空间大地测量sar与insarWord下载.docx
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Si和S2至
地面点P的斜距分别为R和R+AR;
将基线沿视线方向分解，得到平行于和垂直于视线向的分量B11、b'
;
H为Sl到参考面的高度；
从Sl发射波长为的信号经目标点P反射后被Sl接收,得到测量相位1,
4
iRarg{ui}
（1）
同样,另一空间位置S2上测量到相位2
R）arg{u2}
（2）式中,arg{ui}和arg{比}表示不同散射特性造
成的随机相位•
假设两幅图中随机相位的贡献相同，则Si和S2关于目标P点的相位差
R（3）
也称为干涉相位，可由经过配准的两幅SARSLC图共扼相乘得到.根据图1中的几何关系并利用余弦定理可得：
sin（
R2B2（RR）2
2RB
（4）
hHRcos（5）
由于R?
R且R?
B，贝URBsin（
）B||（6）
（4）、（5）两式即为InSAR确定高程的原理性公式.
三、合成孔径雷达差分干涉测量（D-lnSAR）
D-lnSAR技术是在主动式微波合成孔径雷达SAR相干成像基础上发展起来的，它以合成孔径雷达复数据提供的相位信息为信息源，可从包含目标区域地形和形变等信息的一幅或多幅干涉纹图中提取地面目标的微小形变信息。
它是迄今
为止独一无二的基于面观测的形变遥感监测手段，可补充已有的基于点观测的低空间分辨率大地测量技术如全球定位系统、甚长基线干涉和精密水准等。
它具有高灵敏度、高空间分辨率、宽覆盖率、全天候、几乎不受云雨天气制约和空中遥感等突出的技术优势，在对地震形变、地表沉陷及火山活动等大范围地表变形的测量研究中迅速得到了广泛的应用。
四、D-InSAR原理
根据去除地形相位采用的数据和处理方法的不同，差分干涉测量技术可以分为二轨差分、三轨差分和四轨差分。
下面以三轨差分为例简要说明D-InSAR原理。
在下图中，设S,S2、S1S3分别组成形变前后的两对主辅影像，S1、S2所获取的影像为地形对，S1、Ss为形变对。
在三角形S,S2P中有：
（RRop。
）2R2B22RBcos（9d）,topo—（B||）
defo
（Bii
为地表形变量:
（）（defo
topo）
（4
Si-
13?
R*
R,f
II
因此，由差分相位解缠之后的结果可求出地表形变量。
同三轨差分类似，二轨D-InSAR首先利用一对跨越形变期的SAR图像进行干涉处理，得到包含形变信息的干涉相位；
然后利用已有的观测区数字高程模型DEM和SAR成像参数反演干涉相位；
最后将干涉处理得到的相位与利用DEM反演得到的干涉相位进行差分处理，从而得到差分相位，解缠之后即可得到地表形变信息。
五、合成孔径雷达干涉测量数据处理流程
虽然InSAR的成像几何原理较为简单，但由于SAR本身成像的特殊性，在干涉测量过程中噪声及地形的不连续性使得具体的实现算法比较复杂。
下面描
述了具体的处理算法。
1SAR干涉数据的准备
针对不同的干涉应用选取合适的SAR干涉相对。
成功的进行InSAR干涉处理要求SAR图像对必须相干，因此选取图像对时必须考虑两个方面，一是临界基线距的限制，二是时间去相干的影响。
将获得的原始SAR信号采用SAR
成像算法做成像处理，生成两个地面二维单视复图像。
其目的是实现距离和方位向的二维成像，并得出图中各点的相位信息。
此外，成像过程中对得出的多普勒中心、多普勒带宽和各次成像斜距R1和R2的估值，也是成像的重要参数。
2SAR影像的过采样与预滤波
为了避免在形成干涉条纹时出现频谱卷绕，需要对两幅SAR影像过采样。
在进行干涉测量时，经常会出现两幅图像的多普勒质心不同的情况，也就是说两
幅SAR影像是在不同方位频谱采样。
不相干频谱成分将会在干涉图上产生噪声，基于多普勒质心和SAR系统天线模式的方位滤波能够增强数据的相干性。
3SAR影像对的配准
在进行SAR干涉测量时，SAR影像对必须进行精细配准以保证输出的干
涉条纹具有良好的相干性。
由于两幅图像的数据几乎来自于空间的同一位置，两
幅影像的相干像元主要的不同之处是存在一定的偏移、小范围的拉伸及方位向轻微的旋转。
干涉图受到配准误差的影响可以通过研究相干强度分析处来。
通常，图像的配准误差必须为1/8个像元以下才对干涉条纹的质量没有明显的影响。
4SAR影像距离向预滤波
以区域干涉条纹具距离向频率为依据对SAR影像做距离向预滤波，压缩影像频谱的不相干部分，通常需要有初始的干涉图进行多次迭代。
比较简单的方法是通过干涉图的均值频率过滤掉频率过高的或过低的数据。
5生成干涉图和计算相干系数
配准后的图像对作复共扼相乘，就生成干涉图，其相角即为两次成像的相位差。
但由于复数对其相角的周期性，干涉得出的不是直接两次成像相位差的原值，而是其被周期折叠后的主值。
采用最大似然估算器计算相干系数。
一般情况下，相干系数存在一定的偏差，通过对相干估算值进行空间平均可纠正这种偏差。
6去平地效应
平地效应是高度不变的平地在干涉图中所表示出来的干涉条纹随距离向和方位向的变化而呈周期性变化的现象。
平地效应可通过对干涉信号乘以复相位函数来去除。
对干涉纹图进行去平地处理是基于两个原因：
1）去平地后的相位近
似地表示了真实相位与参考面之间的相位差；
2）进行去平地处理后相位梯度变
化降低，有利于进行相位解缠。
7干涉图的降噪滤波和二次采样
干涉得出的相位条纹中存在严重噪声，使相位展开无法进行。
通常需要对干涉纹图进行滤波和二次采样，以降低噪声，同时，滤波必须考虑相位主值，要用特殊的方法滤波：
1）利用halfband滤波消除顶底位移对相位数据的影响；
2）
方位向滤波增加干涉图的信噪比；
3）二次采样减少后期数据处理的数据量。
8相位解缠
相位解缠就是从相位差图像中恢复真实相位差的过程。
相位解缠是InSAR
数据处理中尤为关键的一步，相位解缠结果的好坏直接影响InSAR的最终数据产品的质量。
相位解缠方法主要分为两大类：
路径跟踪法和和最小范数法。
路径跟踪法的基本策略是将可能的误差传递限制在噪声区内，通过选择合适的积分路径，隔绝噪声区，阻止相位误差的全程传递。
它或是通过识别“残差”点，设置正确的枝切线阻止积分路径穿过，或在相位质量图的帮助下，从高相位质量数据开始积分。
与路径跟踪法不同的是，最小范数法将相位解缠问题转化为数学上的最小范数问题，目前使用较广泛是最小二乘法，即利用最小二乘法逼近己知的水平方向和垂直方向的相位差来进行相位估值。
除了这两大类算法以外，还有一些其它算法，如条纹检测、网络自动化、知识介入、基于模型等，近年来还提出了一些混合算法以及基于图论的网络规划算法等。
9干涉测量几何参数校正和解缠相位到高程数据的转换
为了实现解缠相位到高程的转换，需要有精确的基线参数，所以必须精确估计干涉测量所需的几何参数。
利用下面公式可以实现解缠相位到高程数据的转换。
h（R2a22Racos[
arccos（
B2
21
2RR（R）2胪
其中，R是参考斜距，a是卫星平台距地心的高度，3是基线与参考斜距的夹角，B是基线距，△R是斜距差。
10SAR图像到地理坐标系
InSARDEM所处的坐标系是SAR系统的斜距一方位坐标系，为了将DEM提供给最终用户使用，DEM必须转换到通用的地理坐标系中。
SAR干涉测量的处理流程下图所示。
SARSLC奴图像5ARSLC如图像
复图像配准和篁采样
十涉閨牛成
“T~JikHwJ去平和图像滤波I
甚线精化郴位聃缠f床纟戈精化
相位到I；
；
」和的转换
DEM
图2.5SAR干涉测昼处理流程图
六、合成孔径雷达差分干涉测量数据处理流程
D-lnSAR技术通过差分干涉雷达技术获取地表的形变信息，主要有3种方
法即已知DEM的双轨道法、三轨法和四轨法。
（1）已知DEM的双轨法。
又称“二轨法”。
它是利用试验区地表变化前后
两幅影像生成干涉纹图，再利用事先获取的DEM数据模拟纹图，从干涉纹图中去除地形信息就得到地表变化信息。
其优点是无须进行相位解缠，减少了工作量。
缺点是对于无DEM数据的地区无法采用上述方法，另外在引入DEM数据的
同时有可能带入新的误差。
（2）三轨法。
它是利用三景影像生成两幅干涉条纹图，一幅反映地形信息一幅反映地表形变信息，进行平地效应消除后，分别进行相位解缠，最后利用差分干涉测量原理计算得到地表信息。
其主要优点是无需地面信息，数据间的配准容易实现。
缺点是相位解缠的好坏将影响最终结果。
（3）四轨法。
选择用四幅SAR图像进行差分干涉处理，即：
选择两幅适合生成DEM的SAR图像，另外选择两幅适合做形变的SAR图像，而后与三轨法相同，分别进行平地效应消除和相位解缠，最后利用差分干涉测量原理计算得到的地表信息。
下面我们分别介绍二轨法和三轨法的具体处理步骤。
二轨法是利用其他的地形数据消除干涉纹图中的地形因素的影响，从而得到
形变信息。
二轨法主要有以下5个关键性步骤：
步骤1:
干涉影像对的精确配准。
步骤2:
基于局部地形坡度对干涉影像对进行滤波处理，然后生成干涉图。
步骤3:
计算DEM的点间距与干涉图像元间隔之间的比值，对DEM点进行过采样，基于多普勒方程、斜距方程和椭球方程，利用轨道参数将DEM转换到雷达坐标系统，将DEM数据转换为相位值。
步骤4:
从干涉图中减去利用DEM模拟的干涉图。
直图像配准
步骤5:
将干涉纹图投影至地理坐标系。
与二轨法不同的是，三轨法利用三幅影像实现形变监测，它不需要其他的辅助DEM数据，对于一些无地形数据的变形监测尤为重要。
如下图所示，其基本步骤为：
展？
fhm1]SAR影像
咸准主SAR奴影像
-_—J
⑴刖SAKUI'
（4图像配卅
现测蹈像帀[采样
复相干罔1
甲‘视F涉纹圏1
平地效应消除]
主影像滤波
现测说像滤波
单视干涉纹图2
平地效应泊除2
tnFt」ah阳盂1
1LIUT«
tri蛀1
相位到高程的转换
[―
区域性地表形变
[VI2.6介成孔径雷达差分「涉测量数据处理流程图
步骤1：
两幅干涉图像对生成干涉图1，进行平地效应消除，干涉图1中包含地形信息和形变信息。
步骤2：
主图像与第三副图像形成干涉影像对，生成干涉图2，进行平地效应消除，干涉图2仅包含地形信息。
步骤3：
对去平地效应的干涉纹图1和2进行相位解缠。
步骤4：
计算形变信息。
步骤5：
将形变图投影至地理坐标系中。
在三轨法中，相位解缠直接影响所测量的形变结果。
并且平地效应的消除方法也对三轨法有很大的影响。
在实际研究中，可根据数据情况选择合适的差分算法。
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