InSAR干涉测量解析

InSAR干涉测量xxx一、InSAR概述二、InSAR基本原理及过程三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用一、InSAR概述InSAR合成孔径雷达干涉测量技术（INSAR，InterferometricSyntheticApertureRadar）是利用雷达成像传感器获取被测对象具有相干性的复数图像信息，并通过图像配准、干涉图滤波、相位解缠、基线估计、相位高程转换等处理环节，由干涉相位反演地形信息或者形变信息的理论和技术。一、InSAR概述InSAR的特点1.全天时（能够根据自己的需求发射电磁波）2.全天候（波长短、穿透能力强）3.高精度4.自动化、快速5.大区域获取DEM能力一、InSAR概述InSAR的发展方向1.组网、编队InSAR2.高分辨率、大幅宽3.多极化InSAR4.双\多（天线）基线InSAR5.多波段InSAR一、InSAR概述6.阵列SAR7.小型化、轻型化8.InSAR图像超分辨率D-InSARD-InSAR（DifferentInSAR，差分干涉）技术是在InSAR的基础上发展起来的，它以合成孔径雷达复数据提供的相位信息为信息源，可从包含日标区域地形和形变等信息的一幅或多幅干涉纹图中提取地面目标的微小形变信息。D-InSAR具有高形变敏感度、高空间分辨率、几乎不受云雨天气制约和空中遥感等突出的技术优势，因而有人认为它是独特的基于面观测的空间大地测量新技术，可补充已有的基于点观测的低空间分辨率大地测量技术如全球定位系统（GPS）、甚长基线干涉（VLBI）和精密水准等，从而可以揭示出更多的地球物理现象，最终为地球物理学提供一种全新的动态研究途径。一、InSAR概述二、InSAR基本原理及过程真实孔径雷达向侧方发射由实际天线决定波束宽度的脉冲电磁波，然后接收从目标返回的后向散射波。目标的位置在距离向是反射脉冲返回先后排列记录成像；在方位向则通过平台的前进，按平台行进的时序成像。二、InSAR基本原理及过程InSAR合成孔径雷达是在真实孔径侧视雷达的基础上发展起来的一种高分辨率雷达。它在距离向上采用脉冲压缩技术来获取高分辨率；在方位向采用合成孔径技术，不仅可以利用较短的天线来获取高分辨率影像，而且克服了航高对方位向分辨率的影响，极大地扩展了测试雷达的应用领域。二、InSAR基本原理及过程InSAR高程反演R'R1A2APhRBcosRHh90)22arccos(2RBRRBBR中在三角形PAA21cos2222RBBRRRBRRBR2)(cos222二、InSAR基本原理及过程SLC主影像SLC辅影像图像粗匹配干涉图图像精匹配预滤波InSAR处理流程去平地效应干涉图滤波质量图计算残差点统计相位解缠基线估计DEM重建、正射影像制作二、InSAR基本原理及过程复影像匹配：对于SAR单视复影像，需要进行影像匹配，是同一地面点在两幅SAR影像中的像点对应起来。干涉图计算：根据匹配模型，对辅影像的复数值（包括振幅和相位）进行重采样，并逐点把主影像的复数值和辅影像的复共轭相乘，计算出干涉相位，该相位值为相位差的主值，并在[-π，π)区间内。干涉图滤波：包括干涉图生成前的预滤波和干涉图滤波两部分。预滤波是针对主辅影像进行的，干涉图滤波是针对干涉图进行的。它们的共同目的是对干涉图进行去噪处理，以减小相位解缠的难度。二、InSAR基本原理及过程相位解缠：干涉图中的干涉相位为相位差的主值，为了获取地面高程信息，必须解相位模糊，求出相位差的真值。相位解缠被认为是干涉处理的又一难点，其方法很多。基线估计：在InSAR中，天线的基线长度和基线与水平方向的夹角是必不可少的重要参数。基线估计对最后高程的影响很大，通常由于基线估计的不精确性会在最后生成的DEM中产生明显的“斜坡”效应。主要采用的方法是根据星历参数进行估计，或者用一定数量的地面控制点根据SAR图像的构像模型，解算轨道参数来估计基线。二、InSAR基本原理及过程去平地效应：平地效应指平地相位在干涉条纹中所表现出来的随距离和方位的变化而成的周期性变化的现象。三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用InSAR的应用三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用随着InSAR技术的不断发展和完善，其应用领域也在不断扩大。如今，InSAR技术已在地形测绘、城市目标显示和城市形态分析、海洋表面状态检测、极地状况检测、农业和资源调查、地表变形检测等领域发挥越来越大的作用、三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用雷达遥感干涉测量分为雷达干涉测量和差分干涉测量两种。雷达干涉测量主要应用于光学遥感图像难以获得的地区进行地形测量，以建立DEM；而差分干涉测量可用于获得厘米级的高精度三维形变，可用于DEM修测与精化、地壳变形、地面沉降、滑坡、火山变形和冰川移动等较大面积的测量，再用GPS高精度差分方法取得若干监测点的变形值作为控制，可获得较好的效果。三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用SRTM(ShuttleRadarTopographyMission)即航天飞机雷达地形测绘使命。航天地形测绘是指以人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器为工作平台，对地球表面所进行的遥感测量。以往的航天测绘由于其精度有限，一般只能制作中、小比例尺地图。SRTM则是美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）以及德国与意大利航天机构共同合作完成联合测量,由美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统完成。本次测图任务从2000年2月11日开始至22日结束，共进行了11天总计222小时23分钟的数据采集工作，获取北纬60度至南纬56度之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，覆盖地球80%以上的陆地表面。InSAR生成DEM——SRTM三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用SRTM系统获取的雷达影像的数据量约9.8万亿字节，经过两年多的数据处理，制成了数字地形高程模型（DEM）。SRTM产品2003年开始公开发布，经历多修订，目前最新的版本为V4.1版本。三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用InSAR生成DEM——SRTM1、在海洋环境监测中的应用SAR通过对海面的二维测量，可以获得海面电磁波散射特性的几何分布图像。通过分析这些图像，可以获得海浪、海流、海冰以及海洋内波的分布。Seasat的SAR图像首次最广泛地揭示了许多海洋现象，包括边界流、尺度范围在10-400Km的涡旋、温度峰面、浅海深度测量、与风暴相关的大气模式、雨团等。海表面波浪的观测是一个主要学科焦点，但后来很快发现在影像形成过程中，波的运动是非线性的。经过进一步的了解，并充分利用SIR-B的因低轨而不受线性影响的影像，最终消除了其非线性特性。InSAR在海洋遥感中的应用三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用合成孔径雷达也对海岸带及陆地环境监测。2005年3月，美国NASA的JPL（JetPropulsionLaboratory）实施了一项研究，用SAR资料来评估南加州的沿岸污染情况。该研究描述了南加州三大污染来源：暴雨径流、废水排放及天然碳氢化合物渗漏。研究人员也表示，由于风、海浪等环境因素都会影响SAR监测效果，因此，对海洋的长期、实时地油污监测非常重要。InSAR在海洋遥感中的应用三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用2、在海洋油气勘探中的应用SAR资料可用来监测海洋油污染。合成孔径雷达获取的是二维影像，影像的亮度即反映了海表微波散射信号的特性。由于微波的全天候、全天时、高分辨率的特点，人们通常就用微波来监测油污。现在用来评估油污的SAR资料主要来自加拿大的RADARSAT-1和欧空局的ENVISAT。2002年11月19日，一艘装载近7万吨的已失事的油轮——Prestige在西班牙西北海岸100Km处失事沉没，11月17日由ENVISAT搭载的ASAR资料得到其油污扩散情况。由于风的作用，油污已扩散到周围。InSAR在海洋遥感中的应用三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用油污监测最大的障碍就是准确地分辨出油膜跟影像里看起来类似的因素，包括风速、海面的天然膜、油脂状冰、内波、雨团等造成的干扰。因为这些因素都会对微波散射造成一定影响，致使在SAR影像上也会出现类似油膜的明暗带。分辨出这些干扰因素是油污自动监测算法的关键，成为很多研究人员关注的步骤。InSAR在海洋遥感中的应用三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用作为一种新兴的地面形变研究方法，InSAR技术在地面沉降监测方面发挥了愈来愈明显的作用，国内外已有诸多实例。Biegert等（1997）应用不同卫星在美国加利福尼亚州Belridge和Lost山油田重复测量的合成孔径雷达数据对该区的地面沉降进行了研究，结果显示70天内沉降量达到6厘米，此结果与该区每年30厘米的地面沉降速率相吻合。Marcovander(2001)对该油田地面沉降的研究也证明了InSAR技术用于地面沉降的可行性。李德仁等（2000）利用欧空局ERS-1和ERS-2相隔1天的重复轨道SAR数据，经过差分处理对天津市地面沉降进行研究，得到反映地面沉降大小及分布的干涉条纹图。此图与1995～1997年重复水准测量求得的地面沉降等值线图比较，具有明显的一致性和相似性。InSAR、D-InSAR在地面沉降监测中的应用三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用刘国祥等（2001)用卫星雷达差分干涉技术研究在近海回填地基上建立香港赤腊角机场的稳定性，获得该机场在近1年内的非均匀沉降场，地面分辨率为20米x20米，在填海区域内下沉量呈0～50米的空间分布，与离散水准测量结果吻合较好（相关系数0.89）。证实了ERS-2干涉系统对微小地面沉降敏感度高，精度小于1厘米。InSAR、D-InSAR在地面沉降监测中的应用三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用高分专项工程是中国国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006－2020年)的16个重大科技专项之一。该系统将统筹建设基于卫星、平流层飞艇和飞机的高分辨率对地观测系统，完善地面资源，并与其他观测手段结合，形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力，由天基观测系统、临近空间观测系统、航空观测系统、地面系统、应用系统等组成，于2010年经过国务院批准启动实施。国防科技工业局作为该专项的牵头组织单位，在发改委、科技部、财政部等十余家专项领导小组成员单位的支持下，共同负责该专项工程的组织和管理。高分三号卫星三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用不同于高分一号、高分二号等光学卫星，高分三号是一颗合成孔径雷达卫星，它搭载的合成孔径雷达可以克服风雨云雾、黑夜的不利影响，对地面和海洋实施全天时、全天候成像。按照设计，高分三号运行在太阳同步极地轨道，其精良的载荷设备可以实现卫星影像分辨率和成像幅宽的良好平衡，可对疑似区域先进行大范围普查，再进行小范围详查，将在未来的海上搜救中发挥重要作用。高分三号卫星三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用Thankyou2014.11InSAR干涉测量