微波遥感课件InSAR原及应用2013.pptx

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,InSAR原理与应用,地理国情监测,地理国情监测工作已全面启动，计划用时4年，到2015年12月全面完成我国地理国情普查和典型地理国情监测工作，建成地理国情监测数据库，服务于经济社会发展。

利用大地测量、卫星雷达干涉测量（InSAR）、时间序列InSAR等技术手段，结合已有的CORS站网、一、二等水准测量成果、以及部分城市地面沉降监测网，开展全国41个存在大面积沉降的特大城市城区、六大重点区域、形变易发区的地表形变监测，监测地表形变的的速率、范围和形变中心，分析其变化特点和规律。

InSAR（InterferometricSAR）:

是以SAR雷达天线记录到的回波信号为信息源，利用干涉测量技术获取地球表面的三维地形、地表形变和地物特征变化等信息的一种测量技术。

InSAR是SAR的一个新的应用领域。

InSAR,AlongTrack顺轨,InSAR分类,AcrossTrack交轨,RepeatPass,InSAR应用领域,780km5.6cm,振幅：

目标物的反射特性，是雷达波参数和目标物参数的函数相位：

雷达天线与目标物间双程距离中不足整周的部分,振幅,影像特征,相位,相位：

雷达天线与目标物间双程距离中不足整周的部分路径差（相位偏差）,780km5.6cm,重轨InSAR工作原理,单视复影像,Singlelookcomplex（SLC）,InSAR基本原理,InSAR几何关系,远场情况下：

InSAR基本原理,上式左边表示邻近像素的干涉相位差，右边第一项表示目标高程变化引起的相位，右边第二项表示无高程变化的平地引起的相位，称之为平地相位（flatphase）。

InSAR基本原理,InSAR基本原理,模糊高度：

相位变化2对应的高程变化,模糊高度与DEM的精度成反比模糊高度与垂直基线距成反比存在极限基线距的限制模糊高度与雷达波长成正比,InSAR基本原理,InSAR基本原理,1stTime,相位：

雷达天线与目标物间双程距离中不足整周的部分当地表无形变,2ndTime,重轨InSAR工作原理,1stTime,相位：

雷达天线与目标物间双程距离中不足整周的部分当地表发生形变,2ndTime,重轨InSAR工作原理,InSAR基本原理,视线向的形变1周视线向形变等于半个物理波长,InSAR基本原理,对形变的敏感度是地形的1000+以上,地表变化探测，选择什么样的基线？

最优基线,InSar处理一般流程,=0完全去相干;,相干系数,相干系数：

相干性的重要评价指标；两个电磁波如果他们的相位,之间存在一定的关系，那么它们就是相干的。

分辨单元内散射体回波信号矢量叠加=1完全相干;01,理论计算公式窗口估计法计算公式,相干系数与干涉相位的精度有关。

在散射体高斯分布的假设下，有干涉相位的概率密度函数为：

左图是干涉相位的概率密度曲线，右图是相位标准差随相干系数和估计窗内像素个数的关系图。

当相干系数增加时，相位分布更加集中于期望值，也就是说相位噪声减少，相位更准确。

相干系数,相干系数,Sourcesofdecorrelation,Temporaldecorrelation:

causedbyphysicalchangesinthe,terrainandatmosphere,Baselineorgeometricdecorrelation:

causedbythedifference,intheincidenceanglesbetweenthetwoacquisitions,Dopplercentroiddecorrelation:

斜视角不同导致多普勒频率偏,移，主要针对ERS-1/2Volumedecorrelation：

森林，建筑群Thermalorsystemnoise：

成像系统Processinginduceddecorrelation：

配准，重采样,Amongthem,temporaldecorrelationandgeometricdecorrelation,arethemainsourceswhichaffectInSARretrievingDEM,相干系数,Temporaldecorrelation,在和两大幅气S变A化R获都取将期会间引，起地相面位目误标差散，射导相致位相的干变性化的降低季节变化导致的植被，水域变化人工翻耕人工建筑大气状态变化,大气影响是干涉处理过程中非常重要而往,往被忽略的去相干性因素；,地球大气层并不是真空，随高度变化表现,为一种分层介质，各层都具有一定的折射率，电磁波在其中穿透时，速度不等于光速，路径发生弯曲，因此大气对电磁波传播是有延迟的。

在干涉处理时，一般假设大气为真空，忽,略了大气延迟，从而在干涉相位中引入了附加路径造成的大气相位。

大气影响,气压、温度和湿度的变化是干涉相位中大气影响相位的主要原因；研究表明，一般，两次成像时大气延迟变化量在几个厘米范围内变化。

当大气相位差超过地形相位或形变相位时，就可能掩埋掉地形相位或形变相位，导致两幅图像的去相干。

关于大气对干涉图的影响，研究人员进行了大量研究：

零基线距估计采用GPS观测数据估计,据Hanssen（2001），对于单幅SAR图像中的像元k，在SAR成像的ti时刻，斜距方向的大气延迟（单位为m）可表示为：

大气层流体静力学延迟2.3m左右稳定,对流层折射率的湿空气延迟0.3m左右不稳定,电离层延迟几十米量级稳定,液态水延迟4mm左右不稳定,大气影响,干涉处理的两幅SAR图像，由于对地成像时入射角不同，在距离向地物频谱投影到数据频谱时出现偏移。

主辅图像数据谱对应地物谱的公共部分具有相干性，而非公共部分是去相干性成分。

几何去相干-空间基线,主辅图像雷达回波信号的频率差：

由于双程，SAR图像一个周期相位对应的斜距为/2，对应的地面波长为：

对于同一地面波长，在主辅图像不同的入射角下，回波信号的波长分别为：

其中，,在处泰勒级数展开后，有：

偏移频率：

与垂直基线距正比例关系，当偏移频率等于数据带宽时，垂直基线达到临界值,几何去相干-空间基线,常用的SAR软件,荷兰DelftDORIS（Unix/Linux/Cygwin）http:

/doris.tudelft.nl/Doris_download.htmlCaltechROI_PAC（Unix/Linux）http:

/www.openchannelfoundation.org/projects/ROI_PAC瑞士GAMMA（Unix/Linux/Cygwin）http:

/www.gamma-rs.ch/ENVISARSacpe（Windows）http:

/us/productsservices/envi/sarscape.aspx加拿大EarthView（Windows/Solaris）http:

/,配准基于轨道参数给出初步配准信息粗配准精配准配准的目的找到同名点，使得,配准的主要方法窗口匹配搜索,InSAR处理流程,SlaveImage,InSAR处理流程,InSAR处理流程,InSAR处理流程,InSAR处理流程,InSAR处理流程,InSAR处理流程,通常，图像的配准误差必须在1/8个像元以下才对干涉纹图的质量没有明显的影响,InSAR处理流程,生成干涉图配准后的图像对进行复共轭相乘就得到了复干涉纹图,InSAR处理流程,平地相位消除,P,为什么要消除平地相位？

即使是平地也会产生距离差，从而产生相位差。

平地相位消除方法直接计算，主辅SAR图像上同一点成像时，对应的主辅卫星位置，计算斜距差，从而得到平地相位,平地相位的计算,卫星轨道的模拟三次多项式拟合；自然样条函数拟合；平地模型的选择,平地；球体；参考椭球体,Step1.利用主卫星轨迹，及斜距，求轨道上一点已知一轨迹上的一点，求另一轨迹上的点使其距离为RStep2.过已知轨迹外一点做轨迹的垂线，求其垂足的坐标,InSAR处理流程,InSAR处理流程,去地形影响在InSAR处理基础之上，消除地形相位，获得地表形变相位信息。

两轨法，外来DEM模拟干涉相位，获得地形相位信息三轨/四轨法，由未有形变的干涉SAR图像对获得地形相位信息,InSAR处理流程,InSAR处理流程,干涉图,DEM模拟相位,形变相位,干涉图滤波由于干涉相位图一般都受到了系统噪声和相干斑噪声的影响，使得相位值偏离其所反映物理量的真实值，这将严重影响下一步相位解缠的准确性圆周期中值/均值滤波法加权圆周期中值滤波Goldstein滤波及其改进方法,干涉图滤波,原始干涉图,圆周期均值,圆周期中值,加权圆周期,Goldstein,改进的Goldstein,干涉图滤波,影像B:

080201,影像A:

071123,20080109，西藏改则地震,干涉图=相位A相位B,振幅,相位,InSAR处理流程,1个条纹=2.83cm相位解缠,InSAR处理流程,Re,相位解缠为什么要进行相位解缠？

Im,InSAR处理流程,定义相位解缠：

一切将相位由相位差值或主值恢复为真实值的过程数学描述给定一个二维相位矩阵i,j，为了解缠该矩阵，需要对每个点（i,j）加上或减去2的整数倍从而得到一个连续的函数i,j，即,解缠条件一致性：

任意两点间的相位差与路径无关精确性：

解缠后相位忠实地恢复原始相位函数,相位解缠,参考书目,舒宁，雷达影像干涉测量原理，武汉大学出版社王超，星载合成孔径雷达干涉测量，科学出版社廖明生，雷达干涉测量：

原理与信号处理基础，测绘出版社张红，王超，吴涛，基于相干目标的DInSAR方法研究，科学出版社李平湘，杨杰，雷达干涉测量原理与应用，测绘出版社何秀凤，何敏，InSAR对地观测数据处理方法与综合测量，科学出版社,内容,InSAR发展历程,InSAR应用领域InSAR基本原理及处理流程InSAR时序分析技术,地形测量,地形测量,Gtopo30USGS,SRTM,地形测量,地球动力学研究,地球动力学研究,玉树地震（Lietal，2009）,地球动力学研究,地球动力学研究,地球动力学研究,冰川研究,森林调查与制图,海洋测绘,地表沉降,地表沉降,地表沉降,