微波遥感 第五章SAR干涉测量

测绘系第五章SAR干涉测量第五章SAR干涉测量MtHokkaido,Japan本章主要内容•基本概念•SAR干涉测量原理•SAR干涉测量基本算法•SAR差分干涉测量理论•SAR差分干涉测量应用相关词汇•SyntheticApertureRadarInterferometry•InterferometricSAR•InSAR•IFSAR•Interferogram(干涉纹图)•PhaseUnwrapping(相位解缠)•PermanentScatterers(PS永久散射体)WhatisInSAR?•InterferometricSAR(InSAR)exploitsthephasedifferencesofatleasttwocomplex-valuedSARimagesacquiredfromdifferentorbitpositionand/oratdifferenttimes.Theinformationderivedfromtheseinterferometricdatasetscanbeusedtomeasureseveralgeophysicalquantities,suchastopography,deformations(volcanoes,earthquakes,icefields),glacierflows,oceancurrents,vegetationproperties,etc.WhyInSAR?•如何利用SAR数据提取目标的高程信息？传统的方法立体测量SAR立体测量提取DEM的精度WHODOESTHEFIRST??•1946年，Ryle和Vonberg构造了类Michelson-Morley干涉仪产生的无线电波，并能对一些新的宇宙电波进行定位。•1969年Rogers和Ingalls将无线电波干涉测量技术用于观测金星表面。•美国军方首次将机载SAR干涉测量技术应用于地形测绘，利用相位差图像获取高程信息，并于1971年申请了相关专利。•1972年Zisk采用同样的方法来测量月球的地形。•1974年Graham利用机载合成孔径雷达数据获取了能满足1:25万地形图要求的高程数据，开创了InSAR技术在对地观测中获取三维信息的先河。InSAR的发展本章主要内容•基本概念•SAR干涉测量原理•SAR干涉测量基本算法•SAR差分干涉测量理论•SAR差分干涉测量应用InSAR的几何原理InterferogramflatteningMt.Vesuvius,baseline250m.Interferogramflattening重要的指标！•干涉相位的高度敏感度•高度模糊数——引起一个2π相位变化所对应的高度变化，以此来表征干涉测量对高度变化的敏感程度0sin4RBZZBRZ02sin2InterferogramflatteningSlantangeAzimuthMt.Vesuvius,baseline50m.InterferogramandDEM本章主要内容•基本概念•SAR干涉测量原理•SAR干涉测量基本算法•SAR差分干涉测量理论•SAR差分干涉测量应用算法流程简图FIRST：数据的选择数据选择的原则：基线距与时间相干（1）SLC数据（实部＋虚部）（2）提取DEM的干涉图像对的基线距在200-500米之间。（3）ERS-1/2tandem模式时间去相干较小。临界基线距2tanWRBCERS-1/2SAR系统临界基线距大约为1100mSECOND：高精度配准通常，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SECOND：高精度配准在重复轨道的两次成像过程中，主辅图像在方位向因为斜视角不同，导致回波信号多普勒中心频率之间存在偏移，两幅图像方位谱也不匹配。在距离向，因基线距而导致影像所反映的地距频率范围也不相同，这个偏移反映到距离频谱上，使得主、辅图像的频谱也存在非公共距离频率偏移。方位滤波前后方位频谱对比（a）主像滤波前；（b）辅图像滤波前；（c）主图像滤波后；（d）辅图像滤波后THIRD：生成干涉纹图配准后的图像对进行复共轭相乘就得到了复干涉纹图（interferogram）RiSSiSSRRSRS4expexp*2121*21*21虽然对单幅图像来说相位是随机的，但干涉纹图的相位是确定的，它取决于信号的路径差ΔR。ComplexmultilookA“cleaned”interferogramisachievedbyaveraginginareasofuniformphase.SNRimproves∝thenumberoflooks.Usuallytheaveragingwindowisadaptive.•干涉相干重要的指标！量度干涉条纹的质量提供散射体的重要信息，可用于地物分类MLE相干估算器CoherencemapsAmplitudePhaseCoherence•目前常见的平地效应消除方法主要有：基于轨道参数和成像区域中心点的大地经纬度计算平地效应；基于已有的DEM数据计算平地效应。通过测量距离向和方位向的占优势的干涉条纹频率来计算的平地相位，然后进行平地效应的消除。FIFTH：相位解缠•一切将相位由主值或相位差值恢复为真实值的过程统称为相位解缠(phaseunwrapping)。除了合成孔径雷达干涉测量要进行相位解缠，在信号与图像处理（如同态解卷积）、合成孔径声纳、自适应光学、声音成像、光学与微波干涉、补偿式成像、核磁共振（MR）、地震处理等方面相位解缠都有重要的应用。相位解缠的过程•路径跟踪的相位解缠方法主要包括枝切法（切割线法）、掩模割线法（Mask-cut法）、像元排序或像元扩散法、最小跨越树法、加权的最小不连续法和区域生长法等。干涉纹图与利用Goldstein算法得到的解缠结果路径跟踪法ArealexampleUnwrapping1路径跟踪法Identificationofdisconnectedzones路径跟踪法Unwrapping2路径跟踪法Interpolation路径跟踪法最小范数法最小二乘相位解缠算法基于FFT的无权重最小二乘算法基于DCT的无权重最小二乘算法基于误差方程的无权重最小二乘算法PCG算法加权重的多网格算法Lp-Norm算法（a)513×513的干涉纹图；(b)基于FFT的无权重的最小二乘算法相位解缠结果；(c)相干图；(d)Goldstein枝切法相位解缠结果LAST：高程转换及地理编码qBRnsin40三维透视图SRTMDEMProductSaltLakeCity,Utah本章主要内容•基本概念•SAR干涉测量原理•SAR干涉测量基本算法•SAR差分干涉测量理论•SAR差分干涉测量应用本章主要内容•基本概念•SAR干涉测量原理•SAR干涉测量基本算法•SAR差分干涉测量理论•SAR差分干涉测量应用