雷达干涉测量(崔松整理)

雷达干涉测量（崔松整理）

第一章绪论

第二章雷达

SAR：使用短天线一段时间内不断收集回波信号，通过信号聚焦处理方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。

1.1雷达及雷达遥感发展概况

ENVISAT

与ERS的SAR传感器相比，Envisat ASAR的优点主要表现在：

扫描合成孔径雷达(ScanSAR)可达到500km的幅照宽度；（ERS只有100km）

可获得垂直和水平极化信息；

（如果发射的是水平极化方式的电磁波，与地物表面发生作用后会使电磁波极化方向产生不同程度的旋转，形成水平和垂直两个分量，用不同极化方式的天线接收，形成ＨＨ和ＨＶ两种极化方式的图像。若雷达发射的是垂直极化方式的电磁波，同理，会产生ＶＶ和ＶＨ两种极化方式的图像。）

交替极化模式可使目标同时以垂直极化与水平极化方式成像；

有不同的空间分辨率和数据率；

可提供7个条带，入射角在15°～45°的雷达数据。

RADARSAT

多极化、多入射角

ALOS

ALOS采用了先进的陆地观测技术，能够获取全球高分辨率陆地观测数据。

该卫星载有三种传感器：全色立体测图传感器，新型可见光和近红外辐射计、相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR）。PALSAR不受云层，天气和昼夜影响，可全天时全天候对地观测，该卫星具有多入射角，多极化，多工作模式及多种分辨率的特性，最高分辨率可达7m。（ERS、ENVISAT是多入射角吗？）

TerraSAR-X

TerraSAR-X

TerraSAR-X 是固态有源相控阵的X 波段合成孔径雷达（SAR）卫星，具有多极化、多入射角的特性，具备4 种工作方式和4 种不同分辨率的成像模式。

高分辨率聚束式(High Resolution SpotLight(HS))

聚束式(SpotLight Mode(SL))

宽扫成像模式(ScanSAR Mode(SC))

条带成像模式(Stripmap Mode(SM))

COSMO-SkyMed

COSMO-SkyMed星座共包括4颗SAR卫星

工作在X波段，具有多极化、多入射角的特性，具备3种工作方式和5种分辨率的成像模式，作为全球第1个分辨率高达1 m的雷达成像卫星星座，COSMO-SkyMed系统将以全天候、全天时对地观测的能力、卫星星座特有的高重访周期和l m高分辨率成像1.2InSAR及发展概况

SAR的不足：

SAR传感器获取的原始资料主要包含两种信息：一是地面目标区域的二维图像，二

是地面目标反射回来的相位

SAR成像没有利用回波相位信息。经过SAR成像处理后，对于地表三维目标，得到

二维SAR图像，即目标到SAR卫星的斜距和相对于航迹的位置(或多普勒频率)被投

影到二维的SAR图像上，要得到目标的三维坐标，需要利用立体定位的方法的得

到目标的三维坐标。

INSAR（合成孔径雷达干涉测量）：一种以合成孔径雷达复数据提取的干涉相位信息为信息源获取地表三维信息和变化信息的技术。

InSAR：利用短基线(一般为几十~1000 m)，由相邻航线上观测得到的同一地区两幅SAR 影像的相位进行干涉处理来获取高程资料，由得到的目标点的三维坐标建立高精度的数字高程模型(DEM)

D-InSAR：以InSAR为基础发展起来的差分雷达干涉测量(D-InSAR)对于高度的变化非常敏感

PS-DInSAR：利用散射特性在时间上保持稳定的高相干点来获取可靠的干涉相位信息GPS技术与InSAR技术结合：一方面可以利用GPS技术消除InSAR的大气及轨道误差，提高其时间分辨率，解决时间去相关问题；另一方面，可以利用InSAR技术提高GPS 的空间分辨率，从而进行大尺度的地表形变监测。

1.3 InSAR的主要应用

高程生成、（地形图测绘）地面沉降、地震、滑坡检测、

火山活动研究（可连续动态监测地表变化，还可估计岩浆流厚度和宽度活火山现场观测原来对人员设备危险）、

土地利用类型分类（可区分林地、开阔地，风、雪融对相干图的影响，基线越长对地表微小运动和变化越敏感）、

海洋应用（利用相位差得到风力、海潮、内波、船尾浪引起的洋面变化）

冰川运动和极地陆地边缘探测、山体运动监测、坡度估计、变化监测

1.4.InSAR的技术发展趋势

雷达传感器向着多波段，多极化，多工作模式，视角可变的方向发展。

SAR 卫星向着轻型化发展。是组成SAR 卫星星座、卫星编队、卫星编队星座等天基SAR 系统的关键。

SAR 向着高分辨率，宽测绘带宽方向发展

InSAR 数据获取更为丰富、便捷。

InSAR 与其他技术的融合。相位解缠，极化干涉和PS 技术仍是InSAR 理论研究的热点

InSAR 应用更为广泛

第二章InSAR 基本原理及数据处理

1. SAR影像的特点

1. SAR 影像是复数影像，包括振幅图和相位图影像。

复影像：复影像数据包括雷达波振幅和相位两部分，被称为复数的实部和虚部。SAR 影像的每一像素不仅包含反映地表微波反射强度即所谓的灰度值，而且还包含与雷达斜距有关的相位值，这两个信息分量可用一个复数(a + b·i)来表达。

2. 斑点噪声

雷达记录的信号是不同散射中心回波矢量的叠加，由于散射中心的回波是随机变化的，这种随机变化造成了相干斑噪声。另一方面，相邻像素点的灰度值会由于相干性而产生一些随机变化，在图像中也会产生斑点噪声

原因一：由于SAR 系统的分辨率是有限的，目标表面相对于系统波长比较粗糙，图像中的每一个分辨率单元都是许多散射点的合成。雷达记录的信号是不同散射中心回波矢量的叠加。由于散射中心的回波是随机变化的，这种随机变化造成了相干斑噪声。

原因二：SAR 成像系统是基于相干原理的，在雷达回波信号中，相邻像素点的灰度值会由于相干性而产生一些随机变化，并且这种随机变化是围绕着某一均值而进行的，在图像中也会产生斑点噪声。相干斑点噪声是SAR 图像固有的特征

3. 穿透性

4. 几何特征

纵向：平行于卫星的飞行航线，方位向

横向：垂直于卫星飞行的航线，距离向

SAR 影像几何特点：距离收缩、透视收缩、叠掩和阴影等现象。

5. 多视处理

SAR 影像有两种显示方式：斜距显示和地距显示。

2.SAR干涉测量工作模式

InSAR工作方式

前两种主要用于机载SAR干涉测量；后一种用于星载SAR干涉测量，卫星不受大气影响，轨道和姿态稳定，为重轨干涉测量提供了较好的条件。

1.交轨干涉测量（XTI）

飞行平台上同时装载两个天线，其中一个负责发射并接收雷达波束，另一个则只负

责接收，这样基线固定，只要能准确确定平台位置，就有利于获得高质量的干涉测

量数据和高程计算结果

航空平台多采用这种方式，航天飞机也实现了这一方式（SRTM）

准确确定平台位置GPS 、平台姿态稳定INS

侧滚的影响和坡度的影响很难区分相位差由侧滚引起变化

2.顺轨干涉测量(ATI）

双天线，在飞机上一前一后

目前只是在飞机上采用，主要用于海流速度制图、运动目标探测、方向波浪谱测

量

3.重复轨道干涉测量（RTI)

只需要一根天线，在尽可能短的时间间隔内，在大致相同的的轨道上，两次获取