中南大学《雷达干涉测量》实验指导书

(2) 虚部
PDF (Im)
(3) 幅度
PDF ( A) PDF ( A, )d

A2 exp 2 2 , A 0; 2 A
6
(4) 能量
PDF ( P )

P exp 2 2 2 1
2
(5) 相位
(3) 圆周期滤波
(m, n)
( L 1) 2
l ( L 1) 2 k ( K 1) 2

( K 1) 2

arg exp(j (m l , n k )) d (m, n) LM
arg[d (m, n)]
d (m, n)
( L 1) 2
l ( L 1) 2 k ( K 1) 2
二、实验内容
1、数据准备 实验给出了干涉复数矩阵“Etan.mat”文件，大小为 1591*561，load 到 matlab 后，读取出对 应的相位矩阵，并画图
2、编写程序，画出第 805 行和第 225 列的解缠相位，并分别比较缠绕相位
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3，编写程序，逐行进行一维解缠，并画图
,4、编写程序，逐列进行一维解缠，并画图

( K 1) 2

exp(j (m l , n k ))
3、对滤波的结果进行评价和分析
通过目视判读对比三种不同的滤波方法， 研究改变窗口的大小来改善滤波的 效果，得到相关结论。
Байду номын сангаас
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实验六 一维相位解缠
一、实验目的
了解相位解缠的基本概念及目的； 掌握相位解缠假设条件以及一维解缠算法； 掌握解缠相位与 DEM 的转换关系； 采用真实的 InSAR 数据开展实验。
实验内容
本门课程的实验有： 1、SAR目视解译 2、SAR数据统计模型 3、InSAR数据统计模型（选做） 4、SAR干涉图质量评估 5、SAR干涉图滤波 6、一维相位解缠
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实验一 SAR 目视解译 一、实验目的
掌握 SAR 灰度图像典型地物的解译能力； 熟悉不同地物在 SAR 灰度影像上的表现； 对比同类地物在不同分辨率 SAR 灰度影像上的表现； 对比光学影像与 SAR 灰度影像上不同地物的异同之处； 采用真实的 SAR 数据开展实验，并与 Google Earth 比对，增强 SAR 灰度图像的解译能力。
《雷达干涉测量》 实验指导书
（供测绘工程专业用） （2009 年）
李志伟 编
二零零九年元月编，二零一五年五月修订 中南大学测绘与遥感科学系
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前言
雷达干涉测量上机实验是学习本门课程的重要环节之一， 实验的设置 是为了配合课堂教学，使学生熟练掌握和深入理解课堂教学内容，进 一步强化对SAR目视解译、SAR和InSAR数据统计特性、干涉图质量 评估、干涉图去噪、干涉相位的理解，掌握等InSAR数据处理的主要 步骤。
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实验五 SAR 干涉图滤波
一、实验目的
熟悉复数数据滤波的理论与方法； 熟悉均值、中值和周期旋转滤波方法； 采用均值、 中值和圆周期滤波方法对干涉图相位进行滤波，并比较各滤波器 的性能。
二、实验内容
1、读取和显示干涉 SAR 样本相位数据 实验样本数据为 data.dat，首先读取并显示该干涉 SAR 样本相位数据
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2、采用 PSD、SPD、相位残差点数等方法对同一地区不同噪声水平的五幅干涉 图进行质量评估
采用以下质量评估模型，对第 1 步读取的五幅干涉图进行质量评估：
(1).相位差之和（SPD）
SPD APD( x, y )
x 1 y 1 p q
1 1 1 APD( x, y ) ( x, y ) ( x l , y k ) 8 l 1 k 1
2、编写程序，绘制 SAR 实部、虚部、幅度、能量和相位的理论分布曲线 SAR 实部、虚部、幅度、能量和相位的概率分布模型如下： (1) 实部
PDF (Re) Re 2 exp 2 2 2 2 1 Im 2 exp 2 2 2 2 1


1、编写程序，计算 InSAR 相位的概率密度，并绘制相关概率密度曲线
InSAR 相位的概率密度模型：
PDF ( ; , L, 0 ) (1 | |2 ) L ( 2 L 1) 2 2 ( L 1) 2 [ ( L)] 2
(2L - 1) 1 arcsin 2 L 0.5 2 L 2 (1 ) (1 - )
for L for L N
cos( 0 )
通过编程，利用上述公式估计概率密度，并绘制概率密度曲线：
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2、编写程序，计算 InSAR 相位的标准偏差，并绘制标准偏差随相干性和视数变 化的分布图
InSAR 相位的标准偏差理论模型为：
2 ( , L) ( 0 ) 2 PDF ( ; , L, 0 ) d
(2).相位标准差图（PSD）
其中 为方位向和距离向的一阶差分均值（ Richard M. Goldstein ， 1998） ，即窗口内相位平均值。
(3).残差点的个数
残差点的判断方法与相位解缠中一样，包括正的和负的残差点。
3、对 PSD、SPD、相位残差点数等评估方法得到的结果进行分析，并与目视判 读结论进行对比，研究窗口大小对质量评估方法的影响。
L 1 L 1 K 1 K 1 ,L , ;k ,L , median cos( ( m l , n k )) l 2 2 2 2 (m, n) arg L 1 L 1 K 1 K 1 j * median sin( (m l , n k )) l ,L , ;k ,L , 2 2 2 2
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实验二 SAR 数据统计模型
一、实验目的
熟悉 SAR 复数数据的表达； 熟悉 SAR 数据实部、虚部、幅度、能量和相位的理论分布模型； 采用真实数据验证 SAR 实部、虚部、幅度、能量和相位的理论分布模型。
二、实验内容
1、编写程序读取 SAR 数据，并计算其实部、虚部、幅度、能量和相位 给定的实验数据为 Real.txt 和 Imag.txt，SAR 数据的读取和转换程序为： 实部：load Real.txt; 虚部：load Imag.txt; 幅度：abs(Real+i*Imag); 能量：(abs(Real+i*Imag))^2; 相位：angle(Real+i*Imag);
Load data.dat;
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2、采用均值、中值和圆周期滤波方法对样本干涉图进行滤波
滤波模型： (1) 均值滤波
(m, n) arg
(2) 中值滤波

( L 1) 2
l ( L 1) 2

( K 1) 2 k ( K 1) 2

exp(j (m l , n k ))
其中，
L2 ( L 0.5) ( L 1 i ) 1 ( 2i 1) 2 1 2( L 1) i 0 ( L 0.5 i ) ( L 1) (1 2 )i 2
L 1 t 0 t e dt , ( L ) ( L 1)!,


采用计算机编程，利用上述公式估计标准偏差，并绘制 InSAR 相位准偏差随相 干性和视数变化的分布图：
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3、 采用样本 InSAR 数据验证干涉 SAR 相位概率密度和标准偏差理论模型 (选做) 样本数据给定了视数 L=1，2 和 5 时，InSAR 的灰度、相干性和相位数据。 根据这些数据，可以统计不同视数 L、不同相干性条件下，样本概率密度；也可 以统计不同视数 L 条件下，样本的标准偏差与相干性的关系。
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实验三 InSAR 数据统计模型
一、实验目的
熟悉干涉 SAR 复数数据的表达； 熟悉干涉 SAR 的相干性和视数的概念； 熟悉干涉 SAR 相位概率密度理论模型； 熟悉干涉 SAR 相位标准偏差理论模型； 采用样本 SAR 数据验证干涉 SAR 相位概率密度和标准偏差理论模型；
二、实验内容实验数据与 InSAR 数据统计模型
二、实验内容
1、数据准备 （数据格式为 ras，可以通过 ACDSee 打开）
1 长沙地区 2010 年 11 月 23 日的 COSMO-Skymed 灰度影像（分辨率：2m） ○ ； 2 澳门地区 2012 年 12 月 20 日的 TerraSAR-X 灰度影像（分辨率：2m） ○ ； 3 沧州地区 2010 年 4 月 23 日的 ENVISAT-ASAR 灰度影像（分辨率：20m） ○ 。
PDF ( ) PDF ( A, )dA
0
1 , 2
采用计算机编程， 绘制 SAR 实部、 虚部、 幅度、 能量和相位的理论分布曲线.
3、采用真实 SAR 样本数据，统计样本概率分布，并与理论概率分布进行比较 采用计算机编程，对第 1 步得到的 SAR 实部、虚部、幅度、能量和相位等 样本数据，统计其样本概率分布，绘制相应曲线，并与第 2 得到的理论概率分布 曲线进行比较，验证 SAR 数据的理论概率分布模型。
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实验四 SAR 干涉图质量评估 一、实验目的
熟悉干涉图质量评估的基本方法； 采用 PSD、SPD、相位残差点数等对干涉图质量进行评估，并与目视判读结 论进行对比。
二、实验内容
1、读取同一地区五幅噪声不同的干涉相位数据
读取同一地区不同噪声水平的干涉图 Data1.dat~ Data5.dat。下同是第一幅干涉图。 Load Data1.dat; Load Data2.dat; Load Data3.dat; Load Data4.dat; Load Data5.dat;
长沙地区 COSM-Skymed 灰度图
3
澳门地区 TerraSAR-X 灰度图
4
沧州地区 ENVISAT-ASAR 灰度图
2、地物解译 1) 在长沙地区的 COSMO-Skymed 灰度影像上找出新校区图书馆、 新校区体育馆、 橘子洲大 桥和长沙火车站，并截图； 2）在澳门地区 TerraSAR-X 灰度影像上找出澳门机场的跑道、西湾大桥，并截图，对比海 域与陆地灰度图的异同点； 3）在沧州地区的 ENVISAT-ASAR 影像上找出大浪淀水库，并截图； 3、光学影像与 SAR 影像对比 在 Google Earth 上找出上边对应的地物，截图，并且一一对比其异同。
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