《雷达干涉测量》教学大纲
4.1 雷达干涉测量原理与应用
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。
合成孔径雷达差分干涉测量
1. 只有形变对干涉图收到形变的影响； 2. 形变对于干涉图中形变不会影响有地面高程产生
的相位发生跳跃； 3. 地形对干涉图可以获得精确的DEM。
差分干涉测量的原理
四轨法
基本思想是选择四幅SAR图像，用其中 的两幅来生成DEM，另外两幅作变形监测。
三种方法比较
两轨法
优点：不需要相位解缠，减少了数据处理 的工作 量；避免了相位解缠引入的误差。
来消除地形相位。 在两轨法中，外部DEM的精度、空
间分辨率、插值方法及干涉基线对形 变量的精度都有显著的影响。
差分干涉测量的原理
三轨法
是由1994年由Zebker等人提出的，由 于该方法可以直接从SAR图像中提取出地 表形变信息，被认为是差分干涉模型最经 典的方法。
差分干涉测量的原理
三轨法
原理是采用三幅SAR图像，以其中的一幅作 为主图像，另外两幅作为从图像，可与主图像分 别生成两幅干涉图。
差分干涉测量在地震监测的应用
差分干涉测量地震监测的应用
差分干涉测量地震监测的应用
地震可以引起电离层异常
差分干涉测量在地表沉降监测的应用
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合成孔径雷 达差分干涉
测量
引言
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)，是一
种工作在微波波段的主动式微波成像传感器。它有效地解 决了雷达设计中高分辨率要求与大天线、短波长之间的矛 盾，使分辨率提高了数百倍。
合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture
缺点：已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 困难。
合成孔径雷达差分干涉测量 ppt课件
三种方法比较
三轨法
优点：无需知道外部DEM就可以得到地面位移引起 的相位差，特别是适用于缺少高精度DEM数据的 地区。与四轨法相比的优点是，由于几何参数相 同，故不需要考虑另外的匹配和重采样。
缺点：地形对需要相位解缠，其解缠精度的优劣直 接影响到后续的处理。
三种方法比较
四轨法
优点：弥补了三轨法有时不能生成DEM或者图像相 关性差的不足。
缺点：由于使用两个独立的干涉对（需要四景数 据），故数据选择受到限制。
差分干涉测量的原理
差分干涉测量的应用
目前D-InSAR的应用主要集中在地震 同震形变场的监测、火山形变的监测、冰 川运动的监测、地面沉降的监测等领域。
差分干涉测量的原理
如图所示，S．、S2和 S3分别为卫星三次对同一地 区成像的位置(即成像时雷达 天线的位置)。则经相位干涉 处理，由S。和S2可生成一 幅干涉图，s，和S 可生成 另一幅干涉图，利用这两幅 干涉图进行差分处理，即所 谓的差分雷达干涉测量。
差分干涉测量的原理
两轨法 其基本思想是利用已知的外部DEM
Radar，简称InSAR)是SAR的新发展，是最新发展起来的 一种空间对地观测技术。它是把合成孔径雷达产生的单视 复数图像中的相位提取出来，进行干涉处理而得到目标点 三维信息的一种新技术
差分干涉测量的原理
基本原理 合成孔径雷达干涉测量原理在很
多文献中已有详细介绍。现在将以星 载重复轨道为例简要介绍差分合成孔 径雷达干涉基本原理。
基于三种假设：
1. 只有形变对干涉图收到形变的影响； 2. 形变对于干涉图中形变不会影响有地面高程产生
的相位发生跳跃； 3. 地形对干涉图可以获得精确的DEM。
地理信息科学 雷达干涉测量原理
1、InSAR基本原理
高程模糊度与DEM的精度成反比 高程模糊度与垂直基线距成反比 存在极限基线距的限制 高程模糊度与雷达波长成正比
1、InSAR基本原理
1、InSAR基本原理
1、InSAR基本原理
1.9雷达数据处理步骤
InSAR数据处理的一般流程包括：影像配准，干涉图生成， 噪声滤除，基线估算，平地效应消除，相位解缠，高程计算 和纠正（地图编码处理）等等。
2、DInSAR基本原理
•D-InSAR技术
重复轨道干涉图示
u1 | u1 | e j1
u2 | u2 | e j2
uint
u1u2*
u1
u e j(12 ) 2
Mm1od(a,r2c2tan)RImea((2uuriinnctt))tanP(RIme(2(uuiinntt )) 1)
外两幅作变形监测。
SAR1、SAR2、SAR3：形变前 SAR4：形变后
用于差分的两幅干涉图
地形对干涉图
InSAR获取DEM（SAR1. VS. SAR2）topo,sim
1、InSAR基本原理
1.7 InSAR计算过程
u1 | u1 | e j1
u2 | u2 | e j2
uint u1u2*
uint u1 u2 e j(12 )
arc
tan
Im(uint Re(uint
) )
M
mod(,2)
arc
tan
Interferometric fringes on oil film
Interferometric fringes on CD
合成孔径雷达干涉测量概述
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
“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。
《InSAR干涉测量》课件
反演模型
利用反演模型，将相位差转 换为目标的形变和位移信息。
ห้องสมุดไป่ตู้
干涉测量的技术挑战
• 影像配准和校正 • 相位不连续和整体偏移 • 气象影响和大气校正 • 地形变化和基准点选择
干涉测量的未来发展方向
技术改进
不断改进雷达设备和数据处理 方法以提高测量精度和时间分 辨率。
应用扩展
将干涉测量应用于更多领域， 如地下水资源调控和矿产资源 勘探。
干涉测量的原理
1 雷达波束干涉
通过发射雷达波束，接收经过多次反射后的多条波束，并进行相位差分析来获取目标的 相关信息。
2 相位差分析
通过测量同一点在不同时间的雷达干涉图像的相位差，可以推导出目标的形变、运动速 度等相关信息。
3 相关性分析
通过对不同地面区域之间的相干性进行分析，可以确定地表形变的相关区域。
数据分析
发展更高效的数据处理和分析 方法，实现对大规模数据的高 效利用。
1
数据收集
获取多个时间点的雷达干涉图像。
相位差分析
2
对每一对干涉图像进行相位差分析，
得到相位差图像。
3
形变计算
利用相位差图像计算目标的形变和位 移。
干涉测量的数据处理方法
多时相合成
将多个时间点的雷达干涉图 像合成一张图像，提高图像 清晰度和分辨率。
相位滤波
通过对相位差图像进行滤波 处理，去除噪声和干扰，提 高测量精度。
干涉测量的应用领域
地质灾害监测
通过监测地表形变，可以预测和预警地质灾 害的发生，减少损失。
城市监测规划
通过监测城市地表的形变和沉降，可以规划 城市建设和地下管网。
水文学研究
通过测量地表形变，可以研究地下水流动和 水文循环。
《第六章差分干涉DInSAR和相干目标干涉测量》
InSAR基本原理
模糊高度：相位变化2π对应的高程变化
• 模糊高度越小，反演DEM的高程精度越高；模糊高度越大，反演DEM的高程精度越低。 • 模糊高度与垂直基线距成反比：垂直基线距越大，模糊高度越小；垂直基线距越小，模
糊高度越大。但实际上垂直基线距不可能无限大，因为存在极限基线距的限制 • 模糊高度与雷达波长成正比：波长越小，模糊高度越小；波长越大，模糊高度越大
InSAR的作用
获取地形高程信息，DEM； 测量地表微小形变
——火山，地震，滑坡，冰川监测
差分干涉SAR测量（DInSAR）
S
A
R 差 分 干 涉 测 量
平地
地形 地表形变
def
4
d
在InSAR处理基础之上，消除地形相位，获得地 表形变相位信息。
两轨法，外来DEM模拟干涉相位，获得地形相位信息
在DEM和主辅图象轨道参数的支持下，进行干涉相位的模拟。
41
A2 B||
B
A1
α1
α2
A3 B'
R2
1
4
B||
4
Rd
4
B sin(1
1)
4
Rd
2
4
B||
4
B sin( 2
2)
R3
Z
R1
P
三轨法
d
1
B|| B||
2
4
Rd
用“去平地”相位重新表示得
d
f1
B B
f2
张北-尚义地震
About 80% houses in VIII intensity region were destroyed due to their poor quality of constructions, which were mostly made of rubles or adobe walls.
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《雷达干涉测量》教学大纲
一、课程基本信息
1．课程代码：21124400
2．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：12
6．学分数： 2
7．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》。
五、教学基本要求
1、学生掌握InSAR基本原理：包括雷达干涉现象、InSAR基本原理、InSAR处理步骤、立体几何量测原理、InSAR成像模式、InSAR技术存在的问题等。
理解InSAR测量与雷达立体测量的差异，深入了解InSAR测量的特点。
2、学生掌握InSAR处理的关键技术与方法：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。
掌握从粗到细的影像匹配策略和实施方案、中值-自适应干涉图滤波方法；掌握分析问题、解决问题的创新思维。
结合实践性教学环节，重点掌握InSAR复数像对配准、干涉图生成与噪声抑制、相位解缠等方法以及相关软件操作能力。
3、学生掌握D-InSAR原理、方法与应用：包括D-InSAR提取地表形变的原理与方法，永久散射体干涉测量原理与方法，以及相关研究进展和D-InSAR应用案例。
六、考核方式与评价结构比例
平时作业与考勤+ 实习报告+ 课程报告，成绩各占约1/3。
七、教学参考资料
[1] 雷达影像干涉测量原理，舒宁，武汉大学出版社，2003。
[2] 星载合成孔径雷达干涉测量，王超张红刘智，科学出版社，2002。
[3] 雷达干涉测量原理与应用，李平湘杨杰，测绘出版社，2006。
[4] 差分干涉雷达测量与地面沉降监测，侯建国初禹，测绘出版社，2014。
[5] 时间序列InSAR技术与应用，廖明生王腾，科学出版社，2014。
八、教学进度与内容安排
本课程总学时为32学时，其中上机12学时，共包括五章内容。
安排如下：。