InSAR技術(shù)ppt課件

Radar（無線電探測與測距）RAR（真實(shí)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)）,1,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。雙天線干涉（機(jī)載系統(tǒng)）以固定的間距分開的兩個(gè)天線同時(shí)采集信號，僅一個(gè)傳感器主動(dòng)發(fā)射一定頻率的微波信號，地面反射信號被兩個(gè)傳感器接收，獲得不同視角且覆蓋同一區(qū)域的兩個(gè)SAR圖像。單天線重復(fù)軌道干涉（星載系統(tǒng)）衛(wèi)星以一定的時(shí)間間隔和軌道偏移對一個(gè)地區(qū)重復(fù)成像（時(shí)間相關(guān)性的問題）。雙星串聯(lián)飛行模式（ERS-1/2）,2,兩副天線接收到的信號的相位差為：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(jì)算高程值，進(jìn)而生成DEM。,3,InSAR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(jì)算和糾正（地圖編碼處理）等等。,4,原理：在參考影像和輸入影像之間找到足夠多的同名點(diǎn)，用同名點(diǎn)作為控制點(diǎn)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（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(dòng)函數(shù)法。,5,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）。,6,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。,7,從干涉圖中得到的相位差只是主值，要得到真實(shí)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可靠。,8,時(shí)間失相關(guān)對兩次成像來說，各自隨機(jī)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。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(shí)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,9,GPS：通過安置在地球表面接收機(jī)同時(shí)接收4顆以上的衛(wèi)星信號測定接收機(jī)的位置。可以推算電離層和對流層的延遲，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(shí)時(shí)觀測，幾乎不受天氣的影響。,10,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(diǎn)，利用GPS精確測定這些點(diǎn)的三維坐標(biāo)，作為控制點(diǎn)校正雷達(dá)影像的幾何變形誤差和一些系統(tǒng)誤差。,11,簡介,簡介（續(xù)）相參積累無需多個(gè)陣元同時(shí)發(fā)射和接收合成孔徑天線：運(yùn)動(dòng)小天線多脈沖相參積累，能獲得沿運(yùn)動(dòng)軌跡的等效長線陣的方位（切向）分辨力。采用該技術(shù)的機(jī)載（空載）雷達(dá)稱為合成孔徑雷達(dá)（SAR）微波成像雷達(dá)SAR：雷達(dá)移動(dòng)，被測目標(biāo)固定ISAR：雷達(dá)固定，被測目標(biāo)運(yùn)動(dòng),SAR工作原理,SAR工作原理,遠(yuǎn)場平面波，q角回波信號單程相位差實(shí)孔徑雷達(dá)，l單程切向分辨力非聚焦處理：平面波相參積累聚焦處理：球面波相參積累，dra與R無關(guān),非聚焦處理,非聚焦處理：平面波相參積累收發(fā)雙程相位差若q很小，sinq=q=y=Rq連續(xù)波信號方向圖,非聚焦處理,切向分辨力合成孔徑長度L=vpT孔徑邊緣雙程相位差允許的雙程相位差為p/2=DRl/8,非聚焦處理,聚焦處理,聚焦處理：球面波相參積累陣列邊緣產(chǎn)生的平方項(xiàng)可在信號處理中補(bǔ)償，合成孔徑長度波束寬度覆蓋的長度瑞利切向分辨力（切向覆蓋寬度）式中，D為實(shí)際孔徑；l/D為瑞利波束寬度合成孔徑雷達(dá)的橫向分辨率與距離R無關(guān),聚焦處理,遠(yuǎn)場某點(diǎn)多普勒頻移若q很小，收發(fā)雙程相位差相應(yīng)的雙程相移,聚焦處理,對應(yīng)的多普勒頻移多普勒頻移fd與x呈線性關(guān)系,聚焦處理,SAR接收的是LFM信號，其寬度等于單個(gè)天線波束寬度所決定的能收到信號的時(shí)間匹配濾波使LFM信號的脈沖包絡(luò)受到壓縮，等效于天線波束寬度變窄，角度分辨力提高,引言,合成孔徑雷達(dá)(SyntheticApertureRadar，簡稱SAR)，是一種工作在微波波段的主動(dòng)式微波成像傳感器。它有效地解決了雷達(dá)設(shè)計(jì)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(InterferometricSyntheticApertureRadar，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(diǎn)三維信息的一種新技術(shù),22,差分干涉測量的原理,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。,23,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(shí)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。,24,差分干涉測量的原理,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。,25,差分干涉測量的原理,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。,26,差分干涉測量的原理,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。基于三種假設(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；地形對干涉圖可以獲得精確的DEM。,27,差分干涉測量的原理,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。,28,三種方法比較,兩軌法優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：已知DEM與InSAR干涉圖像的配準(zhǔn)存在很大困難。,29,三種方法比較,三軌法優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)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(diǎn)：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。,30,三種方法比較,四軌法優(yōu)點(diǎn)：彌補(bǔ)了三軌法有時(shí)不能生成DEM或者圖像相關(guān)性差的不足。缺點(diǎn)：由于使用兩個(gè)獨(dú)立的干涉對（需要四景數(shù)據(jù)），故數(shù)據(jù)選擇受到限制。,31