雷達(dá)InSAR技術(shù)

1、 Radar（無線電探測與測距）RAR（真實孔徑雷達(dá)）SAR（合成孔徑雷達(dá)）InSAR（雷達(dá)干涉測量）D-InSAR（差分干涉雷達(dá)） InSAR就是利用SAR在平行軌道上對同一地區(qū)獲取兩幅（或兩幅以上）的單視復(fù)數(shù)影像來形成干涉，得到該地區(qū)的三維地表信息。p雙天線干涉 （機載系統(tǒng)） 以固定的間距分開的兩個天線同時采集信號，僅一個傳感器主動發(fā)射一定頻率的微波信號，地面反射信號被兩個傳感器接收，獲得不同視角且覆蓋同一區(qū)域的兩個SAR圖像。p單天線重復(fù)軌道干涉（星載系統(tǒng)） 衛(wèi)星以一定的時間間隔和軌道偏移對一個地區(qū)重復(fù)成像（時間相關(guān)性的問題）。p雙星串聯(lián)飛行模式（ERS-1/2） 兩副天線接收到的信號的

2、相位差為： R1， R2為天線到目標(biāo)P的斜距；式中P為系數(shù)，單軌道雙天線模式p為1，單天線重復(fù)軌道模式p為2，a為基線傾角。 可知，如果知道天線位置（H、B、 a）和雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)就能計算高程值， 進(jìn)而生成DEM。21212PRR（）22212121sin()22RRBRRaR BBPBarcsin2aPB1coshHRInSAR數(shù)據(jù)處理的一般流程包括：影像配準(zhǔn)，干涉圖生成，噪聲濾除，基線估算，平地效應(yīng)消除，相位解纏，高程計算和糾正（地圖編碼處理）等等。原理：在參考影像和輸入影像之間找到足夠多的同名點，用同名點作為控制點確定影像之間的相對幾何變換模型，然后利用幾何變換模型對輸入影像進(jìn)行重新采樣（

3、相對糾正）。配準(zhǔn)方法：相干系數(shù)法；最大干涉頻譜法；相位差影像平均波動函數(shù)法。干涉圖生成即將兩幅精確配準(zhǔn)的復(fù)數(shù)影像共軛相乘，共軛相乘就是對應(yīng)像元的相位進(jìn)行想減。干涉相位質(zhì)量的高低通常采用相關(guān)性測度來衡量。為提高干涉圖像的信噪比，一般采用濾波處理，即多視處理（前置濾波和后置濾波）。為了提取形變信息，參考趨勢面和地形起伏的相位貢獻(xiàn)必須從一次差分相位中去除，即二次差分。從干涉圖中得到的相位差只是主值，要得到真實的相位差，就要在相位差上加上或減去2的整數(shù)倍，類似于GPS中的整周模糊度的確定。相位解纏的兩類方法：基于路徑控制的積分法（積分路徑包含的殘數(shù)為0），基于最小二乘的整體求解算法。積分法比最小二乘法

4、可靠。l時間失相關(guān) 對兩次成像來說，各自隨機附加的噪聲不同或不相關(guān)，在相位差分是無法抵消，造成信噪比很低，干涉圖不明顯，數(shù)據(jù)處理變得困難。l大氣相位延遲 易變的大氣條件可能會導(dǎo)致不同的相位延遲，延遲表現(xiàn)在時間上、空間上，甚至可能會掩蓋有用信息。（角反射器）永久性反射器GPS：通過安置在地球表面接收機同時接收4顆以上的衛(wèi)星信號測定接收機的位置?？梢酝扑汶婋x層和對流層的延遲，可以測定相關(guān)的大氣參數(shù)。InSAR：高精度、高空間分辨率、全天大范圍的實時觀測，幾乎不受天氣的影響。 利用GPS技術(shù)對InSAR的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的幾何定位。 利用永久性反射體，在雷達(dá)影像上生成地物明顯的特征點，利用GPS精確測定

5、這些點的三維坐標(biāo)，作為控制點校正雷達(dá)影像的幾何變形誤差和一些系統(tǒng)誤差。第6章合成孔徑雷達(dá)SAR簡介 簡介（續(xù)）簡介（續(xù)） 相參積累無需多個陣元相參積累無需多個陣元同時同時發(fā)射和接收發(fā)射和接收 合成孔徑天線：運動小天線多脈沖相參積累，合成孔徑天線：運動小天線多脈沖相參積累，能獲得沿運動軌跡的等效長線陣的方位（切向）能獲得沿運動軌跡的等效長線陣的方位（切向）分辨力。采用該技術(shù)的機載（空載）雷達(dá)稱為分辨力。采用該技術(shù)的機載（空載）雷達(dá)稱為合成孔徑雷達(dá)（合成孔徑雷達(dá)（SAR） 微波成像雷達(dá)微波成像雷達(dá)SAR：雷達(dá)移動，被測目標(biāo)固定：雷達(dá)移動，被測目標(biāo)固定ISAR：雷達(dá)固定，被測目標(biāo)運動：雷達(dá)固定，被測

6、目標(biāo)運動第6章合成孔徑雷達(dá)SARSAR工作原理第6章合成孔徑雷達(dá)SARSAR工作原理 遠(yuǎn)場平面波，遠(yuǎn)場平面波， 角回波信號單程相位差角回波信號單程相位差 實孔徑雷達(dá)，實孔徑雷達(dá)， 單程單程切切向分辨力向分辨力 非聚焦處理：平面波相參積累非聚焦處理：平面波相參積累 聚焦處理聚焦處理：球面波相參積累，：球面波相參積累，d d ra 與與 R 無關(guān)無關(guān)sin2)(xx LRRrLRRraadddB4dB4,dB3dB3 ,88. 0第6章合成孔徑雷達(dá)SAR非聚焦處理 非聚焦處理：平面波相參積累非聚焦處理：平面波相參積累 收發(fā)雙程相位差收發(fā)雙程相位差 若若 很小，很小，sin = = y = R 連續(xù)

7、波信號方向圖連續(xù)波信號方向圖sin4sin22)(tvxxpRytvxp4)(RTyvdxeFpTTxj2sinc)(2/2/)(第6章合成孔徑雷達(dá)SAR非聚焦處理 切向分辨力切向分辨力 合成孔徑長度合成孔徑長度 L = vpT 孔徑邊緣雙程相位差孔徑邊緣雙程相位差 允許的雙程相位差為允許的雙程相位差為 /2 = D DR /8LRrydd44. 0dB3dB3,RLrydd21,瑞利瑞利222)(2RRLRDRLR2122DdRRLrRL2121max,max瑞利第6章合成孔徑雷達(dá)SAR非聚焦處理R0TLeR0 / 8第6章合成孔徑雷達(dá)SAR聚焦處理 聚焦處理：球面波相參積累聚焦處理：球面波

8、相參積累 陣列邊緣產(chǎn)生的平方項可在信號處理中補償，陣列邊緣產(chǎn)生的平方項可在信號處理中補償，合成孔徑長度合成孔徑長度 波束寬度覆蓋的長度波束寬度覆蓋的長度 瑞利切向分辨力（切向覆蓋寬度）瑞利切向分辨力（切向覆蓋寬度） 式中，式中，D為實際孔徑；為實際孔徑； /D為瑞利波束寬度為瑞利波束寬度 合成孔徑雷達(dá)的橫向分辨率與距離合成孔徑雷達(dá)的橫向分辨率與距離R無關(guān)無關(guān)DRLe2/2121DDRRRLred第6章合成孔徑雷達(dá)SAR聚焦處理 遠(yuǎn)場某點多普勒頻移遠(yuǎn)場某點多普勒頻移 若若 很小，很小，收發(fā)雙程相位差收發(fā)雙程相位差 相應(yīng)的雙程相移相應(yīng)的雙程相移0022sin2RvtRvtvvfd220202020

9、22)(RRRRRRRRRDDDD022/ RxR D022022222)(RtvRxRxD第6章合成孔徑雷達(dá)SAR聚焦處理目 標(biāo)R0Rx(t)(a)(b)Ofdx(t)直 線 區(qū)j 對應(yīng)的多普勒頻移對應(yīng)的多普勒頻移 多普勒頻移多普勒頻移 fd 與與 x 呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系xRvtRvdxvddtdfdd002442第6章合成孔徑雷達(dá)SAR聚焦處理 SAR接收的是接收的是LFM信號，其寬度等于單個天線波信號，其寬度等于單個天線波束寬度所決定的能收到信號的時間束寬度所決定的能收到信號的時間 匹配濾波使匹配濾波使LFM信號的脈沖包絡(luò)受到壓縮，等效信號的脈沖包絡(luò)受到壓縮，等效于天線波束寬度變窄，角

10、度分辨力提高于天線波束寬度變窄，角度分辨力提高(a)(b)目標(biāo)R0ROx(t) xx(t)OD R引言合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，簡稱SAR)，是一種工作在微波波段的主動式微波成像傳感器。它有效地解決了雷達(dá)設(shè)計中高分辨率要求與大天線、短波長之間的矛盾，使分辨率提高了數(shù)百倍。合成孔徑雷達(dá)干涉測量合成孔徑雷達(dá)干涉測量(Interferometric Synthetic Aperture Radar，簡稱InSAR)是SAR的新發(fā)展，是最新發(fā)展起來的一種空間對地觀測技術(shù)。它是把合成孔徑雷達(dá)產(chǎn)生的單視復(fù)數(shù)圖像中的相位提取出來，進(jìn)行干涉處理而得到目標(biāo)點三維

11、信息的一種新技術(shù)差分干涉測量的原理基本原理基本原理 合成孔徑雷達(dá)干涉測量原理在很多文獻(xiàn)中已有詳細(xì)介紹?，F(xiàn)在將以星載重復(fù)軌道為例簡要介紹差分合成孔徑雷達(dá)干涉基本原理。差分干涉測量的原理 如圖所示，S、S2和S3分別為衛(wèi)星三次對同一地區(qū)成像的位置(即成像時雷達(dá)天線的位置)。則經(jīng)相位干涉處理，由S。和S2可生成一幅干涉圖，s，和S 可生成另一幅干涉圖，利用這兩幅干涉圖進(jìn)行差分處理，即所謂的差分雷達(dá)干涉測量。差分干涉測量的原理兩軌法兩軌法 其基本思想是利用已知的外部DEM來消除地形相位。 在兩軌法中，外部DEM的精度、空間分辨率、插值方法及干涉基線對形變量的精度都有顯著的影響。差分干涉測量的原理三軌法

12、三軌法 是由1994年由Zebker等人提出的，由于該方法可以直接從SAR圖像中提取出地表形變信息，被認(rèn)為是差分干涉模型最經(jīng)典的方法。差分干涉測量的原理三軌法三軌法 原理是采用三幅SAR圖像，以其中的一幅作為主圖像，另外兩幅作為從圖像，可與主圖像分別生成兩幅干涉圖?；谌N假設(shè)： 只有形變對干涉圖收到形變的影響； 形變對于干涉圖中形變不會影響有地面高程產(chǎn)生的相位發(fā)生跳躍；1.地形對干涉圖可以獲得精確的DEM。差分干涉測量的原理四軌法四軌法 基本思想是選擇四幅SAR圖像，用其中的兩幅來生成DEM，另外兩幅作變形監(jiān)測。三種方法比較兩軌法優(yōu)點：不需要相位解纏，減少了數(shù)據(jù)處理 的工作 量；避免了相位解纏引入的誤差。缺點：已知DEM與InSAR干涉圖像的配準(zhǔn)存 在很大 困難。 三種方法比較三軌法優(yōu)點：無需知道外部DEM就可以得到地面位移引起 的相位差，特別是適用于缺少高精度DEM數(shù)據(jù)的地區(qū)。與四軌法相比的優(yōu)點是，由于幾何參數(shù)相同，故不需要考慮另外的匹配和重采樣。缺點：地形對需要相位解纏，其解纏精度的優(yōu)劣直接影響到后續(xù)的處理。三種方