《雷达干涉测量》教学大纲

4 雷达干涉测量原理与应用校准与定标雷达天线、收发机性能等的衰变会导致回波信号的误差校准 + 定标雷达角反射器、朗伯球等标准目标进行校准1）相对定标2）绝对定标几何校正斜距投影变形、地形起伏；(侧视成像几何特性)地表曲率、地球自转、大气折射；传感器外方位元素变化等影响导致雷达图像的几何变形几何校正多项式几何校正模拟图像几何校正构像方程几何校正主要内容§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4.1 雷达干涉测量概述本节要点本节在SAR原理的基础上进一步介绍INSAR的基本原理和INSAR技术的概貌，为后面的几节进行必要的准备；对INSAR存在的主要问题进行系统的评述，引出后面几节将要重点阐述的主要内容。

主要内容1 INSAR基本原理2 立体几何量测与干涉成像3 INSAR技术存在的问题波的迭加与振动• 波的迭加原理在弹性介质中同时有几个波传播时，每一个波仍然保持原有的特性（频率、波长、振动方向），按照自己的传播方向继续前进。

但是，由于波在介质中传播，要引起介质质点的振动。

因此，当波在空间某点上相遇时，质点的振动就是各波在该点所引起的振动的合成。

波的迭加与振动• 相干波源频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波源成为相干波源。

• 相干波的迭加由相干波源发出的波在空间任一点相遇时，它们的相位差恒定。

＝》在空间某些地方的振动始终加强，某些地方始终削弱甚至抵消，这种现象成为干涉。

波的迭加与振动• 相位差与波程差当两个相干波在空间迭加时，波程差等于波长整数倍的各点，合振幅最大；波程差等于半波长的奇数倍时，合振幅最小。

• 只有波的合成，才能产生干涉现象波的迭加与振动R1R2Interference fringes· 2π雷达干涉现象•形成雷达干涉现象的虚拟示意图上图：平坦地面下图：起伏地面雷达干涉现象r 1, ranget1,azimuthSAR Image雷达干涉现象雷达干涉基本原理——相位关系（1）空间基线INSAR中的相干波源与干涉形成• 飞行平台上同时架设了两部天线S1、S2• 由S1发射信号，S1和S2同时接收从目标返回的信号雷达干涉测量原理图雷达干涉基本原理——相位关系（2）• 单个天线接收到的雷达波之相位与路程的关系• S1和S2接收到的雷达波之相位差雷达干涉基本原理——相位关系（3）• SAR影像1、2• 形成干涉• 干涉相位• 相干性雷达干涉基本原理——空间几何关系（1）雷达干涉基本原理——空间几何关系（2）雷达干涉基本原理——计算地面的高程干涉相位差ϕ地面高程h天线的位置参数（H，B，α，ρ ）INSAR数据处理的基本步骤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数据处理的基本步骤单视数幅度影像对干涉条纹图（未去除平地效应）INSAR数据处理的基本步骤干涉条纹图（去除了平地效应）估计的高程INSAR提取DEM实例California MojaveDesert(ERS)幅度影像图基线长180m,配准精度在0.1个像元INSAR提取DEM实例由配准后的主从影像共轭相乘得到的干涉相位图相位解缠后提取DEMINSAR提取DEM实例InSAR数据处理模块1. 荷兰DELFT大学Kampes等人开发的Doris软件模块下载地址：http://enterprise.lr.tudelft.nl/doris/2. 美国阿拉斯加大学Ruger Gens等人开发的ASF SARTools 软件模块下载地址：/apd/software/download.html 3. 美国JPL可以从OPENCHANNEL网站申请InSAR软件包ROI_PAC 下载地址：/projects/ROIPAC/解缠软件模块Ghiglia 等人编写的基本相位解缠处理C程序包//public/sci_tech_med/phase_unwrapping/ Chen C. W.等人编写的网络流相位解缠软件Snaphu1.2/sar_group/snaphu/立体观测的原理（1） • SAR 可以以一定的分辨率来量测方位向和距离 向目标的距离 • 仅仅知道距离并不能 确定目标的位置和相对 于某水准面的高程 • 例如，左图中， 凡是在波束范围内且位 于同一弧线上的目标所 测得的距离都是相等的单幅影像情形量测的原理立体几何量测与干涉成像立体观测的原理（2）• 从位于不同位置的传感器获得同一场景的另一幅影像，就可以解决上述的不确定性问题• 将这两幅影像分别称为主影像和从影像立体成像系统量测的原理• 传感器S1和S2之间的距离就是空间基线立体观测的原理（3）• 由主影像和从影像上的一个同名点上，可以求出地物目标• 这里，假设r、dr、B和α已知dr的量测误差的影响（1）dr的量测误差的影响（2）以ERS-1的实际参数为例• 斜距分辨率是9.6米，假设主、从影像之间经过精确配准后可分辨出的斜距偏移精度达到1/20个像素• ERS-1通常的参数是r=800km，θ=23°，基线=100m ＝》若斜距量测精度为0.45m，得到的高程精度就变成了1.5km• 如果要改善高程精度，就需要基线更长＝》若基线拉长至15km，高程精度改变为10mdr的量测误差的影响（3）以ERS-1实际参数为例•实际上，基线并不能拉至如此之长。

合成孔径雷达干涉测量概述Last updated on the afternoon of January 3, 2021合成孔径雷达干涉测量（I n S A R）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。

“雷达原理与设备”课程实验教学大纲一、实验教学的目的1、了解雷达的组成结构，熟悉雷达使用方法；2、学习导航雷达在航海中的定位方法。

二、实验教学的任务1、结合理论课学到的知识，对实际雷达各大单元充分了解；2、对在操作使用雷达过程中，对各旋钮起的作用应熟悉掌握。

三、具体实验项目名称和学时分配适用专业及实验性质（设计性、综合性、验实验内容：1、调整调谐增仪、量程、海浪抑制等各旋钮，观察雷达屏幕中的回波变化；2、在海图上，根据本船与固定目标的距离确定船位。

实验要求：1、对专业理论知识应充分掌握；2、对航海知识应有所了解。

五、实验教材或讲义名称1、雷达实验指导书，曹铭志，大连海事大学出版社自编教材；六、实验考核标准掌握操作雷达步骤，学会观测雷达，会用雷达定位，交实验报告者为合格，否则为不合格，实验不合格不予通过。

七、与其他课程的联系与分工1、以电磁场理论、脉冲与数字电路和等课程为基础；2、与GPS实验同步。

八、为达到本课程的目的和要求所采取的措施1、单机单人指导学生每组8—9人；2、实验课中作笔录，实验课后写实验报告。

参加本大纲制订编写人员：曹铭志本课程所在实验室：电子工程实验室实验室主任签字：金红教研室主任签字：柳晓鸣主管教学院长签字：夏志忠制定时间： 2004年5月12日“AIS系统与应用”课程实验教学大纲一、实验教学的目的1、了解AIS的组成，熟悉AIS的使用方法；2、学习AIS进行船舶识别的方法及工作原理。

二、实验教学的任务1、结合理论课所讲的知识，对实际AIS各组成单元充分了解；2、在操作使用中，加深对AIS工作原理及船舶识别的理解。

三、具体实验项目名称和学时分配适用专业及实验性质（设计性、综合性、验实验内容：1、对船台AIS操作，观察个屏幕窗口的数据及显示信息；2、对岸台AIS操作，熟悉ICAN软件各项操作菜单，进行船舶识别。

实验要求：1、对专业理论知识充分掌握；2、对通信原理应有所了解。

五、实验教材或讲义名称无六、实验考核标准熟悉AIS的基本工作原理，熟悉ICAN的界面、菜单，能进行船舶识别，交实验报告者为合格，否则为不合格。

雷达干涉测量大作业学院：电子工程学院班级：1402071姓名：张吉凯学号：14020710021一、简述干涉SAR的基本原理，处理步骤，有哪些工作模式，处理中存在哪些难点，以及InSAR的应用领域。

并从原理上说明立体几何量测与干涉成像在对地观测精度的不同。

1.基本原理图1.InSAR成像几何示意图（如果地表无形变）s1(R)=u1(R)exp(i∅(R)) （1）s2(R+∆R)=u2(R+∆R)exp(i∅(R+∆R)) （2）R+arg{u1}（3）φ1=22πλ(R+ΔR)+arg{u2}（4）φ2=22πλΔR)（5）s1(R)s2∗(R+ΔR)=|s1s2∗|exp i (φ1−φ2)=|s1s2∗|exp (−i4πλϕ=−4πΔR+2πN N=0,±1,±2,⋅⋅⋅（6）λ图2.InSAR成像几何示意图（如果地表无形变）sin(θ−α)=(R+∆R)2−R2−B22RB（7）z=H−R cosθ（8）∆R≈B sin(θ−α)+B22R（9）θ=α−arcsin[λϕ4πB]（10）如果知道天线位置参数和雷达成像系统参数，就可以从相位中计算出地表的高程值。

把以DEM测量为主要应用的SAR干涉测量技术称为InSAR技术。

它利用雷达向目标区域发射微波，然后接收目标反射的回波，得到同一目标区域成像的SAR复图像对，若复图像对之间存在相干条件，SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图，根据干涉图的相位值，得出两次成像中微波的路程差，从而计算出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化，可用于数字高程模型建立、地壳形变探测等。

2.处理步骤图3.处理步骤InSAR工作模式主要有单航过模式、多航过模式(RTI)。

而单航过模式又分为XTI模式和ATI模式，下面逐一介绍；①XTI：单航过模式中的XTI是一个平台载两幅天线（或者两平台编队）且天线方向为横向，即与轨迹垂直，如SRTM。

②ATI：单航过模式中的ATI是一个平台载两幅天线（或者两平台编队）且天线方向为顺轨道方向，即与轨迹平行，如Tan_DEM。

雷达干涉测量(崔松整理)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ALOSALOS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-XTerraSAR-XTerraSAR-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 ResolutionSpotLight(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-SkyMedCOSMO-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。

4 雷达干涉测量原理与应用回顾-干涉图生成与相位噪声滤波过采样前置滤波 后置滤波 窗口大小基于梯度的自适应1 干涉图的生成2 复数域干涉图去噪原理3 基于局部坡度的自适应滤波4 中值-自适应平滑滤波平滑实部 平滑虚部 边缘方向回顾-INSAR基本步骤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4.4 相位解缠本节要点本节系统介绍相位解缠的基本原理，阐述常用的几种典型的解缠方法和评述各自的特点，分析与解缠密切相关的干涉图质量和针对干涉条纹滤波的问题，在各个环节给出一些详尽的实例。

主要内容1 相位解缠概述2 相位解缠的基本原理3 基于路径积分的解缠方法4 全局求解方法复数影像1：复数影像2：相位差：干涉相位：缠绕相位差：缠绕相位和解缠后的相位缠绕的相位解缠的相位（0-8pi）缠绕相位和解缠后的相位缠绕相位与绝对相位之间是非线性的关系，定义缠绕算子：w{ϕ} = ψ = ϕ + 2πk ，ｋ是使ψ ∈(− π ,π ] 的整数因此由相位信息获取高程信息之前，必须通过缠绕相位ϕ得到关于绝对相位ψ的最优估值，即相位解缠相位解缠的两个主要步骤1，估计相邻像素之间真实相位的差值2，按照某种策略对相位差值进行积分（枝切法，质量图法，最小二乘法，最小费用流法，等等）相位解缠的两类基本方法基于路径积分的方法（枝切法，质量图法，最小不连续法，mask cut 法…）全局求解方法（加权最小L P范数法，最小费用流法…)问题：相位解缠是无解的假设算法: 影像的绝大多数部分满足Nyquist标准Nyquist标准：干涉图的空间采样率必须足够高，或者：干涉图中，相邻象素的解缠相位值必须在一个周期之内一维相位解缠原理（1） 对于一个简单的复数信号 s (t ) = e j2πt ,0 ≤ t ≤ 1 而言，想要从 s (t ) 获得连续相位 ϕ (t ) = 2πt ， 但通过相位计算算子仅能获得缠绕相位： ϕw (t ) = arctan[ Im(s (t )) Re(s (t )) ] = w {ϕ (t )} = ϕ (t ) + 2πk (t ) 其连续相位与缠绕相位关系如下图：一维相位解缠原理（2）ϕ w ( t ) = ϕ( t ) + 2πk( t )π 一维相位解缠原理（3） 如何从缠绕相位（离散信号）重建连续相位（连续 信号）？ Itoh 提出了一维相位解缠算法。

《雷达原理》教学大纲课程编号：EE3121015课程名称：雷达原理英文名称:THE PRINCIPLE OF RADAR学时：46学分：3课程类型：必修课程性质：专业课适用专业：信息对抗专业，电子信息工程专业等先修课程：概率论，信号与系统，随机信号分析，电磁场与电磁波，射频电路与天线等开课学期：第五学期（信息对抗专业）第七学期（其它专业）开课院系：电子工程学院一、课程的教学目标与任务雷达原理是一门重要的限选专业课。

雷达是现代电子科学技术和计算机应用技术飞速发展的重要成就之一。

通过该课程的学习，要求学生：了解雷达在军事、民用和宇宙空间探测等领域的广泛应用前景和雷达技术的发展动向；掌握雷达和各分机的工作原理及主要质量指标；深刻理解和牢固掌握雷达测距、测角和测速的基本原理及各种实现方法；掌握雷达方程和动目标检测（MTD）技术的原理及实现方法。

二、本课程与其它课程的联系和分工该课程的先修课程包括：概率论，信号与系统，随机信号处理，电磁场与电磁波，射频电路与天线等。

三、课程内容及基本要求（一）雷达原理绪论（2学时）介绍雷达的任务和基本组成原理。

1. 基本要求（1）掌握雷达的基本概念、任务（2）掌握雷达的基本组成原理（3）了解电子战和雷达的发展2. 重点、难点重点：雷达的基本组成原理。

（二）雷达发射机（6学时）掌握雷达发射机的基本工作原理。

1. 基本要求（1）掌握雷达发射机的任务和基本组成（2）掌握雷达发射机的主要质量指标（3）单极振荡和主振放大式发射机的基本组成（4 ）了解固态发射机（5）掌握脉冲调制器的基本原理2. 重点、难点重点：脉冲调制器的基本原理（三）雷达接收机（ 6 学时）掌握雷达接收机的基本工作原理。

1.基本要求（1）掌握雷达接收机的基本组成和主要质量指标（2）掌握噪声系数和灵敏度的计算（3）掌握雷达接收机的组成，包括高频部分、本振和自动频率控制、动态范围和增益控制（4）掌握雷达接收机的滤波和接收机带宽计算2.重点、难点重点：噪声系数和灵敏度的计算。