雷达InSAR技术

1、 Radar（无线电探测与测距）RAR（真实孔径雷达）SAR（合成孔径雷达）InSAR（雷达干涉测量）D-InSAR（差分干涉雷达） InSAR就是利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（或两幅以上）的单视复数影像来形成干涉，得到该地区的三维地表信息。p双天线干涉 （机载系统） 以固定的间距分开的两个天线同时采集信号，仅一个传感器主动发射一定频率的微波信号，地面反射信号被两个传感器接收，获得不同视角且覆盖同一区域的两个SAR图像。p单天线重复轨道干涉（星载系统） 卫星以一定的时间间隔和轨道偏移对一个地区重复成像（时间相关性的问题）。p双星串联飞行模式（ERS-1/2） 两副天线接收到的信号的

2、相位差为： R1， R2为天线到目标P的斜距；式中P为系数，单轨道双天线模式p为1，单天线重复轨道模式p为2，a为基线倾角。 可知，如果知道天线位置（H、B、 a）和雷达系统参数就能计算高程值， 进而生成DEM。21212PRR（）22212121sin()22RRBRRaR BBPBarcsin2aPB1coshHRInSAR数据处理的一般流程包括：影像配准，干涉图生成，噪声滤除，基线估算，平地效应消除，相位解缠，高程计算和纠正（地图编码处理）等等。原理：在参考影像和输入影像之间找到足够多的同名点，用同名点作为控制点确定影像之间的相对几何变换模型，然后利用几何变换模型对输入影像进行重新采样（

3、相对纠正）。配准方法：相干系数法；最大干涉频谱法；相位差影像平均波动函数法。干涉图生成即将两幅精确配准的复数影像共轭相乘，共轭相乘就是对应像元的相位进行想减。干涉相位质量的高低通常采用相关性测度来衡量。为提高干涉图像的信噪比，一般采用滤波处理，即多视处理（前置滤波和后置滤波）。为了提取形变信息，参考趋势面和地形起伏的相位贡献必须从一次差分相位中去除，即二次差分。从干涉图中得到的相位差只是主值，要得到真实的相位差，就要在相位差上加上或减去2的整数倍，类似于GPS中的整周模糊度的确定。相位解缠的两类方法：基于路径控制的积分法（积分路径包含的残数为0），基于最小二乘的整体求解算法。积分法比最小二乘法

4、可靠。l时间失相关 对两次成像来说，各自随机附加的噪声不同或不相关，在相位差分是无法抵消，造成信噪比很低，干涉图不明显，数据处理变得困难。l大气相位延迟 易变的大气条件可能会导致不同的相位延迟，延迟表现在时间上、空间上，甚至可能会掩盖有用信息。（角反射器）永久性反射器GPS：通过安置在地球表面接收机同时接收4颗以上的卫星信号测定接收机的位置。可以推算电离层和对流层的延迟，可以测定相关的大气参数。InSAR：高精度、高空间分辨率、全天大范围的实时观测，几乎不受天气的影响。 利用GPS技术对InSAR的数据进行精确的几何定位。 利用永久性反射体，在雷达影像上生成地物明显的特征点，利用GPS精确测定

5、这些点的三维坐标，作为控制点校正雷达影像的几何变形误差和一些系统误差。第6章合成孔径雷达SAR简介 简介（续）简介（续） 相参积累无需多个阵元相参积累无需多个阵元同时同时发射和接收发射和接收 合成孔径天线：运动小天线多脉冲相参积累，合成孔径天线：运动小天线多脉冲相参积累，能获得沿运动轨迹的等效长线阵的方位（切向）能获得沿运动轨迹的等效长线阵的方位（切向）分辨力。采用该技术的机载（空载）雷达称为分辨力。采用该技术的机载（空载）雷达称为合成孔径雷达（合成孔径雷达（SAR） 微波成像雷达微波成像雷达SAR：雷达移动，被测目标固定：雷达移动，被测目标固定ISAR：雷达固定，被测目标运动：雷达固定，被测

6、目标运动第6章合成孔径雷达SARSAR工作原理第6章合成孔径雷达SARSAR工作原理 远场平面波，远场平面波， 角回波信号单程相位差角回波信号单程相位差 实孔径雷达，实孔径雷达， 单程单程切切向分辨力向分辨力 非聚焦处理：平面波相参积累非聚焦处理：平面波相参积累 聚焦处理聚焦处理：球面波相参积累，：球面波相参积累，d d ra 与与 R 无关无关sin2)(xx LRRrLRRraadddB4dB4,dB3dB3 ,88. 0第6章合成孔径雷达SAR非聚焦处理 非聚焦处理：平面波相参积累非聚焦处理：平面波相参积累 收发双程相位差收发双程相位差 若若 很小，很小，sin = = y = R 连续

7、波信号方向图连续波信号方向图sin4sin22)(tvxxpRytvxp4)(RTyvdxeFpTTxj2sinc)(2/2/)(第6章合成孔径雷达SAR非聚焦处理 切向分辨力切向分辨力 合成孔径长度合成孔径长度 L = vpT 孔径边缘双程相位差孔径边缘双程相位差 允许的双程相位差为允许的双程相位差为 /2 = D DR /8LRrydd44. 0dB3dB3,RLrydd21,瑞利瑞利222)(2RRLRDRLR2122DdRRLrRL2121max,max瑞利第6章合成孔径雷达SAR非聚焦处理R0TLeR0 / 8第6章合成孔径雷达SAR聚焦处理 聚焦处理：球面波相参积累聚焦处理：球面波

8、相参积累 阵列边缘产生的平方项可在信号处理中补偿，阵列边缘产生的平方项可在信号处理中补偿，合成孔径长度合成孔径长度 波束宽度覆盖的长度波束宽度覆盖的长度 瑞利切向分辨力（切向覆盖宽度）瑞利切向分辨力（切向覆盖宽度） 式中，式中，D为实际孔径；为实际孔径； /D为瑞利波束宽度为瑞利波束宽度 合成孔径雷达的横向分辨率与距离合成孔径雷达的横向分辨率与距离R无关无关DRLe2/2121DDRRRLred第6章合成孔径雷达SAR聚焦处理 远场某点多普勒频移远场某点多普勒频移 若若 很小，很小，收发双程相位差收发双程相位差 相应的双程相移相应的双程相移0022sin2RvtRvtvvfd220202020

9、22)(RRRRRRRRRDDDD022/ RxR D022022222)(RtvRxRxD第6章合成孔径雷达SAR聚焦处理目 标R0Rx(t)(a)(b)Ofdx(t)直 线 区j 对应的多普勒频移对应的多普勒频移 多普勒频移多普勒频移 fd 与与 x 呈线性关系呈线性关系xRvtRvdxvddtdfdd002442第6章合成孔径雷达SAR聚焦处理 SAR接收的是接收的是LFM信号，其宽度等于单个天线波信号，其宽度等于单个天线波束宽度所决定的能收到信号的时间束宽度所决定的能收到信号的时间 匹配滤波使匹配滤波使LFM信号的脉冲包络受到压缩，等效信号的脉冲包络受到压缩，等效于天线波束宽度变窄，角

10、度分辨力提高于天线波束宽度变窄，角度分辨力提高(a)(b)目标R0ROx(t) xx(t)OD R引言合成孔径雷达合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)，是一种工作在微波波段的主动式微波成像传感器。它有效地解决了雷达设计中高分辨率要求与大天线、短波长之间的矛盾，使分辨率提高了数百倍。合成孔径雷达干涉测量合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称InSAR)是SAR的新发展，是最新发展起来的一种空间对地观测技术。它是把合成孔径雷达产生的单视复数图像中的相位提取出来，进行干涉处理而得到目标点三维

11、信息的一种新技术差分干涉测量的原理基本原理基本原理 合成孔径雷达干涉测量原理在很多文献中已有详细介绍。现在将以星载重复轨道为例简要介绍差分合成孔径雷达干涉基本原理。差分干涉测量的原理 如图所示，S、S2和S3分别为卫星三次对同一地区成像的位置(即成像时雷达天线的位置)。则经相位干涉处理，由S。和S2可生成一幅干涉图，s，和S 可生成另一幅干涉图，利用这两幅干涉图进行差分处理，即所谓的差分雷达干涉测量。差分干涉测量的原理两轨法两轨法 其基本思想是利用已知的外部DEM来消除地形相位。 在两轨法中，外部DEM的精度、空间分辨率、插值方法及干涉基线对形变量的精度都有显著的影响。差分干涉测量的原理三轨法

12、三轨法 是由1994年由Zebker等人提出的，由于该方法可以直接从SAR图像中提取出地表形变信息，被认为是差分干涉模型最经典的方法。差分干涉测量的原理三轨法三轨法 原理是采用三幅SAR图像，以其中的一幅作为主图像，另外两幅作为从图像，可与主图像分别生成两幅干涉图。基于三种假设： 只有形变对干涉图收到形变的影响； 形变对于干涉图中形变不会影响有地面高程产生的相位发生跳跃；1.地形对干涉图可以获得精确的DEM。差分干涉测量的原理四轨法四轨法 基本思想是选择四幅SAR图像，用其中的两幅来生成DEM，另外两幅作变形监测。三种方法比较两轨法优点：不需要相位解缠，减少了数据处理 的工作 量；避免了相位解缠引入的误差。缺点：已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 困难。 三种方法比较三轨法优点：无需知道外部DEM就可以得到地面位移引起 的相位差，特别是适用于缺少高精度DEM数据的地区。与四轨法相比的优点是，由于几何参数相同，故不需要考虑另外的匹配和重采样。缺点：地形对需要相位解缠，其解缠精度的优劣直接影响到后续的处理。三种方