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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。
《雷达干涉测量》教学大纲一、课程基本信息1．课程代码：211244002．课程中文名称：雷达干涉测量课程英文名称：Radar interferometry (InSAR)3．面向对象：遥感科学与技术专业本科生4．开课学院（课部）、系（中心、室）：信息工程学院5．总学时数：32讲课学时数：20，实验学时数：126．学分数： 27．授课语种：中文，考试语种：-8．教材：雷达干涉测量－原理与信号处理基础，廖明生林珲，测绘出版社, 2003二、课程内容简介课程着重阐述雷达干涉测量的基本原理、方法和处理流程。
第1章绪论1.1 雷达干涉现象1.2 InSAR简介1.3 InSAR的作用与意义第2章InSAR基本原理2.1 InSAR原理与步骤2.2立体几何量测原理2.3 InSAR成像模式2.4 InSAR技术存在的问题第3章InSAR关键技术与方法3.1 InSAR复数像对配准3.2 干涉图生成与噪声滤除3.3相位解缠方法3.4 DEM计算生成第4章D-InSAR原理4.1 D-InSAR基本原理与方法4.2 PS-InSAR基本原理与方法4.3 D-InSAR研究进展第5章InSAR应用5.1 InSAR应用5.2 D-InSAR应用三、课程的地位、作用和教学目标《雷达干涉测量》课程是遥感科学与技术专业遥感与摄影测量方向学生选修的一门专业课程，本课程着重阐述雷达干涉测量的基本原理、方法和处理流程。
通过课程的学习，对雷达干涉测量的相关概念、体系、内容有较深入的了解；熟练掌握InSAR处理的过程，包括复数InSAR像对的自动配准、干涉图噪声抑制、相位解缠和DEM提取等关键技术和实施方法；掌握差分InSAR的基本原理与应用，了解国际InSAR技术的最新发展和在各行业中的应用；掌握常用InSAR处理软件的操作方法，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
四、与本课程相联系的其他课程先修课程：《微波遥感》、《摄影测量》、《遥感图像处理》、《数字高程模型》。
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 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-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。
《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。
雷达干涉测量原理
雷达干涉测量（InSAR）是一种基于干涉原理的地面目标测量方法。
在合成孔径雷达成像（SAR）技术中，干涉测量是指将两幅或多幅干涉影像重叠起来，并利用相关技术将它们分离开来。
下面简要介绍 InSAR技术的基本原理。
雷达是一种电磁波，其波长比可见光的波长短得多。
由于波长短，雷达波在大气中传播时所遇到的反射、折射等损耗也很小。
这就使雷达在发射电磁波时，其能量能更集中地传送到地面目标上去，从而提高了雷达在空中发射信号的能量密度，使雷达具有更高的分辨率。
同时，由于它的传播速度较快，从而能缩短测距距离，提高测量精度。
根据干涉测量原理，如果在地面上某一点发射一束雷达波，它穿过空气时的传播速度约为3×108m/s~3×106m/s。
如果地面上某一点存在地面运动目标（例如汽车、飞机等），它发射一束雷达波后将会反射回来。
当这束雷达波和地面上某一点发出的雷达波相遇时，两束雷达波产生干涉（或称干涉），从而获得关于这一点的测量结果。
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雷达干涉测量法用于提取崎岖地形DEMMichael Eineder;白鸥【期刊名称】《导航定位学报》【年(卷),期】2003(0)4【摘要】雷达干涉测量提取DEM用于陡峭山区是一个具有挑战性的问题,即使是对于高相干性的单轨传感器如美国航天飞机雷达测绘使命(SRTM)亦如此。
近年来随着合成孔径雷达(SAR)干涉测量的成熟,它已成为一种可靠的和易于理解的生成地球表面数字高程模型(DEM)的方法。
由于基于欧洲遥感卫星(ERS)的前后飞行的重复轨道干涉测量经常遇到现时影像不相关,仅在裸露地区的工作效果最好;单次通过系统可提供高相位相干性,因而可得到高质量的大范围地表的数据。
但在阿尔卑斯山区这两种方法都遇到了山区所固有的困难。
正是建立这类特别困难地区的DEM 引起了人们极大的兴趣。
本文论证了这一问题的难点,并拟定一种利用多次干涉图跨过和填补无效区域的算法。
【总页数】2页(P6-7)【关键词】干涉测量;数字高程模型;摄影测量与遥感【作者】Michael Eineder;白鸥【作者单位】德国航空航天中心DLR【正文语种】中文【中图分类】P217【相关文献】1.基于InSAR技术的DEM提取及InSAR DEM精度与地形因子的关系 [J], 张博;张文君;蔡国琳2.联合多孔径雷达干涉与常规合成孔径雷达干涉提取三维形变场 [J], 王晓文;刘国祥;张瑞;于冰;李涛3.雷达地形测绘 DEM 用于青藏高原地貌分类 [J], 韩海辉;王艺霖;李健强;高婷4.用于干涉合成孔径雷达的地形适应K-均值滤波器 [J], 徐江;唐劲松;张春华;周良柱5.一种适用于山区DEM生产的地形特征点自动提取技术研究与应用 [J], 周扬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
差分雷达进干涉测量原理及其测地应用综述
乔书波;孙付平;等
【期刊名称】《解放军测绘研究所学报》
【年(卷),期】2003(023)001
【摘要】雷害干涉（Radar Interferometry）测量技术是一种新的空间对地观测
技术。
它将复型雷达数据中的雷达相位信息提取出来进行干涉处理，获得地球表面三维信息，可用于获取高精度的数字高程模型（DEM）。
特别是应用其差分技术，可对地表进行变形监测，精度可以达到毫米级。
目前合成孔径雷达干涉测量技术及其差分技术已经成为地学界研究的热点，其应用领域也正在迅速扩大。
本文详细阐述和分析了关分雷达干涉测量的基本原理和发展概况，并列出了差分雷达干涉在测地方面的应用。
最后结合当前合成孔径雷达干涉测量技术发展现状分析了其应用前景。
【总页数】7页(P46-52)
【作者】乔书波;孙付平;等
【作者单位】解放军信息工程大学测绘学院;解放军信息工程大学测绘学院
【正文语种】中文
【中图分类】P237
【相关文献】
1.小基线集雷达差分干涉测量高速铁路区域地面沉降 [J], 饶雄
2.雷达差分干涉测量技术反演含水层物理量 [J], 杨帆;耿螣川;张子文;吴文豪;刘铁
3.差分雷达干涉测量原理及其在形变测量中的应用 [J], 王峰;王建华
4.合成孔径雷达差分干涉测量在矿山开采区变形监测中的应用 [J], 李秀江
5.基于合成孔径雷达差分干涉测量技术的济南轨道交通1号线地表沉降监测 [J], 刘学敏;路林海;韩林;夏磊凯;杨小凤
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收稿日期:2001203227;修订日期:2001208224基金项目:国家8632308资助项目“ERS 2S AR 干涉测量森林制图技术研究”(8632308214)。
作者简介:庞勇(1976— ),男,安徽太和人,2000年毕业于中国林业科学研究院资源信息所,获林业遥感硕士学位,研究方向为干涉S AR 处理及应用,已发表论文两篇。
文章编号:100724619(2003)0120008206干涉雷达技术用于林分高估测庞 勇,李增元,陈尔学,车学俭,白黎娜,谭炳香(中国林业科学研究院资源信息研究所遥感室,北京 100091)摘 要: 如何使用遥感手段测量林分高一直是遥感技术积极探索的应用领域之一。
雷达干涉测量(InS AR )技术充分利用了雷达数据中的相位信息,从单视复型干涉影像数据对中提取地表高程信息。
近年来这一技术取得了快速的发展,得到了广泛的应用。
该文利用美国航天飞机SIR 2C/X 2S AR L 波段和C 波段数据进行干涉测量处理,并将之应用于林分高估测。
首先简要介绍了雷达干涉测量技术的发展及其基本原理,接着总结提出了用雷达干涉测量技术估测有效林分高的方法,并将估测结果与实际的外业测定数据进行了比较。
采用直接与林缘相差分的方法进行有效林分高的估测,在黑龙江省大兴安岭实验区的初步结果说明了雷达干涉处理技术有用于有效林分高估测的潜力,显示了这一技术在林分高估测和林分高生长监测中的巨大应用前景。
关键词: 雷达干涉测量;数字高程模型;数字地表高程模型;有效林分高中图分类号: TP73211 文献标识码: A1 引 言合成孔径雷达(S AR )是一种二维成像雷达,工作在微波波段,具有全天候、全天时的优点。
S AR 数据的最大特点是既记录了回波信号的强度信息,同时也记录了相位信息,即以波数形式表示的从传感器到地面的实际距离。
以往只是处理和利用了S AR 数据的强度信息,对其相位信息未能充分加以利用。
激光雷达干涉测距法
激光雷达干涉测距法
激光雷达干涉测距法是一种基于激光技术的一种测距方法，它可以更精确地测量距离，更准确地建立三维模型。
它是一种更加准确的测距方法，非常适合用于精确测量距离和建立三维模型。
激光雷达干涉测距法的原理是利用激光雷达发出一束微弱的激光，通过精确测量反射光在发射时间和接收时间之间的时间差，来计算物体的距离。
由于激光的捕捉范围很短，所以只有较小的反射范围，从而可以精确测量距离，并建立三维模型。
激光雷达干涉测距法的应用非常广泛，可以用于测量行人、车辆等移动物体的距离，也可以用于建立三维地图和建模等应用中。
它可以在具有高精度的地方，如航空、军事、建筑等领域，发挥其精确测距的作用。
总之，激光雷达干涉测距法是一种精确、高效、可靠的测距方法，对于各种领域来说都是一个有趣的新领域。
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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。
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一种干涉雷达阴影区的处理方法
韩松涛;向茂生
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2008(31)3
【摘要】干涉合成孔径雷达是获取地表高程信息以及检测地表形变的传感器。
受侧视雷达成像机制的影响,场景中起伏较大的地物如山体不可避免会形成阴影区。
阴影区没有回波信号,区域相干性差,相位呈噪声特性,严重影响了干涉雷达获取DEM的质量以及雷达正射影像质量。
本文提出1种在相位域对阴影区进行干涉处理的方法,以得到高质量的DEM和正射影像图。
通过对实测的机载干涉SAR数据进行处理,验证了算法的有效性。
【总页数】3页(P4-6)
【关键词】InSAR;阴影;数字高程模型;雷达正射影像
【作者】韩松涛;向茂生
【作者单位】中国科学院电子学研究所微波成像技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN959.3
【相关文献】
1.干涉雷达在DEM测量中的精度影响及处理方法 [J], 郭泾平
2.雷达干涉测量获取DEM的镶嵌处理方法 [J], 叶成名;苗放;孔祥生;梁军;杨智翔
3.机载干涉合成孔径雷达数据处理方法研究 [J], 索志勇;李真芳;保铮;吴建新
4.一种基于干涉成像几何的水体类地表干涉处理方法 [J], 韩松涛;向茂生
5.一种基于干涉型光纤振动传感器的信号处理方法 [J], 李开心;肖倩;贾波
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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 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-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。
经过SAR成像处理后，对于地表三维目标，得到二维SAR图像，即目标到SAR卫星的斜距和相对于航迹的位置(或多普勒频率)被投影到二维的SAR图像上，要得到目标的三维坐标，需要利用立体定位的方法的得到目标的三维坐标。
INSAR（合成孔径雷达干涉测量）：一种以合成孔径雷达复数据提取的干涉相位信息为信息源获取地表三维信息和变化信息的技术。
InSAR：利用短基线(一般为几十~1000 m)，由相邻航线上观测得到的同一地区两幅SAR 影像的相位进行干涉处理来获取高程资料，由得到的目标点的三维坐标建立高精度的数字高程模型(DEM)D-InSAR：以InSAR为基础发展起来的差分雷达干涉测量(D-InSAR)对于高度的变化非常敏感PS-DInSAR：利用散射特性在时间上保持稳定的高相干点来获取可靠的干涉相位信息GPS技术与InSAR技术结合：一方面可以利用GPS技术消除InSAR的大气及轨道误差，提高其时间分辨率，解决时间去相关问题；另一方面，可以利用InSAR技术提高GPS的空间分辨率，从而进行大尺度的地表形变监测。
1.3 InSAR的主要应用高程生成、（地形图测绘）地面沉降、地震、滑坡检测、火山活动研究（可连续动态监测地表变化，还可估计岩浆流厚度和宽度活火山现场观测原来对人员设备危险）、土地利用类型分类（可区分林地、开阔地，风、雪融对相干图的影响，基线越长对地表微小运动和变化越敏感）、海洋应用（利用相位差得到风力、海潮、内波、船尾浪引起的洋面变化）冰川运动和极地陆地边缘探测、山体运动监测、坡度估计、变化监测1.4.InSAR的技术发展趋势雷达传感器向着多波段，多极化，多工作模式，视角可变的方向发展。
SAR 卫星向着轻型化发展。
是组成SAR 卫星星座、卫星编队、卫星编队星座等天基SAR 系统的关键。
SAR 向着高分辨率，宽测绘带宽方向发展InSAR 数据获取更为丰富、便捷。
InSAR 与其他技术的融合。
相位解缠，极化干涉和PS 技术仍是InSAR 理论研究的热点InSAR 应用更为广泛第二章InSAR 基本原理及数据处理1. SAR影像的特点1. SAR 影像是复数影像，包括振幅图和相位图影像。
复影像：复影像数据包括雷达波振幅和相位两部分，被称为复数的实部和虚部。
SAR 影像的每一像素不仅包含反映地表微波反射强度即所谓的灰度值，而且还包含与雷达斜距有关的相位值，这两个信息分量可用一个复数(a + b·i)来表达。
2. 斑点噪声雷达记录的信号是不同散射中心回波矢量的叠加，由于散射中心的回波是随机变化的，这种随机变化造成了相干斑噪声。
另一方面，相邻像素点的灰度值会由于相干性而产生一些随机变化，在图像中也会产生斑点噪声原因一：由于SAR 系统的分辨率是有限的，目标表面相对于系统波长比较粗糙，图像中的每一个分辨率单元都是许多散射点的合成。
雷达记录的信号是不同散射中心回波矢量的叠加。
由于散射中心的回波是随机变化的，这种随机变化造成了相干斑噪声。
原因二：SAR 成像系统是基于相干原理的，在雷达回波信号中，相邻像素点的灰度值会由于相干性而产生一些随机变化，并且这种随机变化是围绕着某一均值而进行的，在图像中也会产生斑点噪声。
相干斑点噪声是SAR 图像固有的特征3. 穿透性4. 几何特征纵向：平行于卫星的飞行航线，方位向横向：垂直于卫星飞行的航线，距离向SAR 影像几何特点：距离收缩、透视收缩、叠掩和阴影等现象。
5. 多视处理SAR 影像有两种显示方式：斜距显示和地距显示。
2.SAR干涉测量工作模式InSAR工作方式前两种主要用于机载SAR干涉测量；后一种用于星载SAR干涉测量，卫星不受大气影响，轨道和姿态稳定，为重轨干涉测量提供了较好的条件。
1.交轨干涉测量（XTI）飞行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，另一个则只负责接收，这样基线固定，只要能准确确定平台位置，就有利于获得高质量的干涉测量数据和高程计算结果航空平台多采用这种方式，航天飞机也实现了这一方式（SRTM）准确确定平台位置GPS 、平台姿态稳定INS侧滚的影响和坡度的影响很难区分相位差由侧滚引起变化2.顺轨干涉测量(ATI）双天线，在飞机上一前一后目前只是在飞机上采用，主要用于海流速度制图、运动目标探测、方向波浪谱测量3.重复轨道干涉测量（RTI)只需要一根天线，在尽可能短的时间间隔内，在大致相同的的轨道上，两次获取同一地区的数据。
目前航天INSAR的主要工作方式。
航天InSAR具有航高高，姿态稳定的特点，但是需要精确确定平台位置，等效基线必须符合一定的要求，而目前提供的参数均不精确，所以存在“参数估计问题”SAR重复轨道干涉条件①两次观测期间地物没变化②稳定的观测几何关系，姿态稳定③作运动补偿后，能保留好内在的相位信息相位构成：雷达接收信号中的相位由四部分贡献组成：1) 是往返路径确定的相位；2) 是地表不同的散射特性造成的随机相位；3) 大气延迟的影响；4) 噪声。
3.InSAR成像几何关系式中，左边表示相邻像元的干涉相位差，右边第一项表示目标高程变化引起的相位，第二项表示平地引起的相位，第二项引起的相位必须消除掉才能得到地形引起的相位，这就是所谓的“去平地”。
去平地相位之后，可以得到相位与高程之间的关系：也可表示为对于雷达干涉测量系统而言，4π是一个参数，雷达波长已知，通过计算每个像元对应的垂直基线分量B⊥、入射角θ以及传感器到地物的距离，即可通过高程h 与相位φ的函数关系求解地表高程，这就是雷达干涉测量的基本原理。
5.InSAR影像相干性估计相干性：是指两幅图像的相干程度，相干性是衡量InSAR 像对处理效果的指标，相干性的高低决定了干涉条纹的质量，从而决定了干涉处理的结果SAR 影像干涉处理以影像之间的相干性为基础。
相干性是衡量InSAR 像对处理效果的指标，相干性的高低决定了干涉条纹的质量，从而决定了干涉处理的结果，相干性很低的像对很难进行干涉处理，因此，常常利用相干性指标进行干涉像对的选取。
最大似然法相干估计具有一些优点：无需计算干涉相位；干涉相位误差对其没有影响；可直接应用于单视图像；不受局部干涉条纹频率或相位估计误差影响去相干分析去相干源；原因分析补偿策略几何去相干；雷达观测视角；短基线与滤波处理；多普勒去相干；不同时相多普勒质心频率；通过系统参数控制与滤波处理；系统热噪声；基线设置参数与地表反射特征；依靠硬件设置来减少；体散射特征去相干；雷达回拨的穿透能力,与波长存在较大系；选择同季节的数据；地面目标地物变化；地面目标的物理特性变化；缩短时间基线；数据处理；数据处理过程引入的误差；选择比较精确的算法；6. INSAR数据处理基本流程复图像配准•基于精密卫星星历和相干系数的配准•最大频谱干涉法•相位差平均梯度函数法基线估计•去平地效应•高程估算•地理编码干涉图的生成两复数共轭相乘得到像元干涉后的复数表示形式。
对所有像元进行共轭相乘即可生成干涉图。
平地效应消除和干涉图的滤波相位图中高度相同而干涉相位差不同的现象称为平地效应。
相位解缠和相位值向高程值转换从干涉图上直接获得的相位是值在(-π,π]之间，相位存在2π的模糊。
为了能够将干涉相位和干涉图的成像几何关系联系起来，获得地形高程和实际的地面距离，需要加上正确的2kπ，这一过程称为相位解缠。
DEM 生成及地理编码影响InSAR 数据质量的因素卫星系统：入射角、空间分辨率、系统噪声、影像失配、内部时钟偏差、近似聚焦轨道：定位精度、基线、重复轨道时间差、不平行轨道信号：频率、极化、带宽、噪声/斑点地形地物：体散射、坡向（相位梯度角）、地表物体特征（如冻土）气候条件：风（造成散射体运动）、雪（造成去相干）大气层：大气折射7.InSAR软件简介GAMMA：该软件分为组件式SAR处理器(MSP)，干涉SAR处理器(ISP)，差分干涉处理和地理编码(DIFF&GEO)，土地利用工具(LAT)和干涉点目标分析(IPTA)五个模块SARscape：由核心模块、聚焦扩展模块、滤波扩展模块、扫描式干涉雷达处理扩展模块、极化雷达处理扩展模块、干涉叠加扩展模块组成。
8. INSAR技术存在的问题INSAR技术存在的问题•单视复数据的高精度配准•时间基线的去相关现象散射目标在重复轨道两次观测期间散射特性的变化所导致的时间去相干。
