4 雷达干涉测量原理与应用
? INSAR基本原理
相位关系+空间关系
? 雷达波的相位信息的准确提取是决定干涉测量精度的主要因素? 数据处理流程
INSAR 影像对输入基线估算
去除平地效应高程计算影像配准
干涉成像噪声滤除
相位解缠
???INSAR数据处理的特点
? 复数据处理
海量数据
干涉图与一般景物影像不同
处理流程与一般遥感影像处理不同
INSAR数据处理的要求
? 自动化
? 高精度
? 海量数据处理
INSAR数据处理的关键
? 相位信息
? 空间参数
主要内容
§4.1 雷达干涉测量概述
§4.2 复数影像配准
§4.3 干涉图生成与相位噪声滤波§4.4 相位解缠
§4.5 InSAR发展与应用
4.2 复数影像配准
本节要点
本节系统地论述INSAR复数影像精确配准的重要性,研究配准精度对于干涉图质量的影响,对INSAR数据配准方法发展的现状进行评述,分析存在的问题;然后详细论述从粗到细的影像匹配策略和实施方案,以及最小二乘匹配方法在INSAR数据配准中的应用等。
主要内容
1 影像配准的基本原理
2 干涉图质量评估与配准精度
3 INSAR复数影像配准方法概述
4 幅度影像的从粗到细匹配策略
5 幅度影像相关系数用于精确匹配
6 相干性测度用于精确配准
影像配准的基本原理
配准问题的提出
? 在遥感影像的集成应用中,包括数据融合、变化检测和重复轨道干涉成像等,均首先需要解决来自不同传感器或者不同时相的影像高精度快速配准的问题
? 在多源数据综合处理的过程中,影像配准往往是一个瓶颈,制约整个数据处理自动化的实现
? 由重复轨道获得的两幅复数SAR影像,欲得到准确的干涉相位,必须精确地配准。理论上,配准精度需要达到子像素级(1/10像素
INSAR数据配准问题的困难
? INSAR影像对是单视数的复数影像,也就是未经任何辐射分辨率改善措施的影像,纹理模糊,还有斑点噪声的影响,要达到这样的要求并非易事
? 单视数复数影像的高精度自动配准,无法用人工方法配准
? 自动配准比光学影像之间的配准要困难得多,其配准的实施流程比较复杂
影像配准的一般步骤
影像配准的一般步骤
1控制点的确定:影像自动匹配
2几何变换模型:多项式变换(相对配准3质量评估:多项式拟合
4复数影像重采样:三次样条、实部/虚部5过采样:防止频谱混迭
质量指标
相干性测度的估计
干涉图的噪声来源
系统噪声地表变化影像配准聚焦不一致基线去相关后处理
后处理
精确配准
控制成像过程
控制成像过程?
?
?
?
?
配准精度的影响(1
影像大小:2500 × 2500
波段:L ,C
精确配准:RMS 0.03像素
Max. Residual 0.05像素非精确配准:+ 0.7像素
配准精度的影响(2
相干系数分布(C波段
(a精确配准后生成(b未精确配准后生成配准精度的影响(3
配准精度与相干性的变化趋势图
INSAR复数影像配准方法概述
配准是INSAR数据处理关键技术之一? 配准精度需要达到子像素级(1/10像素? 星载SAR几何变形复杂:
* 方位向是系统性的
* 距离向与地形起伏有关
?简单的平移和比例缩放要达到高精度
配准是很困难的
斑点噪声的影响
已有方法之一:相干系数法
k 参考影像
目标区域
l
搜索区域
输入影像
以相干系数为匹配测度
已有方法之二:最大干涉频谱法
? 对干涉图u进行FFT计算,得到对应的二维频谱F。频谱中最大值(复频谱的幅度峰值表示了最亮的干涉条纹的空间频率分量,其位置则表示了最亮条纹的空间分布频率
? 频谱中的信噪比(SNR可以用来衡量最亮条纹的相对质量,即最大分量与其他各分量之和的比值
? 根据(3-3式,信噪比与相干系数是等效的
已有方法之三:平均波动函数法
无地形变化时的理想相位差分布
INSAR数据配准方法存在的问题(1? 算法均为单点匹配算法
?某一点结果的正确与否与周围点无关
?可能出现多峰值或谷点的情况
这种孤立的、不考虑与周围的同名点对关系的单点影像匹配结果之间可能会出现矛盾
INSAR数据配准方法存在的问题(2
? 判断最佳点位置的难度和计算量很大
?或以整像素间隔为移动距离,然后对定位结果
进行多项式拟合,求出最佳点
?或将窗口中影像预先按1:10过采样(oversampling ?或将移动间隔定为0.1个像素
本质上与多项式拟合的方法没有区别,并不
能保证精度的明显提高
I NSAR数据配准方法存在的问题(3
? 从干涉条纹图的质量出发来设计匹配测度,需要反复生成局部的干涉图
?只有在配准精度达到一定程度时,才能看到明显的条纹图
?直观上很难判断复数像对之间的相似性程度,难以对运算过程加以监控
INSAR数据配准方法存在的问题(4? 在一定的搜索范围内逐点计算和比较
?实际上引进了大量的重复运算
(相干性,FFT的计算等
主要思路
? 从粗到细的影像匹配策略
? 以相干性作为高精度匹配的测度
匹配策略的要求
根据SAR影像的特点,把不同特点的匹配方法有机地组合起来,既要保证匹配的高精度,又要保证可靠性和效率
主要步骤
特征点提取?选择兴趣算子挑选候选点
基于灰度的粗匹配?确定下一级匹配的初始值
整体概率松弛匹配?改善抗噪声能力,提高可靠性最小二乘匹配?逐点精化,达到子像素级的精度
组合算法的目的
? 匹配算法基于幅度分量或功率影像(幅度的平方?实数运算大大减少了需处理的数据量
? 多种匹配方法的组合
?保证精度和可靠性
? 最小二乘匹配是灰度相似性导引的最速下降算法?少量的迭代次数就可达到所需精度,避免了传统方法的逐点搜索、重复计算
实施方案(1
? 先用F?rstner算子选择兴趣点
? 采用归一化的相关系数作为匹配的测度
max ρ(Δx, Δy =
σg1g2 σg1g1 σg2 g2
ρ作为初级匹配测度之特点:
灰度线性畸变通常存在于由不同传感器或者在不同时相获取的遥感影像之间,ρ是灰度平移、比例尺变形之不变量
实施方案(2
? 松弛法整体影像匹配 + 跨接法原理跨接法:先重采样消除相对几何形变, 再计算影像段的相似性度量 k j 3 k 4 k 3 ih 和 jk 的相关系数: ρ( ih ,jk j j 3 j 1 i h k 2 k 1 当| ih | ≠ | jk |时重采样
实施方案(3
? 松弛法整体影像匹配 + 跨结法原理
C(i,j;h,k∝ρ( ih , jk
实施方案(4
? 松弛法整体影像匹配 + 跨接法原理
P(i, j: i, j 两点之间的相关系数ρij
n(H为相邻匹配点个数,m(K和m(J为候选匹配点个数P(r > T停止迭代,确定可靠点对。B为经验系数
∑ 实施方案(5
? 单点最小二乘匹配
出发点是“灰度差的平方和最小” 具体化:
n 1 + g 1 ( x , y = n 2 + g 2 ( x , y
vv = min v = g 1 ( x , y ? g 2 ( x , y
考虑辐射畸变(窗口小时可认为是一次线性畸变:
g ( x , y = h 0 + h 1 g 2 ( x , y
] ′ ′ 实施方案(6
只考虑相对位移的情况下(基线短: g 1(x , y + n 1(x , y = g 2 (x + Δx , y + Δy + n 2 (x , y 线性化后:
v (x , y = g 2x (x , y Δx + g 2 y (x , y Δy ?[g 1(x , y ? g 2 (x , y
实施方案(7
实施方案(8
? 求解误差方程可得影像坐标改正值: Δx Δy ? 输入影像灰度重新采样? 计算匹配测度, 决定是否继续迭代计算? ? 输入影像相对纠正
SIR-C数据与实验区
C波段幅度影像(site1L波段幅度影像(site1 SIR-C数据与实验区
L波段幅度影像(site2
初步的实验结果
Site1 / L波段幅度影像对和同名点对
初步的实验结果
表 4-1 松弛法匹配结果(二次多项式拟合
误差类别点数X 方向RMS
(像素
Y 方向
RMS
总的RMS
(像素
最大残差
(像素
(像素
Site1 松弛法匹配结果
(C 波段
Site1 松弛法匹配结果(L 波段Site2 松弛法匹配结果(L 波段106 155
166
0.096
0.160
0.257
0.191
0.123
0.205
0.214
0.201
0.329
0.984
1.985
0.990
结果分析:松弛法匹配的效果明显,所有确定的同名点(控制点的残差都很小,没有明显的粗差点,可靠性较高
初步的实验结果
表 4-2 最小二乘匹配结果(site2, 二次多项式拟合
匹配窗口大小误差类别X 方向
RMS
Y 方向
RMS
总的 RMS
(像素
最大残差
(像素 (像素 (像素
N=17 N=21 N=25 N=27 N=29 N=33 N=35 N=37 N=43 N=51 N=61 N=71 0.1207
0.188 0.172 0.165 0.163 0.157 0.157 0.158 0.147 0.130 0.120 0.114 0.268 0.252 0.221 0.205 0.190 0.163 0.151 0.145
0.138 0.131 0.120 0.104 0.338 0.314 0.280 0.263 0.250 0.226 0.218 0.215 0.201 0.185 0.169
0.155
1.105 1.280 1.214
第六部分多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品 第一章我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA）、雷达产品生成子系统（RPG）、主用户处理器（PUP）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 三、了解雷达气象方程 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为： 其中Pr表示雷达接收功率，Z为雷达反射率，r为目标物距雷达的距离。Pt表示雷达发射功率，h为雷达照射深度，G为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K表示与复折射指数有关的系数，C为常数，之决定于雷达参数和降水相态。 四、了解距离折叠 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c为光速，PRF为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax之外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z值与雨强I有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模
4 雷达干涉测量原理与应用 ? INSAR基本原理 相位关系+空间关系 ? 雷达波的相位信息的准确提取是决定干涉测量精度的主要因素? 数据处理流程 INSAR 影像对输入基线估算 去除平地效应高程计算影像配准 干涉成像噪声滤除 相位解缠 ???INSAR数据处理的特点 ? 复数据处理 海量数据 干涉图与一般景物影像不同 处理流程与一般遥感影像处理不同 INSAR数据处理的要求 ? 自动化 ? 高精度 ? 海量数据处理 INSAR数据处理的关键
? 相位信息 ? 空间参数 主要内容 §4.1 雷达干涉测量概述 §4.2 复数影像配准 §4.3 干涉图生成与相位噪声滤波§4.4 相位解缠 §4.5 InSAR发展与应用 4.2 复数影像配准 本节要点 本节系统地论述INSAR复数影像精确配准的重要性,研究配准精度对于干涉图质量的影响,对INSAR数据配准方法发展的现状进行评述,分析存在的问题;然后详细论述从粗到细的影像匹配策略和实施方案,以及最小二乘匹配方法在INSAR数据配准中的应用等。 主要内容 1 影像配准的基本原理 2 干涉图质量评估与配准精度 3 INSAR复数影像配准方法概述 4 幅度影像的从粗到细匹配策略 5 幅度影像相关系数用于精确匹配 6 相干性测度用于精确配准
影像配准的基本原理 配准问题的提出 ? 在遥感影像的集成应用中,包括数据融合、变化检测和重复轨道干涉成像等,均首先需要解决来自不同传感器或者不同时相的影像高精度快速配准的问题 ? 在多源数据综合处理的过程中,影像配准往往是一个瓶颈,制约整个数据处理自动化的实现 ? 由重复轨道获得的两幅复数SAR影像,欲得到准确的干涉相位,必须精确地配准。理论上,配准精度需要达到子像素级(1/10像素 INSAR数据配准问题的困难 ? INSAR影像对是单视数的复数影像,也就是未经任何辐射分辨率改善措施的影像,纹理模糊,还有斑点噪声的影响,要达到这样的要求并非易事 ? 单视数复数影像的高精度自动配准,无法用人工方法配准 ? 自动配准比光学影像之间的配准要困难得多,其配准的实施流程比较复杂 影像配准的一般步骤
光学干涉测量技术 ——干涉原理及双频激光干涉 1、干涉测量技术 干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。 当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为： 122I I I πλ=++ 式中△是两束光到达某点的光程差。明暗干涉条纹出现的条件如下。 相长干涉（明）： min 12I I I I ==+ （ m λ=） 相消干涉（暗）： min 12I I I I ==+-， （12m λ? ?=+ ??? ） 当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。通过测量干涉条纹的变化量，即可以获得与介质折射率和几何路程有关的各种物理量和几何量。 按光波分光的方法，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。按相干光束传播路径，干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。 下图是通过分波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。 图一 普通光源获得相干光的途径 与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪（图二）、马赫-泽德干涉仪、菲索
大四上学期雷达原理与系统期末考题（大部分） 一．填空选择： 1下列不能提高信噪比的是（B） A，匹配滤波器B，恒虚警C，脉冲压缩D，相关处理 2，若一线性相控阵有16个阵元，阵元间距为波长的一半，其波束宽度为（100/16） 3，模糊图下的体积取决于信号的（能量） 4，对于脉冲多普勒雷达，为了抑制固定目标，回拨方向加入对消器，这措施对运动目标的检测带来的影响是出现了（盲速） 5，雷达进行目标检测时，门限电平越低，则发现概率（越大），虚警概率（越大），要在虚警概率保持不变的情况下提高发现概率，则应（提高信噪比） 6，对于脉冲雷达来说，探测距离盲区由（脉冲宽度）参数决定。雷达接受机灵敏度是指（接收机接收微弱信号的能力，用接收机输入端的最小可探测信号功率Smin表示） 7，不属于单级站脉冲雷达系统所必要的组成部分是（B） A收发转换开关B分立两个雷达 8，若要求雷达发射机结构简单，实现成本低，则应当采用的结构形式是（单级振荡式发射机） 9，多普勒效应由雷达和目标间的相对运动产生，当发射信号波长为3m，运动目标与雷达的径向速度为240m/s，如果目标是飞向雷达，目标回波信号的频率是（100MHz+160Hz） 注：多普勒频率2drfv 10，在雷达工作波长一定情况下，要提高角分辨力，必须（增大天线间距d），合成孔径雷达的（方向分辨力）只与真实孔径的尺寸有关 11，只有同时产生两个相同且部分重叠的波束才能采用等信号法完成目标方向的测量 12，当脉冲重复频率fr和回波多普勒频率fd 关系满足（fr）》fd）时，不会出现（频闪和盲速） 13，只有发射机和接受机都是（相参系统），才能提取出目标多普勒信息14，大气折射现象会增加雷达（直视距离） 15，奈曼尔逊准则是在检测概率一定的条件下，使漏警概率最小，或者发现概率最大。16，相控阵雷达随着扫描角增加，其波束宽度（变大） 17，雷达波形模糊函数是关于（原点）对称的。
一、绪论 雷达：无线电探测与测距。利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像和识别。 雷达利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并测定其位置的。 组成框图 雷达测量原理 雷达发射信号： 雷达接收信号： 雷达利用收发信号之间的相关性获取目标信息 雷达组成： 天线：向确定的方向发射和接收特定频段的电磁波 收发开关： 发射状态将发射机输出功率接到天线，保护接收机输入端 接收状态将天线接收信号接到接收机，防止发射机旁路信号 发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波 接收机：放大微弱的回波信号，解调目标信息 雷达的工作频率： 工作频率范围：22mhz--35ghz 扩展范围：2mhz--94ghz 绝大部分雷达工作在：200mhz--10000ghz 雷达的威力范围：最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角、方位角范围 分辨力：区分点目标在位置上靠近的能力 距离分辨力：同一方向上两个目标之间最小可区别的距离 角度分辨力：在同一距离上的两个不同方向的点目标之间最小能区别的角度 数据率：雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需要的时间倒数，也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。 跟踪速度：自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度 发射功率的和调制波形： 发射功率的大小直接影响雷达的作用距离
发射信号的调制波形： 早期简单脉冲波形，近代采用复杂波形 脉冲宽度：脉冲雷达发射信号所占的时间。影响探测能力和距离分辨力 重复频率：发射机每秒发射的脉冲个数，其倒数是重复周期。决定单值测距的范围，影响不模糊速区域大小 天线波束形状天线：一般用水平面和垂直面内的波束宽度来表示 天线的扫描方式：搜索和跟踪目标时，天线的主瓣按照一定规律在空间所作的反复运动。机械性扫描和电扫描 接收机的灵敏度：通常规定在保证50%、90%的发现概率条件下，接收机输入端回波信号的功率作为接收机的最小可检测信号功率。这个功率越小接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离越远。 显示器的形式和数量：雷达显示器是向操纵人员提供雷达信息的一种终端设备，是人际联系的一个环节。 电子战对抗中的雷达： 电子战（EW ）:敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，包括电子对抗和电子反对抗。 电子对抗（ECM ）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电磁侦察），削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁） 电子反对抗（ECCM ）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效采用电磁信息所采取的一切战术、技术措施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁） 雷达反干扰 天线抗干扰：低旁瓣、旁瓣对消、波束控制、随机扫描 发射机抗干扰：提高有效辐射功率、频率捷变、频率编码、频率分集、脉冲压缩、波形隐蔽、窄脉冲、重频时变 接收机、信号处理机抗干扰：接收机抗饱和、重频、脉宽鉴别、MTI 、MTD 、积累检测 二、发射机 发射机任务：产生大功率高频振荡发射信号。脉冲雷达要求发射机产生一定宽度、一定重复频率、一定波形的大功率射频脉冲列 基本类型：连续波发射机、脉冲调制发射机（单极振荡式发射机、主振荡式发射机） 输出功率：发射机送到天线输入端的功率 峰值功率：脉冲期间发射机输出功率的平均值（不要过分增大法设计的峰值功率） 平均功率：脉冲重复周期内输出功率的平均值： 工作比D: 常规脉冲雷达工作比0.001 脉冲多普勒雷达工作比10-2 ~10-1量级 连续波雷达工作比100% 总功率：发射机输出功率与输入功率之比 主振放大式发射机特别注意改善输出级效率 信号形式： 信号形式由雷达体制决定 常规脉冲雷达为简单脉冲波形，特殊体制雷达为复杂调制波形 t r av P T P τ=r r T F D ττ= =
电子科技大学 课程设计报告 课程名称：雷达原理与系统 设计名称：雷达系统设计 指导老师： 姓名： 学号： 专业：
设计题目： 设计一雷达系统，对12m 目标，要求探测距离为10km ，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20 °，距离分辨力为15m 。要求： 1 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。 2 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。 3 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km ，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。 参数求解： 1 已知距离分辨率的公式为：min 2 c R τ ?= ，式中c 为电波传播数度，τ为脉冲宽度，则7 min 8 2215100.1310 R s s s c τμ-??= ===? 令雷达的工作频率为kHz f 5000=，发射功率kW P t 50=，则 m m f c 6.010 51038 8 =??==λ 雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长λ 和天线口径尺寸L ，约为/2L λ ,则可得： 水平口径尺寸L 为：m m L 6.890 26.02=?== π αλ 垂直口径尺寸h 为：m m h 85.09 26.02=?== π βλ 天线的孔径 22376.786.06.8m m Lh A =?==
天线增益 2586.0376 .7442 2 =?= = πλπA G 发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为r T 则 av t t r r P P P f T τ τ== 设r f τ称作雷达的工作比为D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为 0.0001-0.01，取0.001D =，则6 0.001 100.110r D f Hz kHz τ-===? 以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为12 4 max 2min 4t r i P A R S σπλ?? =???? 则接收机灵敏度 W W R A P S r t 11 432234max 2 2 min 1001.6)1010(6.04376.7110504-?=??????==ππλσ 设单基地脉冲雷达的天线为360环扫天线，天线扫描速度20/min a r Ω=，水平 波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，取0.5==2θ α 则对一个点目标的相参积累时间为0.5 21 20360/6060 a t s s θ= = =Ω? 脉冲积累个数31 101016660 r n tf ==??≈ 2 不产生频闪的条件是：1 2d r f f ≤ 其中d f 表示脉冲多普勒频率，由2r d v f λ = 关系可得最大不模糊速度：s m s m f v r r /1500/4 10106.043 max =??==λ 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期r T 决定，为保证单值测距，通常应选取8 max 3 310152221010 r r cT c R m km f ?≤===?? 故最大不模糊距离max 15R km = 设发射脉冲为单载频的矩形脉冲信号，其单位能量复包络可写成()u t ，表达式 为：()100 t u t τ <
1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？ 答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。RDA 的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。 2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？ 答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测； 四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。 3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？ 答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。 4 天气雷达有哪些固有的局限性？ 答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。 5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。 答： P t 为雷达发射功率(峰值功率)； G 为天线增益；h 为脉冲长度； 、 ：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度； r 为降水目标到雷达的距离； ：波长； m ：复折射指数； Z 雷达反射率因子。 6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。 答：∑= 单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无 关。 7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。 答： 定义：设有一个理想的散射体，其截面面积为?，它能全部接收射到其 上的电磁波能量，并全部均匀的向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，Z R C Z m m r h G p p t r ?=?+-=2 2222223212ln 1024λθ?πθ?λi S s R S 24πσ=
实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用 一．实验目的 （1）.了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。 （2).观察各种干涉条纹,加深对薄膜干涉原理的理解。 （3).学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。 二．实验原理 1．迈克尔逊干涉仪光路 如图所示,从光源S 发出的光线经半射镜 的反射和透射后分为两束光线,一束向上 一束向右,向上的光线又经M １ 反射回来, 向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来? 在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在 观察屏上相遇,产生干涉。 2.干涉条纹 （1).点光源照射——非定域干涉 如图所示，为非定域干涉的原理图。点Ｓ1是光源 相对于M1的虚像，点S ２’是光源相对于M2所成 的虚像。则Ｓ1、S2`所发出的光线会在观察屏上形 成干涉。 当M1和M2相互垂直时,有S1各S2`到点A 的 光程差可近似为： i d L cos 2=? ① 当A 点的光程差满足下式时 λk i d L ==?cos 2 ② A 点为第ｋ级亮条纹。 由公式②知当i 增大时c ｏsi 减小,则k 也减小,即条纹级数变高,所以中心的干涉条纹的级次是最高的 （2)扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源,此时形 成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。 ①．M １与Ｍ2严格垂直时，这时由于d 是恒定的,条纹只与入射角i 在关，故是等倾干涉 ②．M １与M2并不严格垂直时，即有一微小夹角,这种干涉为等厚干涉。当Ｍ１与M2夹角很小,且入射角也很小时,光程差可近似为 )21(2)2sin 1(2cos 222 i d i d i d L -≈-=≈?③ 在M1与Ｍ２`的相交处,d ＝0,应出现直线条纹,称中央条纹。 ３．定量测量 (1).长度及波长的测量 由公式②可知,在圆心处i ＝0 0， ｃosi=1,这时 λk d L ==?2 ④ 从数量上看如ｄ减小或增大N 个半波长时,光程差L ?就减小或增大N 个整波长，对应
《雷达干涉测量》复习题 一、名词解释 垂直极化：无线电波的极化，以大地作为标准面，极化面与大地法线面平行的极化波，其电场方向与大地垂直。（电波电场强度方向垂直于地面） 水平极化：无线电波的极化。以大地为标准面，极化面与大地法线方向垂直的极化波，其电场方向与大地平行。（电波电场强度方向平行于地面） 沿轨干涉：采用双天线模式，在同一轨道上，飞机一前一后获取数据。（基线的方向与飞行方向相一致，长度范围通常为2～20 m。） 交轨干涉：同一个平台上同时装载两个天线，其中一个负责发射并接收雷达波束，另一个只负责接收。（基线的方向与飞行方向正交，但其可选择的余地很小，时间基线为0） 重复轨道干涉：平台上搭载一根天线，在尽可能短的时间间隔内，在大致相同的轨道上，两次获取同一地区的数据。（基线的方向与飞行方向正交，但其可选择的余地很大，时间基线不为0） SAR图像：由合成孔径雷达系统获取的连续条带扫描影像（单视复影像），每个像素的复数数据可提取相应的振幅和相位信息，反映了地面目标对电磁波反射强弱的分布。 振幅图：由目标物的反射特性而产生的关于雷达参数与目标物参数之间的函数图像。 相位图：由雷达天线与目标物之间不足整周部分的相位而形成的图像。 斑点噪声：雷达的分辨率不足于使得一个分辨单元对应于一个微散射体，因而在一个分辨单元内实际包含有许多的微散射体。雷达图像上每个像素的信号实际上是这些电磁波与微散射体相互之间加强或减弱作用的集成，在影像中以斑点的形式表现出来。 雷达阴影：在雷达影像上出现的由于雷达与目标之间的障碍物而产生的无回波区，即无信号的区域。（地表上未被雷达波照射的区域，由于没有信号被接收，该区域表现为黑色。）相干系数：相干性是用来衡量两幅SAR相干性好坏的重要指标。（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。） 垂直基线：空间基线在垂直于视线方向的分量 平地效应：即使是平地也会产生距离差，从而产生相位差。这种高度不变的平地在干涉图中所表现出来的干涉条纹随距离向和方位向的变化而呈周期性变化的现象称为平地效应。最小闭合路径：离散二维相位影像中，选择一个2×2像素的缠绕相位为节点，把这四个像元按照一定的顺序连接起来，就构成了闭合路径，也就是影像的最小闭合路径。 二、简答题 1.在SAR影像配准过程中，为什么要采用从粗到细的多级配准策略？ 1.充分利用复影像中的幅度分量所包含的信息，多种匹配方法的组合，避免复杂
雷达原理与系统（必修）知识要点整理 第一章： 1、雷达基本工作原理框图认知。 测距：利用发射信号回波时延 测速：动目标的多普勒效应 测角：电磁波的直线传播、天线波束具有方向性 2、雷达面临的四大威胁 电子侦察电子干扰、低空超低空飞行器、隐身飞行器、反辐射导弹3、距离和延时对应关系 4、速度与多普勒关系（径向速度与线速度） 5、距离分辨力，角分辨力 6、基本雷达方程（物理过程，各参数意义，相互关系，基本推导）
7、雷达的基本组成（几个主要部分），及各部分作用 第二章雷达发射机 1、单级振荡与主振放大式发射机区别 2、基本任务和组成框图
3、峰值功率、平均功率，工作比（占空比），脉宽、PRI（Tr），PRF（fr）的关系。 第三章接收机 1、超外差技术和超外差接收机基本结构（关键在混频）
2、灵敏度的定义，识别系数定义 3、接收机动态范围的定义 4、额定噪声功率N=KTB N、噪声系数计算及其物理意义
5、级联电路的噪声系数计算 6、习题 7、AGC，AFC，STC的含意和作用 AFC：自动频率控制，根据频率偏差产生误差电压调整本振的混频频率，保证中频稳定不变
AGC：自动增益控制，调整接收机动态范围 STC：近程增益控制，防止近程杂波干扰引起的中放过载 第四章显示器 1、雷达显示器类型及其坐标含义； 距离显示器、平面显示器、高度显示器 2、A型、B型、P型、J型 第五章作用距离 1、雷达作用距离方程，多种形式，各参数意义，PX=？Rmax=？（灵敏度表示的、检测因子表示的等） 2、增益G和雷达截面A的关系 2、雷达目标截面积定义 3、习题 4、最小可检测信噪比、检测因子表示的距离方程
雷达与声纳的共性及差别是什么？ 雷达是利用无线电技术进行侦察和测距的设备。它可以发现目标，并可决定其存在的距离及方向。雷达将无线电波送出，然后经远距离目标物的反射，而将此能量送回雷达的记发机。记发机与目标物间的距离，可由无线电波传雷达的目标物，再由目标物回到雷达所需的时间计算出。雷达的基本原理与无线电通讯系统的原理同时被人所发现。赫兹与马可尼两人都曾用超短波试验其反射情形，这也就是所谓雷达回波。赫兹用金属平面及曲面证明，电波的反射完全合乎光的反射定律。同时赫兹度量脉冲的波长及频率，并且计算其速度也发现与光相同，这也就是所谓的电磁辐射。雷达送出短暂的电波讯号的程序，称为脉冲程序。雷达的基本作用原理有些相似于声波的回声。唯一与声波测量距离的不同点，在于雷达系统具有一指示器，指示器中包含有一个与电视收像管相同的观察管。此管可将雷达所发出的脉冲及回波，同时显示于其标有距离的基线上。还有其他指示器，使雷达借天线所搜索的资料，制成一个图，从图上立即可以定出目标物的区域距离及方向。因为雷达的作用完全是借电波的反射原理而成，所以必须用频率在1000兆赫到10 000兆赫的类光微波方行。雷达所发射的电波可借抛物面形的反射器，使其成为极度聚焦的波束，这就像探照灯所射出的光束一样。此波束借旋转天线及抛物体形反射器的精密控制，有系统地对空间进行搜索。当波束从目标物反回来时，天线所指的方向，就表示目标物对天线的水平方位角。以角度为单位所表示的水平方位角，通常都显示于指示器上。为了决定目标物与雷达间的距离，雷达的发射脉冲距接收到回波的时间，必须精确测定。因为雷达电波在空中以每秒约30万公里的光速进行，因此在每微秒的时间内，电波行进约为300米。由于雷达脉冲必须从雷达行至目标物，再由目标物回到雷达，但目标物距雷达的距离，为雷达脉冲总行程的一半。约为每微秒l50米。此时间可利用电子束在阴极射线管的屏幕上，以直线扫描指示出。借电子束，以已知变动率（如以每微秒0.01米）作水平偏向，因此电子束打在萤光屏上所留的痕迹，就形成一个时间标度，或直接用尺，来表示。如雷达天线送出一个1微秒长的脉冲，同时指示器的阴极射线管电子束在屏幕上，以每100微秒0.0254米的变动率开始扫描。再假设雷达脉冲在30000米的距离从一飞机反射回天线。当1微秒长的脉冲离开天线的同时，在雷达指示器的左侧也显示出一个0.025厘米长的主脉冲（发射脉冲）。由天线发射的脉冲，到飞机进行了30000米的距离，需时100微秒，然后反回天线也需100微秒。结果微弱的脉冲回波也显示于指示器上，其与主脉冲之间有5厘米的距离，或指示为200微秒。由于脉冲本身有1微秒的长度，所以量度距离时，必须量度两脉冲的前缘间距离。由于回波信号太弱，所以一个单一回波信号显示于指示器，很难被发现。因此回波信号，必须于每秒内，在指示器上重复显示数次，显示的方法是借电子束随天线扫描的速率（通常天线以每分钟15到20转转动）在指示器上扫描而得。雷达无论在平时及战时，都已被广泛的应用。在二次世界大战时使用雷达的目的，只是为了预知敌机的接近。用于预警网的预警雷达，预警雷达天线都是极大的转动抛物面形反射天线，或静止双极矩阵天线。战时雷达的应用很快就被扩展到地面拦截控制，以及高射炮和探照灯的方向控制等。这些所谓的射击控制雷达不仅能察知敌机的所在，并能自动决定高射炮的发射方向及使其发射。由于雷达可度量其与目标物间的距离，当然也可以从飞机上测量距地面的垂直高度。常用的各种脉冲式雷达就可度量一架飞机的高度，供飞行员飞行的参考。然而对很低的高度（低于1000米），因距离太近，脉冲式雷达的回波有与其发射出的主脉冲合并的趋势。因此大多数雷达测高仪都不用脉冲输出，而用等幅调频电波。雷达测高仪的发射天线，送出一垂直无线电波束，此电波的频率连续不断的变化。当信号离开发射天线的瞬间，其信号的频率为某一频率。然后当信号由地反射回到测高仪的接收天线后，因接收机内有一相位鉴别器（或简称为鉴相器），鉴相器可将接收到的回波，与正在发射出的
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目录 0-Persistent Scatterers (1) 介绍 (1) PS模块介绍 (1) 1-Connection Graph (2) 工具详细参数 (2) 输出文件 (2) 目的 (2) 技术说明 (3) 帮助文档 (3) 2-Interferometric Process (4) 输入文件 (4) 输出文件 (4) 工具详细参数 (4) 目的 (5) 技术说明 (5) 3-Inversion:First Step (7) 输入文件 (7) 输出文件 (7) 工具详细参数 (7) 目的 (8) 技术说明 (8) 4-Inversion:Second Step (9) 输入文件 (9) 输出文件 (9) 工具详细参数 (9) 目的 (9) 技术说明 (9) 5-Geocoding (11) 输入文件 (11) 输出文件 (11) 工具详细参数 (12) 目的 (12) 技术说明 (13)
雷达干涉测量（崔松整理） 第一章绪论 第二章雷达 SAR：使用短天线一段时间内不断收集回波信号，通过信号聚焦处理方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。 1.1雷达及雷达遥感发展概况 ENVISAT 与ERS的SAR传感器相比，Envisat ASAR的优点主要表现在： 扫描合成孔径雷达(ScanSAR)可达到500km的幅照宽度；（ERS只有100km） 可获得垂直和水平极化信息； （如果发射的是水平极化方式的电磁波，与地物表面发生作用后会使电磁波极化方向产生不同程度的旋转，形成水平和垂直两个分量，用不同极化方式的天线接收，形成ＨＨ和ＨＶ两种极化方式的图像。若雷达发射的是垂直极化方式的电磁波，同理，会产生ＶＶ和ＶＨ两种极化方式的图像。） 交替极化模式可使目标同时以垂直极化与水平极化方式成像； 有不同的空间分辨率和数据率； 可提供7个条带，入射角在15°～45°的雷达数据。 RADARSAT 多极化、多入射角 ALOS ALOS采用了先进的陆地观测技术，能够获取全球高分辨率陆地观测数据。 该卫星载有三种传感器：全色立体测图传感器，新型可见光和近红外辐射计、相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR）。PALSAR不受云层，天气和昼夜影响，可全天时全天候对地观测，该卫星具有多入射角，多极化，多工作模式及多种分辨率的特性，最高分辨率可达7m。（ERS、ENVISAT是多入射角吗？） TerraSAR-X TerraSAR-X TerraSAR-X 是固态有源相控阵的X 波段合成孔径雷达（SAR）卫星，具有多极化、多入射角的特性，具备4 种工作方式和4 种不同分辨率的成像模式。 高分辨率聚束式(High Resolution SpotLight(HS)) 聚束式(SpotLight Mode(SL)) 宽扫成像模式(ScanSAR Mode(SC)) 条带成像模式(Stripmap Mode(SM)) COSMO-SkyMed COSMO-SkyMed星座共包括4颗SAR卫星 工作在X波段，具有多极化、多入射角的特性，具备3种工作方式和5种分辨率的成像模式，作为全球第1个分辨率高达1 m的雷达成像卫星星座，COSMO-SkyMed系统将以全天候、全天时对地观测的能力、卫星星座特有的高重访周期和l m高分辨率成像1.2InSAR及发展概况 SAR的不足： SAR传感器获取的原始资料主要包含两种信息：一是地面目标区域的二维图像，二 是地面目标反射回来的相位 SAR成像没有利用回波相位信息。经过SAR成像处理后，对于地表三维目标，得到
第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品 第一章 我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA ）、雷达产品生成子系统（RPG ）、主用户处理器（PUP ）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性 （密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 2 /3730/776.0T e T P N +=波束直线传播 波束向上弯曲波束向下弯曲000=> 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c 为光速，PRF 为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax ）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax 之外时，雷达却把目标物显示在Rmax 以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z 值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： ?=dD D D N Z 6)( 0lg 10Z Z dBZ ?= 360/1m mm Z = 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z 值与雨强I 有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模糊的处理等，均增大了雷达资料的误差。虽然如此，由于径向速度是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值，为平均径向速度，雷达反射率因子通过对沿径向上的四个取样体积平均得到的，其径向分辨率相当于四个取样体积的长度，这也使雷达探测的资料具有一定的代表性。 第二章 天气雷达图像识别 一、掌握多普勒效应 多普勒效应为，当接收者或接受器与能量源处于相对运动状态时，能量到达接受者或接收器时频率的变化。多普勒频率，是由于降水粒子等目标的径向运动引起的雷达回波信号的频率变化，也称为多普勒频移，其与目标的径向运动速度成正比，与多普勒天气雷达波长成反比。 二、了解多普勒天气雷达测量反射率因子、平均径向速度和速度谱宽的主要技术方法 多普勒雷达利用降水粒子的后向散射与多普勒效应来达到对其探测的目的。通过发射信号与接收信号的延迟来测量距离，通过降水粒子的多普勒频移来测量其速度。 反射率因子：雷达的反射率因子是降水粒子后向散射被雷达天线接收到的回波，为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和，反射率因子Z 值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多。 合成孔径雷达干涉测量（InSAR）简述 摘要：本文主要介绍了合成孔径雷达干涉测量技术的发展简史、基本原理、及其3种基本模式，并且对其数据处理的基本步骤进行了概述。最后，还讲述合成孔径雷达干涉测量的主要应用，并对其未来发展进行了展望。 关键字：合成孔径雷达合成孔径雷达干涉测量微波遥感影像 1.发展简史 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种高分辨率的二维成像雷达。它作为一种全新的对地观测技术，近20年来获得了巨大的发展，现已逐渐成为一种不可缺少的遥感手段。与传统的可见光、红外遥感技术相比，SAR 具有许多优越性，它属于微波遥感的范畴，可以穿透云层和甚至在一定程度上穿透雨区，而且具有不依赖于太阳作为照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能力，这是其它任何遥感手段所不能比拟的；微波遥感还能在一定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的某些新信息。随着SAR 遥感技术的不断发展与完善，它已经被成功应用于地质、水文、海洋、测绘、环境监测、农业、林业、气象、军事等领域。 L. C. Graham 于1974 年最先提出了合成孔径雷达干涉测量（InSAR ）三维成像的概念，并用于金星测量和月球观察。后来Zebker、G. Fornaro及A. Pepe 等做出了进一步的研究,以解决InSAR 处理系统中有关基线估计、SAR 图像配准、相位解缠及DEM 生成等方面的问题。自1991 年7 月欧空局发射载有C 波段SAR 的卫星ERS- 1 以来，极大地促进了有关星载SAR 的InSAR 技术研究与应用。由于有了优质易得的InSAR 数据源，大批欧洲研究者加入到这个领域，亚洲（主要是日本）的一些研究者也开展了这方面的研究。日本于1992 年2 月发射了JERS- 1，加拿大于1995 年初发射了RADARSAT，特别是1995 年ERS- 2 发射后，ERS- 1 和ERS- 2 的串联运行极大地扩展了利用星载SAR 干涉的机会，为InSAR 技术的研究提供了数据保证。目前用于InSAR 技术研究的数据来源主要有:ERS- 1/2、SIR- C/X SAR、RADARSAT、JERS- 1、TOPSAR 和SEASAT 等。 1979年9月，我国自行研制的第一台合成孔径雷达原理样机在实验室完成，并在试飞中获得我国第一批SAR影像。1989年起国家科委设立了“合成孔径雷达遥感应用实验研究项目”，拉开了大规模雷达遥感研究的帷幕。目前国内外许多部门和科研机构正积极从事着InSAR 技术机理及其应用的研究，已经取得了许多成果，InSAR 技术的前景日益看好。 2.InSAR的基本原理 InSAR 技术是一门根据复雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的技术。其基本思想是：利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像，获取同一区域的复雷达图像对，由于两副天线与地面某一目标之间的距离 本文针对高速铁路沿线的沉降监测问题，探索利用时序差分雷达干涉测量技术建立适合高速铁路沿线区域沉降测量的干涉数据处理流程，发现京津高速铁路部分区段在运营期沿线区域沉降变形的特征和规律，为运营期高速铁路的稳定性评价提供科学依据。该方法的研究对于人类不便于进行地面常规测量的山区铁路、高原冻土区铁路的长期、高效监测都具有重要的意义，对于类似的公路、地面管线设施等大型线性地物沿线的区域形变监测都具有同样的应用价值。 本研究通过与合作研究者/用户密切合作，根据高速铁路变形监测需求，在实验区设置固定水准点，进行长期观测，获取高精度的地面沉降数据。再选取对应时间区间（2007年-2010年）的ENVISAT数据，采用时间序列干涉合成孔径雷达技术处理这些SAR数据，得到沉降值。将SAR数据获取的沉降值与精密水准测量获取的沉降数据进行对比分析，实现对时间序列干涉合成孔径雷达技术在高速铁路沉降检测的可行性的评估。 本研究以京津城际铁路靠近天津的区域作为目标。天津地处华北平原的东北端，存在大面积不均匀沉降，高速铁路的运营也对这些沉降带来了影响，本研究将着重提取并研究这些变化。 2007年以来，铁道第三勘察设计院在铁路沿线500米范围布设了多个永久水准点，进行了多次精密测量，本研究使用了其中的9期数据作为真值。本研究使用2007年4月至2010年10月的25幅ASAR数据，提取了该区域的沉降。将二者数据进行比对，得出使用ASAR 监测铁路沉降的可行性，并分析了这些沉降的规律。 本次实验以ENVISAT ASAR数据为基础，具体实验步骤如下： 1. 数据获取。收集符合要求的影像数据集和对应时间段的水准数据。 2. 选取干涉数据组合。按照影像自由组合形成干涉对的策略，选取最优的干涉影像集。 3. 生成序列差分干涉图。对选取的各个干涉影像对进行影像配准，生成干涉图和相干图，利用SRTM DEM数据与生成的干涉图进行差分处理，得到差分干涉图。 4. 构建和解求沉降模型。根据实验区内形变场的形变特征和时间序列影像集的干涉对组合策略，构建函数模型和随机模型，对模型的解算分时间维相位解缠和空间维相位解缠。 5. 提取实验结果。提取高速铁路沿线沉降结果。 6. 形变结果的评估。将时序差分雷达干涉测量技术提取的形变结果与水准结果进行比对和检校，评估基于时间序列SAR影像的地表形变监测方法的可行性，根据结果分析高铁运营对沿线地面沉降的影响和规律。 实验结果证明了InSAR结果与水准监测结果一致，线性回归分析得到二者的相关系数为0.805证明了InSAR结果的可靠性。从铁路纵断方向和横断方向进行了高铁沉降与区域沉降的差异性分析。提取了高铁线纵断剖面以及与高铁平行的纵断线位处的沉降，证明高铁线上沉降与区域沉降存在明显差异，离高铁线越远，这种差异越明显；提取了高铁线横断剖面以及与高铁垂直的横断线位处的沉降，证明区域沉降与高铁沉降差异明显，在时序序列的前半部分，高铁沉降速率小于地面沉降，在后半部分，高铁沉降明显加速，比地面沉降快。 本研究达到了预期目标，获取了InSAR结果和水准监测结果，对这些形变的成因和规律进行了分析。由于地表形状复杂、地形变化和植被覆盖等原因，局部地区提取的PS点较少，影响了形变的提取。将来考虑使用角反射器增加控制点的数目。随着中国高铁建设和运营里程的不断增加，以及Sentinel-1A等卫星的运行，本研究组将在更大的范围，使用更多的数据对高铁设计、建设和运营等全过程进行沉降监测的研究。合成孔径雷达干涉测量概述
探索利用时序差分雷达干涉测量技术建立适合高速铁路
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