第五章SAR干涉测量(完整)第五章SAR干涉测量(完整)中科院微波遥感.doc

SAR干涉测量##主要内容鬥基本概念鬥SAR干涉测量原理-SAR干涉测量基本算法 冈SAR差分干涉测量理论 □ SAR干涉测量应用##本章主要内容@基本概念國SAR干涉测量原理HI SAR干涉测量基本算法 鬧SAR差分干涉测量理论 亘SAR干涉测量应用相关词汇&Syn thetic Aperture Radar In terferometryIn terferometric SARIn SARIFSARInterferogram（ 干涉纹图）Phase Unwrapping（ 相位解缠）Perma nent Scatterers（PS）What is In SARIn terferometric SAR(I nSAR) exploits the phase differe nces of atleast two complex-valued SAR images acquired from differe nt orbit positi on and/ or at differe nt times. The in formati on derived from these in terferometric data sets can be used to measureseveral geophysical qua ntities, such as topography, deformati ons (volca no es, earthquakes, ice fields), glacier flows, ocea n curre nts, vegetatio n properties, etc.-R.Bamler, DLRWhy InSARSAR立体测量提取DEM的精度卫星地形类型精度（m ）同侧异侧SIR-A起伏大100SIR-B中等变化25-起伏大6036ERS-1/2中等变化2020起伏大45-JERS-1起伏大75-ALMAZ-1起伏大30~50-Radarsat-1较平坦8~1020中等变化15~2040起伏大25~30-但雷达图像立体测图技术仍存在一定的问题，主要是侧视雷达图像的某些特性的不定性所造 成的，如在山地，透视收缩与阴影都会造成图像形变，影响其测绘精度。

WHO DOES THE FIRST??i— 1946 年，Ryle 禾口 Vonberg 构造了类似 Michelso n-Morley 干涉仪产生的无线电波，并能对一些新的宇宙电波进行定位1969年Rogers 和In galls 将无线电波干涉测InSAR研究的蓬勃发展量技术用于观测金星表面美国军方首次将机载 SAR干涉测量技术应用于地形测绘，利用相位差图像获取高程信 息，并于 1971年申请了相关专利1972年Zisk采用同样的方法来测量月球的 地形1974 年 Graham利用机载合成孔径雷达数据获取了能满足 1:25万地形图要求的高程 数据，开创了 InSAR技术在对地观测中获取三维信息的先河1969年Rogers 和 Ingalls首次将 In 113技术用于观测1金星表面的发展1974年Graham禾U用机载合成孔径雷达数据获取了能满足 1： 25万地形图要求的高程数据，开创了 InSAR 技术在对地观测中获取三维信息的先河986年Zebke和Goldstein首次将Seasa数据应用于地形测绘989年Gabrie l等将Seasa数据应用于微小高程变化的制图工作中1991年欧洲空间局（ESA） ERS-1卫星发射，InSAR技术应用及其数据处理引起人们极大的关注。

1994年航天飞机成像雷达SIR-C/X-SAR任务将干涉测量向前迈了一大步，首次实现了多频多极化干涉测量■ I1995年开始了 InSAR研究的一个新分支一一极化InSAR的研究2000年2月 11日美国宇航局（NASA ）和国家影像与测绘局（NIMA ）联合进行了为期11天的航天飞机雷达地形测绘任务 （SRTM ）2002年3月发射了 ENVISAT-1，ASAR具有同极化和交叉极化两种极化模式以及可以多角度，多模式成像JBF p « I-2006年 1月日本计划发射的ALOS/PALSAR具有获取多极化、极化、:干涉和多种模式数据的能力12月发射2007年6月德国 TerraSAR-X 发射，COSMO-SkyMed 2：007底 12月加拿大在RADARSAT-1基础上发射的RADARSAT-2也具有全极化和干涉测量的功能196919741986 1989 199119941995 2000 2002 2006 2007##本章主要内容-基本概念n SAR干涉测量原理-SAR干涉测量基本算法SAR差分干涉测量理论 日PSINSAR技术 岡SAR干涉测量应用#HOW DOES IT WORK?##天线SARIn SARi天线2#/cInterferometric system: monostatic(ERS)u(t) exp(- j sot)s(P) ocu(t- T)exp(-j g(t- T))exp(j?s(P))+n(t) t =2n(P)/css(P) *u(t- T)exp-j g(t- T))exp(j?s(P)) + n2(t) t=2「2(P)/c十 y (gro und range)Interferometric system: bistatic(SRTM 2000)u(t) exp(- j gt)s(P) m(t- T)expgj s(t- T))exp(j?s(P))+n(t) T=(r!(P) + n(P))s2(P) ocu(t- T)expfjs(t- T))exp(j?s(P))+n2(t) T=(r1(P) + 以 P))/c 2k k y (gro und range) 接收信号的相位由两部分组成：一是 ..由往返路径确定的相位.一是由不同 \ r的亂射特性造成的随肌相位,IMPLEMENTATIONADVANTAGES DISADVANTAGESSimulta neous Baseli ne? Known baseli ne? Difficult to get adequate baseli ne in space? No temporal decorrelati on? High data rate from two radars? Typically better performa nce? Typically higher costRepeat Track? Lower data rate from one radar? Temporal decorrelati on? Lower cost? Baseli ne not well known and may be cha nging? Depe nding on orbit, any baseli ne can be realizedThe SAR in terferogram is gen erated by:Cross - multiplying pixel by pixel the first SAR image times the sec ond one complex con jugated.Thus, the in terferogram amplitude is the amplitude of the first image times that of the sec ond one.Whereas its phase (called in terferometric phase) is the phase differe nee betwee n the two images.由于入射角的差异使得两幅 SAR图像不是完全重合，对它们进行配准处理后，配 准后的图像对进行复共轭相乘就得到了复干涉纹图( interferogram )#InSAR的几何原理Si(R) = “(R)exp(i ©(R))s2(R + ?R) = u2(R+ ?R)exp(i 以R + ?R))2 n?1 = 22- R + argfw}A?2 =22n(R+?R) + arg{u2}；i(R)S*(R+?R)=s**|expi(?i- ?2) = |sls2|exp?- i-4n?R?? 入 ?4 --, 4n©= - —?R + 2 nN入N =0±,± 丄InSAF成像几何示意图（如果地表无形变）#sin( e-a)=2 2 2(R+?R) - R - BRBz = H - Rcos e?R Tsin( e- a) + hR0= a-arcsin?入檢?4 tB ?如果知道天线位置参数和雷达 成像系统参数等，就可以从相 位中计算岀地表的高程值。

InSAR成像几何示意图（如果地表无形变）##SARioneeferoffierhfcFpase: ggeme±ficccoWtojn#4 nPhase ~ ?r入euoek - t~nslAzimuth#斜距变化和高度变化两个方面研究干涉相位的变化情况高度不变，斜距发生变化 无高程变化的平坦地表也会产生线性 变化的干涉相位，称之为平地效应 由于平地效应的影响，常常会造成干 涉条纹过密，影响后面的相位解缠Bsin( 60 + ? Or -a)4n?旗二『-© 二-一[Bsin( 6 +? Or - a) - Bsin( 6 - a)]4 n=-—B cos( a)? OrR? Or ~Rsin? Or =?R/tan 60? ©R =-4n BCOS( - a)?R入 Rtan 604tb 丄？RARtan 60。