INSAR测量原理.ppt

一.INSAR三维测量的原理二.全息技术的基本原理及其应用,干涉合成孔径雷达(简称InSAR)被广泛地应用于地质灾害预测、地形地貌测绘、军事导向和生活信息获取等领域。而相位解缠技术作为干涉合成孔径雷达测量技术的核心环节，直接决定测量的成败，其算法的优劣也影响三维变形测量与地表监测精度的高低。,一.INSAR三维测量的原理,利用INSAR技术获取的两幅图像。可以由同一飞行载体上装载的两副天线一次观测中得到。假设天线S1和S2的间距为基线B，基线与水平方向的夹角为,h0表示天线S1的高度；地面上一点p到天线S1的距离为r1；p到天线S2的距离为r2；p到地面高度为h,是天线S1相对于p点的下视角。,INSAR成像几何原理,由于天线S1和S2下视角有差异，两幅SAR图像在成像后并像素不能完全重合，这就需要对两幅图像进行图像配准，以达到两幅图像的像素点一一对应。配准后的图像进行复共轭相乘运算：,其中是共轭符号；A表示信号的幅度值。取出式中信号的相位就，如式所示：,式1.1,式1.2,表示取相位运算，它是绝对相位,介于,-，的相位主。同时绝对相位可以由相位主值加上一个常数相位得到，也就是说，绝对相位可以通过相位主值经过相位解缠后得到,绝对相位和相位主值即缠绕相位的概念。,第一周期,第二周期,相位主值和绝对相位的概念,相位解缠的概念,像素点N,相位主值,绝对相位,信号的传播方向,信号传播表达式,相位解缠公式,-,2,绝对相位,包缠相位也叫相位主值,绝对相位,包缠相位也叫相位主值,像素点,像素点,N,N-1,N-2,N,N-1,N-2,4,由于天线S1和S2与目标P之间存在几何关系，如式所示：,在三角形PS1S2，由余弦定理可以得到式,上式经整理可以推导出式,式1.5,式1.3,式1.4,由于r1r2B2和r1r2,又因为/2-0，从上式整理得的表达式,最后，把1.5和1.7代入1.3中，就可以得到目标点的高度：,其中，r1可以由搭载天线的飞行载体的时钟得到；而h0,以可以根据地面控制点的几何关系得到，可以通过相位解缠得到，从而计算出高度数据。,式1.6,式1.7,式1.8,地表高度测量的数字化处理过程,四项最小二成相位解缠原理,2,1,4,3,.,N,像素点,Z,下一页求相位查,2,1,4,3,.,N1,2,1,4,3,.,N,2,2,1,4,3,N,Z,N1,该等式为泊松方程,如何求解泊松方程？,二维离散余弦变换,求离散余弦反变换即可得到解缠相位,谢谢,数字全息成像技术分为两步：波前记录和波前重现，将干涉条纹记录下来，再经过一系列的处理，便形成了全息图，这一步称为全息图的记录。物体的反射光线的强度和位相信息被“冻结”了下来。接着，用参考光照明全息图，可以将被记录的物光场的所有信息再现出来。这一步称为全息图的再现。,数字全息成像与形貌测量原理,数字全息术是一种新型的成像和测量技术，它融合了光学全息和数字技术的优点，用CCD取代传统的银盐干板记录全息图，并用计算机数值模拟光学的衍射过程进行波前再现，因而省去了传统光学全息的化学湿处理过程，借助于现代高性能计算机技术和数字图像处理技术，可以方便、灵活的对所记录的全息图进行存储、再现和传输，具有无损、高灵敏、高准确、高分辨率及准实时的三维成像等优点。,参考光,物光,x0,x,y,z,y0,HologramPlane,ObjectPlane,o,若用和分别表示全息图平面上的物光波和参考光波分布，则全息图强度表示为,2-1,其中第一、第二项为零级衍射项，第三项为原始像，第四像为共轭像。采用如下形式的球面光波作为再现光波。采用如下形式的球面光波作为再现光波,可在ziz0处的像平面上得到等大、对称分布的实原始像和实共轭像。再现光场的复振幅分布为,2-2,2-3,然而，由于再现参考光波与记录参考光波不同，式给出的物光场与真实的物光波前之间存在一个二次位相畸变因子。由全息理论，可以推得重建的实原始像的复振幅分布为,由式（6）可以得到再现像的强度和位相分布如下：,2-4,2-5,2-6,在数字全息成像技术中，若采用反射光路，物体表面高度分布与其位相分布之间有如下关系，即给出了数字全息形貌测量的原理。,2-7,二、数字全息位相重建方法,利用图2-11所记录的全息图直接进行数值重建，将得到相互分离的零级衍射项和正、负一级像，其中，只有正一级像或负一级像是需要的。因此，可以采用频谱滤波的方法将零级衍射项和不希望有的一级像滤除。具体步骤如下,第步对记录的全息图作傅里叶变换，得到其频谱分布；第步利用透明窗滤除零级和负一级像；第步最后对滤波后的频谱图作逆傅里叶变换，即可得到只包含正一级像的全息图,1.频域滤波,2位像重建,设法获得准确的记录距离和参考点源的偏置参数，就能得到准确的三维像。由式2-4知道原始相位三维分布为,将大括号里面表示为,上式中的各项系数可以通过一个自动位相补偿程序自动获得。其主要步骤如下：,直接由全息图的傅里叶变换代入2-6，得到未经任何畸变矫正的位相分布。在被测样品上或其附近选取一块位相为常数的平坦区域，并在此区域上选择两条相互垂直的线段。提取此两条线段上的位相数据，进行一维解包裹，获得连续的位相分布。,对上述位相数据进行二次函数拟合，分别得到水平和竖直方向的拟合系数a0a1a2和b0b1b2，那么,将得到的位相掩模代入式2-4、2-5即可得到重建光场的形貌分布。,数字全息与光学全息不一样的地方，就是数字全息利