【文章內(nèi)容簡介】 理與圖像特征 167。 合成孔徑雷達干涉測量 第 3章 變形觀測新技術及工程實例 47 2022年 5月 30日星期一 ? 從技術角度看，干涉合成孔徑雷達的數(shù)據(jù)收集一般要求雷達平臺上配備兩副 SAR天線，這兩副天線在航線方向交替工作。 ? 對于機載系統(tǒng)： 兩副天線固定在同一飛機上，傳感器中心連線稱為空間基線向量，長度不變，可以從數(shù)米到數(shù)十米（軍用偵察飛機相距 914毫米）。它們交替進行脈沖的發(fā)射和接收，產(chǎn)生時間略有差異的接收信號形成干涉現(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。 合成孔徑雷達干涉測量 第 3章 變形觀測新技術及工程實例 48 2022年 5月 30日星期一 ? 對于星載系統(tǒng)： 一般采用單天線模式，衛(wèi)星以一定的時間間隔對同一區(qū)域進行重復 SAR成像，兩次飛行軌道近似平行，組成類似機載 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。 合成孔徑雷達干涉測量 第 3章 變形觀測新技術及工程實例 49 2022年 5月 30日星期一 ? S1和 S2兩個傳感器分別接收地面目標 P點的 SAR回波信號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，將圖像逐像素進行復共軛相乘，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。 合成孔徑雷達干涉測量 第 3章 變形觀測新技術及工程實例 50 2022年 5月 30日星期一 ? 雷達接收信號中的相位 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假設兩次成像間無隨機擾動，則兩信號的相位差為： 51 2022年 5月 30日星期一 ? 由此可見，干涉圖中的相位差 Φ 取決于斜距信號的路徑差 ΔR ，兩者成正比例關系； ? 在實際干涉數(shù)據(jù)處理中，采用三角函數(shù)運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，主要由信號噪聲引起。 （一）干涉相位的形成 RRR ??????? ?????? 4)(4 2121 167。 合成孔徑雷達干涉測量 52 2022年 5月 30日星期一 電磁波測距基本原理公式 設電磁波在大氣中傳播速度為 c，當它在距離 D上往返一次的時間為 t，則有： ctD 21? Dg tncD2021?53 2022年 5月 30日星期一 相位法測距原理 調制波的調制頻率 f， 角頻率 ， 設調制波在距離 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為調制光的波長 D??? 22?54 2022年 5月 30日星期一 GPS 整周未知數(shù)解算 ? 測站對某一衛(wèi)星的載波相位觀測值由三部分組成 : (1)初始整周未知數(shù) n； (2) t 0至 t i 時刻的整周記數(shù) Ci；(3)相位尾數(shù) ?i ? 如果信號沒有失鎖，則每一個觀測值包含同一個初始整周未知數(shù) N ? 為了利用載波相位進行定位，必須設法先解算出初始整周未知數(shù)，取得總觀測值 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 取決于斜距信號的路徑差 ΔR ，兩者成正比例關系； ? 在實際干涉數(shù)據(jù)處理中，采用三角函數(shù)運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，主要由信號噪聲引起。 RRR ??????? ?????? 4)(4 2121（一）干涉相位的形成 167。 合成孔徑雷達干涉測量 56 2022年 5月 30日星期一 （一）干涉相位的形成 167。 合成孔徑雷達干涉測量 57 2022年 5月 30日星期一 （一）干涉相位的形成 （二）干涉相位的噪聲測度 ? 干涉相位圖像質量評價的量化標準，是干涉相關系數(shù)（意大利 Prati， 1993年），其定義為： ? ?][][22*MEMESME ???式中： E[ ]表示數(shù)學期望， M、 S分別表示主、從影像復數(shù)集， *為復數(shù)的共軛算子。干涉相關系數(shù) γ 的絕對值取值范圍為 [0， 1]。 1．當 γ = 0 時，表示兩景影像完全不相關； 2．當 γ = 1 時， 表示兩景影像完全相關，無噪聲。 167。 合成孔徑雷達干涉測量 58 2022年 5月 30日星期一 ? 實際計算干涉相關系數(shù)時，取某一分辨單元周圍一定范圍內(nèi)的鄰近像素復數(shù)信息來估算其相關度： ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ??minjminjminjjiSjiMjiSjiM1 1 1 1221 1*),(),(),(),(?（一）干涉相位的形成 （二）干涉相位的噪聲測度 167。 合成孔徑雷達干涉測量 59 2022年 5月 30日星期一 （二）干涉相位的噪聲測度 167。 合成孔徑雷達干涉測量 60 2022年 5月 30日星期一 ? 在實際數(shù)據(jù)處理時，也可用像元信噪比（ SNR）來計算干涉相關系數(shù)： SN RSN R??1?? 可見：干涉相關系數(shù)越高的目標，其信噪比越大；反之越??；兩種方法對干涉相位噪聲程度的衡量是一致的。 ? 高信噪比目標的數(shù)量越多，干涉測量成果的精度越高、質量越可靠。 （一）干涉相位的形成 （二）干涉相位的噪聲測度 167。 合成孔徑雷達干涉測量 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．相位隨機噪聲 167。 合成孔徑雷達干涉測量 62 2022年 5月 30日星期一 ? 上述干涉相位中包含五個分量，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 地表形變測量 （一）觀測幾何 二、 InSAR基本原理 一、 SAR成像原理與圖像特征 167。 合成孔徑雷達干涉測量 第 3章 變形觀測新技術及工程實例 63 2022年 5月 30日星期一 1．兩軌法： 使用兩幅雷達圖像和 1個外部數(shù)字高程模型。 ? 兩幅雷達圖像形成一個干涉對，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 地表形變測量 （一）觀測幾何 2．四軌法： 使用四幅雷達圖像形成兩個干涉對，分別為“地形對”和“地形 +地表形變對”。兩個干涉對 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。 合成孔徑雷達干涉測量 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 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 地表形變測量 （一）觀測幾何 167。 合成孔徑雷達干涉測量 65 2022年 5月 30日星期一 3．三軌法： 使用 3幅雷達圖像形成兩個干涉對，分別為“地形對”和“地形 +地表形變對”。 ? 從“地形 +地表形變對”干涉相位中，直接扣