【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 理與圖像特征 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 第 3章 變形觀測(cè)新技術(shù)及工程實(shí)例 47 2022年 5月 30日星期一 ? 從技術(shù)角度看，干涉合成孔徑雷達(dá)的數(shù)據(jù)收集一般要求雷達(dá)平臺(tái)上配備兩副 SAR天線，這兩副天線在航線方向交替工作。 ? 對(duì)于機(jī)載系統(tǒng)： 兩副天線固定在同一飛機(jī)上，傳感器中心連線稱為空間基線向量，長(zhǎng)度不變，可以從數(shù)米到數(shù)十米（軍用偵察飛機(jī)相距 914毫米）。它們交替進(jìn)行脈沖的發(fā)射和接收，產(chǎn)生時(shí)間略有差異的接收信號(hào)形成干涉現(xiàn)象。 （一）干涉相位的形成 二、 InSAR基本原理 一、 SAR成像原理與圖像特征 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 第 3章 變形觀測(cè)新技術(shù)及工程實(shí)例 48 2022年 5月 30日星期一 ? 對(duì)于星載系統(tǒng)： 一般采用單天線模式，衛(wèi)星以一定的時(shí)間間隔對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行重復(fù) SAR成像，兩次飛行軌道近似平行，組成類似機(jī)載 SAR的干涉相位。 （一）干涉相位的形成 二、 InSAR基本原理 一、 SAR成像原理與圖像特征 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 第 3章 變形觀測(cè)新技術(shù)及工程實(shí)例 49 2022年 5月 30日星期一 ? S1和 S2兩個(gè)傳感器分別接收地面目標(biāo) P點(diǎn)的 SAR回波信號(hào)ω 1和 ω 2，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到的影像分別為主、從影像。 ?????)e x p()()e x p()(22221111??????jRjR? 經(jīng)配準(zhǔn)，將圖像逐像素進(jìn)行復(fù)共軛相乘，得： ? ?)(e x p)()( 21212*211 ?????? ??? jRR（一）干涉相位的形成 二、 InSAR基本原理 一、 SAR成像原理與圖像特征 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 第 3章 變形觀測(cè)新技術(shù)及工程實(shí)例 50 2022年 5月 30日星期一 ? 雷達(dá)接收信號(hào)中的相位 ψ包括兩部分： 1．往返路徑確定的相位； 2．地表不同的散射特性造成的隨機(jī)相位。即： （一）干涉相位的形成 ?????????s c a ts c a tRR2221112222????????? ?)(e x p)()( 21212*211 ?????? ??? jRRRRR ??????? ?????? 4)(4 2121假設(shè)兩次成像間無隨機(jī)擾動(dòng)，則兩信號(hào)的相位差為： 51 2022年 5月 30日星期一 ? 由此可見，干涉圖中的相位差 Φ 取決于斜距信號(hào)的路徑差 ΔR ，兩者成正比例關(guān)系； ? 在實(shí)際干涉數(shù)據(jù)處理中，采用三角函數(shù)運(yùn)算則丟失了相位的整周數(shù)，只能得到干涉相位的主值（即纏繞相位），必須通過解纏算法恢復(fù)相位完整值。 ? 由于相位差的周期性變化，反映在干涉圖上表現(xiàn)為干涉條紋。 ? 干涉條紋在陸地區(qū)域是連續(xù)的，較為清晰；但在水域地區(qū)，干涉條紋比較模糊，主要由信號(hào)噪聲引起。 （一）干涉相位的形成 RRR ??????? ?????? 4)(4 2121 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 52 2022年 5月 30日星期一 電磁波測(cè)距基本原理公式 設(shè)電磁波在大氣中傳播速度為 c，當(dāng)它在距離 D上往返一次的時(shí)間為 t，則有： ctD 21? Dg tncD2021?53 2022年 5月 30日星期一 相位法測(cè)距原理 調(diào)制波的調(diào)制頻率 f， 角頻率 ， 設(shè)調(diào)制波在距離 D往返一次產(chǎn)生的相位延遲為 φ ， f?? 2?DDD tfttΦΦ 22 22 ??????? ???? 發(fā)收DtvD 221 ???? ???gfncDπ40?? ??? vfD 4 1?? ΔN ??? π2gncv 0?ft D ??22 ???????? ????????? ??? ????? 2222 0 NNfncDgλ為調(diào)制光的波長(zhǎng) D??? 22?54 2022年 5月 30日星期一 GPS 整周未知數(shù)解算 ? 測(cè)站對(duì)某一衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值由三部分組成 : (1)初始整周未知數(shù) n； (2) t 0至 t i 時(shí)刻的整周記數(shù) Ci；(3)相位尾數(shù) ?i ? 如果信號(hào)沒有失鎖，則每一個(gè)觀測(cè)值包含同一個(gè)初始整周未知數(shù) N ? 為了利用載波相位進(jìn)行定位，必須設(shè)法先解算出初始整周未知數(shù)，取得總觀測(cè)值 N + Ci+ ? i Time (0) Ambiguity Time (i) Ambiguity Counted Cycles Phase Measurement 55 2022年 5月 30日星期一 ? 由此可見，干涉圖中的相位差 Φ 取決于斜距信號(hào)的路徑差 ΔR ，兩者成正比例關(guān)系； ? 在實(shí)際干涉數(shù)據(jù)處理中，采用三角函數(shù)運(yùn)算則丟失了相位的整周數(shù)，只能得到干涉相位的主值（即纏繞相位），必須通過解纏算法恢復(fù)相位完整值。 ? 由于相位差的周期性變化，反映在干涉圖上表現(xiàn)為干涉條紋。 ? 干涉條紋在陸地區(qū)域是連續(xù)的，較為清晰；但在水域地區(qū)，干涉條紋比較模糊，主要由信號(hào)噪聲引起。 RRR ??????? ?????? 4)(4 2121（一）干涉相位的形成 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 56 2022年 5月 30日星期一 （一）干涉相位的形成 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 57 2022年 5月 30日星期一 （一）干涉相位的形成 （二）干涉相位的噪聲測(cè)度 ? 干涉相位圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的量化標(biāo)準(zhǔn)，是干涉相關(guān)系數(shù)（意大利 Prati， 1993年），其定義為： ? ?][][22*MEMESME ???式中： E[ ]表示數(shù)學(xué)期望， M、 S分別表示主、從影像復(fù)數(shù)集， *為復(fù)數(shù)的共軛算子。干涉相關(guān)系數(shù) γ 的絕對(duì)值取值范圍為 [0， 1]。 1．當(dāng) γ = 0 時(shí)，表示兩景影像完全不相關(guān)； 2．當(dāng) γ = 1 時(shí)， 表示兩景影像完全相關(guān)，無噪聲。 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 58 2022年 5月 30日星期一 ? 實(shí)際計(jì)算干涉相關(guān)系數(shù)時(shí)，取某一分辨單元周圍一定范圍內(nèi)的鄰近像素復(fù)數(shù)信息來估算其相關(guān)度： ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ??minjminjminjjiSjiMjiSjiM1 1 1 1221 1*),(),(),(),(?（一）干涉相位的形成 （二）干涉相位的噪聲測(cè)度 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 59 2022年 5月 30日星期一 （二）干涉相位的噪聲測(cè)度 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 60 2022年 5月 30日星期一 ? 在實(shí)際數(shù)據(jù)處理時(shí)，也可用像元信噪比（ SNR）來計(jì)算干涉相關(guān)系數(shù)： SN RSN R??1?? 可見：干涉相關(guān)系數(shù)越高的目標(biāo)，其信噪比越大；反之越小；兩種方法對(duì)干涉相位噪聲程度的衡量是一致的。 ? 高信噪比目標(biāo)的數(shù)量越多，干涉測(cè)量成果的精度越高、質(zhì)量越可靠。 （一）干涉相位的形成 （二）干涉相位的噪聲測(cè)度 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 61 2022年 5月 30日星期一 （一）干涉相位的形成 （二）干涉相位的噪聲測(cè)度 （三）干涉相位成分分析 在非零基線（即兩次成像的衛(wèi)星軌道不完全重合）的情況下，干涉相位主要由五個(gè)分量組成： 1．參考分量（平地分量） 2．地形分量 3．形變相位 4．大氣相位 5．相位隨機(jī)噪聲 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 62 2022年 5月 30日星期一 ? 上述干涉相位中包含五個(gè)分量，其中參考分量和地形分量具有顯著影響，必須在提取地表形變信息時(shí)從初始干涉圖中予以剔除，這就是所謂的二次差分干涉 DInSAR（ Differential InSAR） 。 ? 在忽略大氣和噪聲影響的前提下， DInSAR的具體 t方法主要有三種： 兩軌法、三軌法、四軌法 三、 DInSAR 地表形變測(cè)量 （一）觀測(cè)幾何 二、 InSAR基本原理 一、 SAR成像原理與圖像特征 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 第 3章 變形觀測(cè)新技術(shù)及工程實(shí)例 63 2022年 5月 30日星期一 1．兩軌法： 使用兩幅雷達(dá)圖像和 1個(gè)外部數(shù)字高程模型。 ? 兩幅雷達(dá)圖像形成一個(gè)干涉對(duì)，生成既包含地表形變信息又包含地形相位的干涉圖； ? 外部數(shù)字高程模型通過運(yùn)算能夠反演出地形相位； ? 將上述兩類數(shù)據(jù)疊加處理，去除地形相位后便可得到地表形變信息干涉圖。 三、 DInSAR 地表形變測(cè)量 （一）觀測(cè)幾何 2．四軌法： 使用四幅雷達(dá)圖像形成兩個(gè)干涉對(duì)，分別為“地形對(duì)”和“地形 +地表形變對(duì)”。兩個(gè)干涉對(duì) 疊加處理，去除地形相位后便可得到地表形變信息干涉圖。 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 64 2022年 5月 30日星期一 ? 兩軌法和四軌法的差分原理相似！ ? 如圖：地面點(diǎn) P在兩次成像期間發(fā)生位移 d，反映在干涉相位上的數(shù)值為： t o pf l a tmd ???? ???參考相位： 0//4 Bfla t ??? ?地形相位： 010s in4????RhBt o p?? ?初始干涉相位： m?三、 DInSAR 地表形變測(cè)量 （一）觀測(cè)幾何 167。 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 65 2022年 5月 30日星期一 3．三軌法： 使用 3幅雷達(dá)圖像形成兩個(gè)干涉對(duì)，分別為“地形對(duì)”和“地形 +地表形變對(duì)”。 ? 從“地形 +地表形變對(duì)”干涉相位中，直接扣