【遥感专题系列】微波遥感（四、合成孔径雷达干涉测量（InSAR）基础）
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2017-01-01
合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR）技术在数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）重建和地表形变监测等方面具有快速、高精度、全天时、全天候、大区域等突出优势，己成为最具潜力的对地观测新技术之一。本文将简单介绍以下内容。
本文主要内容包括：
1.InSAR基本原理
InSAR获取DEM的基本原理是通过雷达天线观测来获取同一地区具有一定视角差的两幅具有相干性的单视复数图像，并由其干涉相位信息获取地表的高程信息，从而重建地面的DEM。设雷达天线中心A1的高程为H地面点P的高程为h；天线中心A1对目标点P成像时的侧视角为
；两天线中心之间的距离（基线长度）为B；基线与水平方向的夹角为
；R，R分别为雷达成像时两天线中心到目标点P的斜距。干涉测量的本质在于由于两次回波信号的高度相干性，信号的传播路径差可以由它们之间的相位差得到。
InSAR几何结构
2.InSAR重要参数
2.1干涉相位
在InSAR技术中，干涉相位指两幅复数影像精确配准后对应像素值共轭相乘得到的复数幅角值。
2.2空间基线
星载重复轨道SAR系统中，天线的相对位置向量B被叫做空间基线，
是基线在视线斜距向方向的分量,称为平行基线；
是基线在垂直视线方向的分量,称为垂直基线
垂直基线和平行基线
2.3平地效应相位
假设地面为一平面，根据干涉测量的基本原理，它也会造成距离差，并产生相应的干涉条纹，这部分干涉相位叫做平地效应相位。
2.4高程模糊度
垂直基线的长度决定干涉测量系统在其生成的干涉图中相位相对高程的敏感程度。垂直基线越长，
相位变化对应的高程变化越小，相位对高程的敏感程度越高；垂直基线越短，
相位变化对应的高程变化越大，相位对高程的敏感程度越低。
2.5相干性
相干性反映信号间的相似程度。
3.InSAR处理流程
InSAR获取DEM技术的工作流程如图所示,主要包括主辅图像配准、干涉图生成、去平地效应、干涉图滤波、相位解缠、基线估计、高程反演与地理编码等。
（1）主辅图像配准。主辅图像配准是干涉处理最基础的一步，配准精度的高低直接关系到干涉图的质量，为了得到高质量的干涉图，必须对主辅图像进行子像元级的配准处理以获取可靠的干涉相位。其配准方法主要包括相干系数法、相关系数法、最大干涉频谱法、相位差影像平均波动函数法、最小二乘法等。
（2）干涉图生成。计算出配准参数模型后,对主、辅图像的复数值进行重采样,并将主、辅图像相应像元的复数值进行共扼相乘，计算干涉图。此时得到的干涉相位为主辅影像对同一目标距离差的直接体现，其中包含地球椭球、高程、形变造成的相位差、大气延迟误差和各种噪声误差。
（3）去平地效应。平坦地区的干涉相位随距离和方位的变化而有规律的变化,称之为平地效应。为了降低干涉图的条纹频率,减小干涉图滤波和相位解缠的难度,可进行平地效应去除工作。
（4）干涉图滤波。由于地面散射特性变化、配准误差、系统热噪声等因素的影响，干涉图中存在大量相位噪声，影响了干涉图质量，增加了相位解缠难度。为了减少干涉图中的相位噪声，降低相位解缠的难度，需要对干涉图进行有效的滤波处理。
（5）相位解缠。由于干涉图中的相位值为干涉相位的主值，为了利用干涉图获取地面的高程信息，必须对其进行相位解缠处理，确定各像元之间的真实干涉相位差。
（6）基线估计与干涉参数定标。为了利用解缠后的干涉相位计算出相应地面点的高程信息,需要进行基线参数估计。
（7）高程计算与地理编码。通过相位解缠，可以得到像素之间真实的相对相位关系，从InSAR几何原理，进行高程反演。计算得到每个像素对应的地表几何信息后，还需要把数据从影像坐标系转换到统一的地理坐标系下。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102xm57.html
本文主要内容包括：
- InSAR基本原理
- InSAR重要参数
- 处理流程
1.InSAR基本原理
InSAR获取DEM的基本原理是通过雷达天线观测来获取同一地区具有一定视角差的两幅具有相干性的单视复数图像，并由其干涉相位信息获取地表的高程信息，从而重建地面的DEM。设雷达天线中心A1的高程为H地面点P的高程为h；天线中心A1对目标点P成像时的侧视角为
InSAR几何结构
2.InSAR重要参数
2.1干涉相位
在InSAR技术中，干涉相位指两幅复数影像精确配准后对应像素值共轭相乘得到的复数幅角值。
2.2空间基线
星载重复轨道SAR系统中，天线的相对位置向量B被叫做空间基线，
垂直基线和平行基线
2.3平地效应相位
假设地面为一平面，根据干涉测量的基本原理，它也会造成距离差，并产生相应的干涉条纹，这部分干涉相位叫做平地效应相位。
2.4高程模糊度
垂直基线的长度决定干涉测量系统在其生成的干涉图中相位相对高程的敏感程度。垂直基线越长，
2.5相干性
相干性反映信号间的相似程度。
3.InSAR处理流程
InSAR获取DEM技术的工作流程如图所示,主要包括主辅图像配准、干涉图生成、去平地效应、干涉图滤波、相位解缠、基线估计、高程反演与地理编码等。
（1）主辅图像配准。主辅图像配准是干涉处理最基础的一步，配准精度的高低直接关系到干涉图的质量，为了得到高质量的干涉图，必须对主辅图像进行子像元级的配准处理以获取可靠的干涉相位。其配准方法主要包括相干系数法、相关系数法、最大干涉频谱法、相位差影像平均波动函数法、最小二乘法等。
（2）干涉图生成。计算出配准参数模型后,对主、辅图像的复数值进行重采样,并将主、辅图像相应像元的复数值进行共扼相乘，计算干涉图。此时得到的干涉相位为主辅影像对同一目标距离差的直接体现，其中包含地球椭球、高程、形变造成的相位差、大气延迟误差和各种噪声误差。
（3）去平地效应。平坦地区的干涉相位随距离和方位的变化而有规律的变化,称之为平地效应。为了降低干涉图的条纹频率,减小干涉图滤波和相位解缠的难度,可进行平地效应去除工作。
（4）干涉图滤波。由于地面散射特性变化、配准误差、系统热噪声等因素的影响，干涉图中存在大量相位噪声，影响了干涉图质量，增加了相位解缠难度。为了减少干涉图中的相位噪声，降低相位解缠的难度，需要对干涉图进行有效的滤波处理。
（5）相位解缠。由于干涉图中的相位值为干涉相位的主值，为了利用干涉图获取地面的高程信息，必须对其进行相位解缠处理，确定各像元之间的真实干涉相位差。
（6）基线估计与干涉参数定标。为了利用解缠后的干涉相位计算出相应地面点的高程信息,需要进行基线参数估计。
（7）高程计算与地理编码。通过相位解缠，可以得到像素之间真实的相对相位关系，从InSAR几何原理，进行高程反演。计算得到每个像素对应的地表几何信息后，还需要把数据从影像坐标系转换到统一的地理坐标系下。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102xm57.html
