空间大地测量(sar与insar).docx

空间大地测量(sar与insar) 空间大地测量(sar与insar) 空间大地测量(sar与insar) 关于 InSAR 和 D-InSAR 的数据处理 一、合成孔径雷达干预技术〔 InSAR〕 合成孔径雷达干预技术出现于 20 世纪 60 年代末 .它是 SAR 与射电天文学干预测量技术结合的产物。当 SAR 扫过地面同一目标区域时 ,利用成像几何关系 , 通过成像、一些特殊的数据处理和几何转换 ,即可提取地表目标区域的高程信息和形变信息。由于 InSAR 技术有效利用了 SAR 的回波相位信息 ,测高精度为米级甚至亚米级 ,而一般雷达立体测量方法只利用灰度信息来实现三维制图 ,测高精度仅能到达数十米 ,因此该技术迅速引起了地学界及相关领域科研工作者的极大 兴趣 ,现已成为微波遥感领域的研究热点 . 干预合成孔径雷达利用多个接收天线观测得到的回波数据进行干预处理， 可以对地面的高程进行估计， 对海流进行测高和测速， 对地面运动目标进行检测和定位。接收天线相位中心之间的连线称为基线， 按照基线和航向的夹角， 人们将 InSAR 分为基线垂直于航向的切轨迹干预和沿航向的顺轨迹干预。 切轨迹干预可以快速提取地面的三维信息， 顺轨迹干预主要用于动目标检测和海洋水流与波形测量。 二、 InSAR 根本原理 InSAR 测量模式主要有两种 :一种是双天线单轨 (Single Pass)模式 ,主要用来生成数字高程模型 ,一般用于机载 SAR;另一种是双轨 (Two Pass) 模式 ,主要用于获取地表变形 ,一般用于星载 SAR. 下面以重复轨道干预测量为例 ,简要介绍 InSAR 技术的根本原理 (见图 1). 假设卫星以一定的时间间隔和轨道偏离 (通常为几十米到 1km 左右 )重复对 某一区域成像 ,并在两次飞行过程中处于不同的空间位置 S1 和 S2 ,那么空间干预基 线向量为 B,长度为 B;基线向量 B 与水平方向的夹角为基线倾角 。 S1 和 S2 至 地面点 P 的斜距分别为 R 和 R+△R;将基线沿视线方向分解 ,得到平行于和垂直 于视线向的分量 B|| B ' S1 到参考面的高度 ;从 S1 发射波长为 的信号经目标 、 ;H 为 点 P 反射后被 S1 接收 ,得到测量相位 1 , 4 R arg{u1} (1) 同样 ,另一空间位置 S2 上测量到相位 2 ， 4 ( R R) arg{u } 〔 2〕式中 ,arg{ u1 } 和 arg{ u2 } 表示不同散射特性造 2 2 成的随机相位 . 假设两幅图中随机相位的奉献相同 ,那么 S1 和 S2 关于目标 P 点的相位差 1 2 4 R 〔 3〕 也称为干预相位 ,可由经过配准的两幅 SAR SLC 图共扼相乘得到 .根据图 1 中的几何关系并利用余弦定理可得 : sin( ) R2 B2 (R R)2 〔 4〕 2RB h H R cos 〔5〕 由于 R ? R 且 R ? B ，那么 R B sin( ) B|| 〔6〕 (4)、 (5) 两式即为 In SAR 确定高程的原理性公式 . 三、合成孔径雷达差分干预测量 (D-InSAR) D-InSAR 技术是在主动式微波合成孔径雷达 SAR 相干成像根底上开展起来的 ,它以合成孔径雷达复数据提供的相位信息为信息源 ,可从包含目标区域地形和形变等信息的一幅或多幅干预纹图中提取地面目标的微小形变信息。 它是迄今为止独一无二的基于面观测的形变遥感监测手段， 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、 甚长基线干预和精密水准等。 它具有高灵敏度、高空间分辨率、宽覆盖率、全天候、几乎不受云雨天气制约和空中遥 感等突出的技术优势， 在对地震形变、 地表沉陷及火山活动等大范围地表变形的测量研究中迅速得到了广泛的应用。 四、 D-InSAR 原理 根据去除地形相位采用的数据和处理方法的不同， 差分干预测量技术可以分 为二轨差分、三轨差分和四轨差分。下面以三轨差分为例简要说明 D-InSAR 原 理。在下列图中，设  S1S2 、 S1S3 分别组成形变前后的两对主辅影像，  S1 、 S2 所获取 的影像为地形对，  S1 、 S3 为形变对。在三角形  S1S2 P 中有： ( R  Rtopo )2  R2  B 2  2RB cos(900  ),  topo  4  (  B||) defo  4  ( B||  ) 为地表形变量： (  )(  defo  topo )  (  ) 4  4 因此，由差分相位解缠之后的结果 可求出地表形变量。 同三轨差分类似， 二轨 D-InSAR 首先利用一