【《InSAR干涉几何概述》1500字】

InSAR干涉几何概述自20世纪50年代以来，合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)遥感理论与技术一直处于快速发展态势，目前已经成为一种重要的对地观测技术手段。相比传统航空摄影测量以及光学遥感主要以影像灰度值为数据处理对象，星载SAR系统不仅记录了地面目标雷达回波信号的散射强度(振幅)信息，还记录了雷达回波信号的相位信息。雷达回波信号的相位信息反映了雷达天线到地面目标的斜距，利用卫星雷达沿重复轨道对同一地区两次成像的斜距相位差进行类似杨氏双缝干涉实验的相位干涉处理，便可得到干涉相位，进而从干涉相位中分离和提取出不同的相位分量，如参考椭球面相位、地形相位、形变相位和大气相位等，这正是InSAR的基本思想和技术要点。目前，SAR成像和真实孔径雷达成像是常用的两类雷达成像系统。与使用较小尺寸天线孔径的真实孔径雷达不同的是，SAR是利用成像目标与雷达的相对运动把真实天线孔径用数据处理的方式合成一较大的等效天线孔径的雷达，进而改善雷达成像的方位向分辨率。SAR采用侧视斜距投影成像方式，其工作的几何关系如图2-1所示。雷达搭载平台沿预定轨道飞行时，以一定的侧视角向地表发射雷达波信号，在地面形成一个辐照带，然后通过接收辐射带上的每一个面元反射的后向散射信号来成像。在雷达平台运行中，天线随其一起飞行，天线的飞行方向为方位向，垂直于天线飞行的方向为距离向，其成像几何关系见如图2-1。图2-1合成孔径雷达成像几何关系假设合成孔径雷达孔径长度为D，方位向分辨率可以表示为：(2-1)式中，为雷达波长；为斜距；为真实孔径长度。距离向分辨率可以由如下公式计算得到：(2-2)式中，为光速；为脉冲宽度；为信号带宽。为了更加直观反应SAR系统的成像特性，可将斜距向分辨率投影到地面，即：(2-3)式中，为地距向分辨率；雷达入射角。SAR影像的每个像素既包含了地面分辨元的振幅信息，也包含了与斜距有关的相位信息ADDINCNKISM.Ref.{C50E039A36BE414789D838131430F444}[16,57-59]。由卫星记录获得的原始数据被传送回地面工作站后需要经过聚焦处理生成单视复数影像(SingleLookingComplex,SLC)。SLC数据由两部分组成：复数的实部记录振幅信息；复数的虚部记录相位信息。可以用公式(2-4)的复数关系表示(2-4)式中，表示复数的实部；表示复数的虚部；表示强度信息；表示相位信息；表示虚部单位。图2-2雷达干涉测量几何原理InSAR干涉测量的几何原理如图2-2所示。其中P为两颗卫星观测地表的同一目标,S1和S2是两个天线的位置，H为在S1时距参考椭球面的高度，R1、R2分别S1和S2对地观测的往返斜距，是S1的雷达侧视角，是基线倾角，B为两颗卫星之间的空间基线。对干涉对进行干涉处理实质上是让两幅SAR影像对应像素复数值共轭相乘ADDINCNKISM.Ref.{D13830F1D8154434B05E5454A623EBD5}[9,60]，即对两个原始信号的相位进行相减，表示为(2-5)令，其中，为雷达波长，和为对应斜距和的相位整周数；和∈[-π，π)，分别表示对应斜距和的非整周数相位，即：(2-6)(2-7)(2-8)为了获得地面P点的高程值，不妨将两次卫星过境的相位差设为。其中，为地面点P经过两次SAR成像记录在影像中的相位作差。可以得到高程表达式：(2-9)InSAR的干涉相位主要由参考椭球面相位、地形相位、形变相位、大气延迟相位和噪声相位组成，可以如下表示：(2-10)当SAR卫星对地面P点两次观测时，假如P点发生了位移，即沿形变分量方向从P1移动到P2点(如图2-3)，则可获得沿雷达视线方向的形变量。图2-3InSAR地表形变观测几何原理由式(2-7)和式(2-8)可以得到干涉相位表达式：(2-11)其中，。因此，可以将上式改写为：(2-12)式(2-12)中，为参考椭球面相位和地形相位的合成相位量，为沿雷达视线向上的地表形变相位量。将参考椭球面相位和地形相位的合成相位设为,同时考虑到地表高度和基线的关系，可以得到下列表达式：(2-13)(2-14)为了获得沿雷达视线向上的地表形变，可以将形变量和形变相位建立关系：(2-15)上述讨论忽略了InSAR地表形变探测时大气延迟相位和噪声相位对地表形变量