提出基于小型POS运动参数通过舵机控制载机飞行和天线波束平稳性的运动误差补偿算法,提高天线指向角的测量精度,使SAR图像的定位精度达到分米级,满足大比例尺地形图的测图精度要求。

(3)提出了基于双观测值误差估计原理的POS定位精度标定方法,在没有专业标定设备的情况下,创造性地实现了利用小型POS输出数据标定其定位精度,为直升无人机载SAR数据采集系统的示范应用奠定了基础。

(4)研发了小型POS数据精处理与定位精度检校、SAR原始数据压缩与编码、运动误差补偿、自聚集成像、SAR图像解译、图像融合及SAR图像测图等数据处理模块,形成了完备的直升无人机载SAR数据处理系统。

项目研发的直升无人机载数据采集系统,是传统星载SAR和航空SAR遥感系统的有效补充,填补了中国在无人机载SAR数据采集系统研究领域的空白。应用该项目研究成果完成了焦作北部太行山、焦作市区、鹤壁、永城、洛阳、开封、温县等地区大比例地形图绘制与更新,以及完成马庄矿、冯营矿、中马矿、小马矿、九里山矿、古汉山矿、韩王矿、赵固矿区生态环境与沉陷监测工作,成功应用于北京小汤山精准农业实验区、新乡农业生态试验区、周口小麦试验区、山东玉米试验区等区域作物表型信息采集,进行作物长势监测和产量估算研究,产生经济效益近2000万元。项目成果还成功应用于城市规划、灾害监测、资源勘测等领域,社会效益显著,具有广阔的推广应用价值。

项目共获得和申请国家发明专利4项,软件著作权6项,发表高水平学术论文27篇。

成果说明

推广应用情况 (1)河南省中纬测绘规划信息工程有限公司应用本项目研究成果,完成了焦作北部太行山、焦作市区大比例尺地形图绘制与更新,产生经济效益530万元,同时,显著提高了公司应急测绘效率,与常规手段相比节省成本近50%,应急测图响应时间比常规手段缩减80%,提升了在复杂天气,恶劣气候环境下进行测图的能力和测图精度。 (2)焦作市基础地理信息中心应用本项目研究成果,在焦作马庄矿、冯营矿、中马矿、小马矿、九里山矿、古汉山矿、韩王矿、赵固等10多个矿区的煤矿开采沉陷区采集数据,绘制大比例地形图,进行地质灾害

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