INSAR测量原理

一.INSAR三维测量的原理二.全息技术的基本原理及其应用利用INSAR技术获取的两幅图像。可以由同一飞行载体上装载的两副天线一次观测中得到。假设天线S1和S2的间距为基线B，基线与水平方向的夹角为α,h0表示天线S1的高度；地面上一点p到天线S1的距离为r1；p到天线S2的距离为r2；p到地面高度为h,θ是天线S1相对于p点的下视角。INSAR成像几何原理由于天线S1和S2下视角有差异，两幅SAR图像在成像后并像素不能完全重合，这就需要对两幅图像进行图像配准，以达到两幅图像的像素点一一对应。配准后的图像进行复共轭相乘运算：其中✱是共轭符号；A表示信号的幅度值。取出式中信号的相位就，如式所示：式1.1式1.2arg.214rr表示取相位运算，它是绝对相位介于[-π，π]的相位主。同时绝对相位可以由相位主值加上一个常数相位得到，也就是说，绝对相位可以通过相位主值经过相位解缠后得到2124ckrr＋＋绝对相位和相位主值即缠绕相位的概念。第一周期第二周期S20.1.2.3....kk＋其中相位主值和绝对相位的概念相位解缠的概念像素点N相位主值绝对相位信号的传播方向信号传播表达式相位解缠公式π-π2π＋2k＋绝对相位包缠相位也叫相位主值2k绝对相位包缠相位也叫相位主值像素点像素点NN-1N-2NN-1N-24π＋由于天线S1和S2与目标P之间存在几何关系，如式所示：在三角形△PS1S2，由余弦定理可以得到式上式经整理可以推导出式式1.5式1.3式1.4由于r1＋r2＞＞B2和r1≈r2又因为π/2-θ＋α∈[0，π]，从上式整理得θ的表达式最后，把1.5和1.7代入1.3中，就可以得到目标点的高度：其中，r1可以由搭载天线的飞行载体的时钟得到；而h0,α以可以根据地面控制点的几何关系得到，可以通过相位解缠得到，从而计算出高度数据。式1.6式1.7式1.8地表高度测量的数字化处理过程2121221,,,,1,,00002121221,1,,1,1,,0000min{J}min{}MNMNxyijijijijijijijijMNMNpqijijijijijijijij四项最小二成相位解缠原理2143…….N2121221,,,,1,,00002121221,1,,1,1,,0000min{J}min{}MNMNxyijijijijijijijijMNMNpqijijijijijijijij像素点Z下一页求相位查＋π2143….N＋12143….N＋2π2143NZN＋1四向加权最小二乘迭代相位解缠算法2121221,,,,1,,00002121221,1,,1,1,,0000min{J}min{}MNMNxyijijijijijijijijMNMNpqijijijijijijijij（i,j）（i+1,j-1）（i+1,j+1）（i,j+1）（i+1,j）xypq,1,,1,,1,,11,1,,11,1,1,1(2)(2)(2)(2)ijijijijijijijijijijijijij,,1,,,1,1,1,1,1xxyyppqqijijijijijijijijij2222,,,,,(()()()())xypqijijijijijwsqrt,,,'(1k*w)*ijijij,,/(2cos(m/M)2cos(n/N)4cos(m/M))*cos(n/N)8)mnmnP该等式为泊松方程如何求解泊松方程？二维离散余弦变换求离散余弦反变换即可得到解缠相位,mn,ij,,,'(1k*w)*ijijij,,,'(1k*w)*ijijij,,1,,,1,1,1,1,1xxyyppqqijijijijijijijijij,,1,,,1,1,1,1,1xxyyppqqijijijijijijijijij谢谢数字全息成像技术分为两步：波前记录和波前重现，将干涉条纹记录下来，再经过一系列的处理，便形成了全息图，这一步称为全息图的记录。物体的反射光线的强度和位相信息被“冻结”了下来。接着，用参考光照明全息图，可以将被记录的物光场的所有信息再现出来。这一步称为全息图的再现。数字全息成像与形貌测量原理数字全息术是一种新型的成像和测量技术，它融合了光学全息和数字技术的优点，用CCD取代传统的银盐干板记录全息图，并用计算机数值模拟光学的衍射过程进行波前再现，因而省去了传统光学全息的化学湿处理过程，借助于现代高性能计算机技术和数字图像处理技术，可以方便、灵活的对所记录的全息图进行存储、再现和传输，具有无损、高灵敏、高准确、高分辨率及准实时的三维成像等优点。参考光物光x0xyzy0HologramPlaneObjectPlaneo若用和分别表示全息图平面上的物光波和参考光波分布，则全息图强度表示为222,,,,,,,,,hxyuxyrxyuxyrxyuxyrxyrxyuxy※※＋＋＋,uxy,rxy2-1222,,,,,,,,,hxyuxyrxyuxyrxyuxyrxyrxyuxy※※＋＋＋其中第一、第二项为零级衍射项，第三项为原始像，第四像为共轭像。采用如下形式的球面光波作为再现光波。采用如下形式的球面光波作为再现光波220exp[],2iiiiijkUxxFhxyz,y＋y220,exp[]2jkCxyxyz＋可在ziz0处的像平面上得到等大、对称分布的实原始像和实共轭像。再现光场的复振幅分布为iixy2-22-3然而，由于再现参考光波与记录参考光波不同，式给出的物光场与真实的物光波前之间存在一个二次位相畸变因子。由全息理论，可以推得重建的实原始像的复振幅分布为220,exp[],iriririroxxyyjxxyyFhxyz＋＋＋＋由式（6）可以得到再现像的强度和位相分布如下：,,iiiIxyFhxyIm,,arctan[]Re,iiiiiiioxyxyoxy2-42-52-6在数字全息成像技术中，若采用反射光路，物体表面高度分布与其位相分布之间有如下关系，即给出了数字全息形貌测量的原理。,,4iiiiihxyxy2-7二、数字全息位相重建方法利用图2-11所记录的全息图直接进行数值重建，将得到相互分离的零级衍射项和正、负一级像，其中，只有正一级像或负一级像是需要的。因此，可以采用频谱滤波的方法将零级衍射项和不希望有的一级像滤除。具体步骤如下第①步对记录的全息图作傅里叶变换，得到其频谱分布；第②步利用透明窗滤除零级和负一级像；第③步最后对滤波后的频谱图作逆傅里叶变换，即可得到只包含正一级像的全息图1.频域滤波2位像重建设法获得准确的记录距离和参考点源的偏置参数，就能得到准确的三维像。由式2-4知道原始相位三维分布为220,exp[],iriririroxxyyjxxyyFhxyz＋＋＋＋将大括号里面表示为上式中的各项系数可以通过一个自动位相补偿程序自动获得。其主要步骤如下：①直接由全息图的傅里叶变换代入2-6，得到未经任何畸变矫正的位相分布。②在被测样品上或其附近选取一块位相为常数的平坦区域，并在此区域上选择两条相互垂直的线段。③提取此两条线段上的位相数据，进行一维解包裹，获得连续的位相分布。220010012002,exp[]iiiiiiMxyjppxpypxpy＋＋＋＋④对上述位相数据进行二次函数拟合，分别得到水平和竖直方向的拟合系数a0a1a2和b0b1b2，那么221122,exp[]iiiiiiMxyjaxbyaxby＋＋＋⑤将得到的位相掩模代入式2-4、2-5即可得到重建光场的形貌分布。2121221,,,,1,,00002121221,1,,1,1,,0000min{J}min{}MNMNxyijijijijijijijijMNMNpqijijijijijijijij数字全息与光学全息不一样的地方，就是数字全息利用如CCD、CMOS摄像机等数字光敏电子元件来代替普通光学全息中的银盐干板来记录全息图，用计算机模拟光学全息再现过程使物体准确的再现出来。经典的相位解缠及滤波方法2影响InSAR相位解缠技术精度的因素分析影响因素时间去相干大气影响噪声影响形变梯度过大2040608010012020406080100120140-3-2-10123050100150200250LOGO论文结构41235