InSAR基本原理与GAMMA数据处理流程

InSAR基本原理及GAMMA数据处理流程1 InSAR介绍什么是SAR（合成孔径雷达）？真实孔径雷达合成孔径雷达 方位向聚焦和相干叠加特点：主动发射微波信号SAR影像=强度信息+相位信息白天、黑夜都能工作 全天时穿透云、雾、雨等天气 全天候强度图相位图正射影像形变反演散射强度距

离1 InSAR介绍什么是InSAR（合成孔径雷达干涉测量）？在SAR成像基础上，在不同时间对相同地区拍摄两幅SAR影像，经过干涉测量获得该区域的干涉相位，进而提取形变信息本质是电磁波的叠加杨氏：同一空间、同一时间InSAR:同一空间、不同时间+=1 InSAR介绍InSAR可以做什么？广域地表形变监测InSAR技术应用方向同震反演地质灾害隐患识别建筑物风险评估线状地物监测应急监测1 InSAR介绍地表发生微小变化第一次重返第二次重返相位发生变化InSAR为什么可以做这些？相位信息记录了雷达波的传播路径距离信息（毫米级）两幅SAR影像干涉后得到的干涉相位包含了微小形变产生的信息地表发生形变 雷达波传播距离发生变化卫星接收的相位（波形）发生变化不同波在空间上会产生干涉效应两幅SAR影像进行干涉处理对干涉相位条纹进行分析1 InSAR介绍InSAR怎样做到这些？干涉相位包括卫星两次重返的共同信息（地形信息、平地效应、大气延迟信息等）和非共同信息（地表微小形变、噪声等）

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)干涉相位

形变相位

地形相位 大气相位 其他相位形变相位：地表微小变形产生的相位地形相位：实际地形起伏产生的相位大气相位：雷达波在大气层中传播路径发生偏移产生的相位其他相位：包括噪声相位、轨道相位、参考面相位等2 InSAR介绍MT-InSAR(Multi-TemporalInSAR,多时相干涉测量技术)利用多个时间段的SAR影像提取高精度、高分辨率的形变信息。Stacking-InSAR(Stacking-InSAR,差分干涉图叠加干涉测量技术)PS-InSAR(Persistent

ScattererInSAR,永久散射体干涉测量技术)SBAS-InSAR(Small

Baseline

SubsetInSAR,小基线集干涉测量技术)DS-InSAR(Distributed

ScattererInSAR,分布式目标干涉测量技术2 InSAR介绍技术方法监测领域/范围优点缺点D-InSAR大范围：火山、地震；局域：矿区、滑坡、油气田、冰川、冻土及城市地表覆盖范围广、数据量少成本低、安全和观测连续应用广泛、监测精度为厘米至分米级易受时空失相干、大气效应制约对时空基线有一定要求、不适用缓慢形变监测结果受DEM影响、无法得到时序数据Stacking-InSAR大范围：火山、地震；局域：矿区、滑坡、油气田、冰川、冻土及城市地表能够抑制大气效应、轨道和DEM误差的影响能够在数据量少的情况下获得形变速率基本假设：研究区内的地表形变速率呈线性变化只能获取形变速率场，无法获取形变时间序列PS-InSAR开采沉降、城市基础设施、滑坡、地震形变、高铁沿线精度达毫米、亚毫米级别对DEM、时空基线要求不高、适合监测城区可以精确的估计和消除大气效应对相位的贡献形变解算精度依赖于PS

点的空间密度数据多、运算效率低、需选择最优主影像对于低PS点密度的非城市区域，应用受限SBAS-InSAR火山、矿区、冻土、城市、断层滑动滑坡地表形变无需考虑时空基线、主影像选择问题影像需求量比PSInSAR低、运算效率较高监测精度可达毫米级别、可提取非线性形变复杂形变环境易损失细节信息高相干点选取较难、成本高应用推广存在一定的局限性DS-InSAR矿区、山区等非城市区一定程度上克服干涉信号间的时间去相干问题分布式散射体干涉相位极易受到去相干影响，造成干涉相位失真MT-InSAR(Multi-Temporal

InSAR,多时相干涉测量技术)2软件介绍模块名称缩写功能简介组件式SAR处理器MSPSAR原始信号处理（原始数据生成SLC或强度影像）干涉SAR处理器ISP干涉图生成、相干性估计、相位滤波、相位解缠等差分干涉和地理编码DIFF&GEO差分干涉SAR数据处理、地理编码等干涉点目标分析IPTA干涉点目标分析土地利用工具LAT影像分类、斑点滤波、土地利用变化检测、统计工具等显示工具DISP影像显示，包括交互显示和结果导出GAMMA软件无软件界面，以命令行交互代替人机图形交互操作命令繁杂且专业，熟练处理需较强的专业技术自动化程度有限，虽支持脚本批处理，但流程搭建、参数调试与故障排查需人工完成算法成熟稳定，且常态化更新处理结果精度高，适配不同场景数据处理效率高，处理流程更加灵活3 数据处理影像配准不同时间影像范围并不一致为什么要做配准干涉处理是不同SAR影像同一像元之间进行干涉。非同名点之间无法进行干涉处理影像配准就是将不同时间、不同入射角或不同条件下获取的两幅或多幅影像进行匹配的过程配准成功是InSAR处理的前提条件！3 数据处理影像配准如何判断质量根据配准精度文件根据是否能正常干涉判断根据干涉相位图分析LT-1：优于0.1个像元S1：方位向优于0.001个像元，距离向优于0.2个像元3 数据处理干涉处理如何判断质量3 数据处理干涉处理干涉条纹密度跟空间基线有关，基线越长，条纹越密相干性位于0~1之间，蓝色代表低相干性，紫红色代表中相干性，黄色代表高相干性农田、水域、植被等区域通常呈现低相干性卫星拍摄方向和角度也会影响相干性3 数据处理去平地（参考面相位）由参考椭球面产生，只与轨道基线和卫星波长有关是一个固定误差项，与地理位置、地形起伏等均无关3 数据处理去地形相位真实地形起伏产生的相位地形相位的幅值通常远大于形变相位，会完全掩盖形变相位。如何分析结果干涉相位与地形起伏无关相位变化更加平滑3 数据处理相位滤波数据自身原因以及数据处理过程不可避免的会引入噪，以相位形式存在于干涉相位中。噪声原因主要包括传感器因素、外部环境因素、数据处理因素三类。具有随机性，影响干涉相干性如何分析结果在干涉图上通常表现为杂乱无章的斑点、条纹扭曲注意噪声抑制和信号丢失之间的平衡过强的滤波会改变原有相位特征，甚至产生新的相位信息，不能一味追求高相位质量3 数据处理相位解缠InSAR

干涉测量得到的相位是缠绕相位，其取值范围被严格限制在[−π,π]内。相位解缠就是消除周期性缠绕值，恢复真实相位的过程。解缠后的相位连续，无明显的相位跳变相位条纹正确，未出现相位条纹错乱甚至条纹反转的情况3 数据处理形变解算及地理编码将相位结果通过几何模型转换为地表物理形变量结果InSAR技术解算的是卫星视线向的形变，由垂直向形变和水平向形变组合而来。地理编码是根据外部DEM的地理坐标进行坐标系转换，存在一定的误差3 InSAR成果应用以地表形变和地面沉降监测为代表的城市公共安全和资源环境监测“全省形变一张图”建设重大基础设施安全监测农业灌溉区监测填海造地活动监测区域地表形变常态化监测水利、交通、建筑等行业重大基础设施监测海岸带人类工程活动安全监测矿产、土地、地下水等资源开采监测3 InSAR成果应用人工调查排查“天-空-地-深”立体综合识别手段空-天-地一体化光学遥感摄影测量现场调查InSARLiDAR光学遥感摄影测量现场调查InSARLiDAR深层位移电磁物探SLAM以潜在滑坡识别与地面塌陷监测为代表的斜坡类与地表破坏类灾害的识别与监测识别观测手段由单一到综合形变≠灾害隐患，灾害隐患≠形变形变对隐患来说既是“因”，也是“果”（岩土体失稳——产生形变——促进失稳——发生灾害）隐患的识别需要结合形变范围、形变量级、形变状态、地质、地形、人类活动等多种指标。3 InSAR成果应用典型地质灾害隐患特征长舌状InSAR形变形状呈条状或者带状，长宽比通常大于3：1InSAR结果边界清晰，与稳定区分界明显形变在光学影像中通常沿顺坡、顺沟、顺构造线延伸现场核查易见地面裂缝、道路沟渠被拉长、植被倒伏错位倾斜等。3 InSAR成果应用典型地质灾害隐患特征圈椅状InSAR形变形状呈圈椅状或马蹄状，长宽比通常小于3：1。