合成孔径雷达原理与应用讲座

合成孔径雷达干涉测量－原理、发展与应用－

廖明生

测绘遥感信息工程国家重点实验室（武汉大学）

liao@

2010年5月13日

什么是合成孔径雷达（SAR）

合成孔径

主动成像传感器

机场

SAR Image of Mount Vesuvius

为什么要用SAR?

SAR 影像

•全天时

•全天候

•相位信息（干涉测量，InSAR

）光学影像

SAR干涉测量（InSAR）

利用两次成像距离差和轨道参数提取地面高程信息遥感＋测量＝> 影像测量学

222

()sin()2r dr r B rB

θα+−−−=cos z H r θ=−InSAR 技术几何模型

由干涉图至数字高程模型埃特纳火山

InSAR技术的典型应用

航天飞机雷达测图计划（SRTM）

•11天获取地表大部分区域数字高程模型

•分辨率30m, 高程精度16m

Perspective with Landsat

Overlay, Mount Kilimanjaro, Tanzania

GTOPO30, USGS SRTM DEM Eastern-center Tibet (Xizang, China)

SRTM DEM 实例（中国，西藏）

差分干涉测量（D-InSAR）

量测地表形变

巴姆地震地表形变相位

1，时间去相干

2，大气效应

永久散射体技术（PS-InSAR）

•探测稳定点目标（PS点）

•在PS点上求解大气效应，估计形变速率

-油田沉降

-滑坡监测

-城市地表模型

InSAR技术研究进展 城市地表沉降监测研究

非城市地区地质灾害监测研究 高分辨率InSAR影像研究进展

PART A. 城市地表沉降监测
上海地区为例

地面沉降
在中国，地面沉降是许多城市，特别是沿海的城市，面临着的突出的地质灾 害. 随着人口和经济的发展，这一问题逐渐凸现。

实验区概况
老商业区
开发区
上海城市地图

1. 应用PS技术进行 长时间序列干涉影像形变场估算

长时间序列PS 结果
上海地区26景SAR影像后向散射系数图
26 images processed
Sensor ERS1 ERS1 ERS1 ERS1 ERS1 ERS1 ERS2 ERS2 ERS1 ERS2 ERS1 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 Date 19930417 19930731 19950619 19951002 19951211 19960115 19960116 19960220 19960325 19960326 19960603 19960604 19971111 19980224 19980331 19980505 19990420 19990525 19990629 19991116 19991221 20000125 20000229 20000509 20000613 20000926 Bn 474.92 377.29 -235.69 430.82 559.97 -428.12 -919.52 781.46 -829.64 -928.87 -600.72 -682.94 -353.96 -689.71 -120.41 387.19 504.88 245.13 290.08 46.72 0.00 61.68 -430.69 738.58 -75.89 503.11 Bt -2439.0 -2334.0 -1646.0 -1541.0 -1471.0 -1436.0 -1435.0 -1400.0 -1366.0 -1365.0 -1296.0 -1295.0 -770.0 -665.0 -630.0 -595.0 -245.0 -210.0 -175.0 -35.0 0.0 35.0 70.0 140.0 175.0 280.0
85 Km
85 Km

长时间序列PS 结果
20
More than 20.000 PS identified
0
mm/yr Reference point, assumed motionless
- 20
沉降速率经过拉伸处 理。上海地区上世纪 最大沉降速率实际达 到40毫米/年

长时间序列PS 结果
PS 技术，时间序列形变结果
40
0
- 40
mm/yr

PS 结果 验证
40 1990-1998 cumulating subsidence
0
mm/yr
mm - 40 +40 +20 0 -20 -40 -60 -80 -200 -400 -600 -800
(a)
(b)
PS反演的沉降形变场 与上海地质调查研究院提供的上海沉降分别图沉降趋势基本一致

2.小数据集上进行形变场的提取

研究目的
„在 „
PS 技术中，需要获取大量的影像数据 (大约 >20 景)
基于时间序列干涉影像的形变场估算局限于长时间序列
如何从小数据集上提取地表的形变变化?

在小数据集上提取的相关点目标

处理流程

数据输入InSAR处理D-InSAR

处理

参数估计可视化定标配准PS探测

形变DEM误差