SARscape雷达图像处理技术及其前沿应用
雷达图像处理技术在军事中的应用研究
雷达图像处理技术在军事中的应用研究雷达技术研究及其在军事中的应用一直备受关注。
在现代军事中，雷达已经成为了不可或缺的设备之一。
最近几年，随着图像处理技术的不断发展，雷达图像处理技术也得到了越来越广泛的应用。
本文主要探讨雷达图像处理技术在军事中的应用研究。
一、雷达图像处理技术的概述雷达图像处理技术是将雷达波数据转换成人类可以理解的图像信息。
雷达波数据的处理过程中，包括信号滤波、目标（或者地形）检测、位置测量等过程。
最终获得的图像可以协助军事从事者做出迅速、准确的决策。
目前，雷达图像处理技术主要包括了以下的几方面：1. 雷达成像利用多普勒雷达和脉冲压缩雷达等技术，可以对地面、海面等目标进行成像。
他们可以启动目标投影，利用实时检测数据获得高分辨率的、满足精确控制与识别要求的、具有图像化的目标信息。
2. 目标追踪和警报目标跟踪和警报是雷达图像处理中一个非常重要的方面，该技术可以帮助军事从事者实时监视周边环境中的运动，及时发现并且跟踪目标。
3. 目标识别在一些复杂环境中，需要对目标进行识别，以便快速进行判断和决策。
目标识别技术融合了雷达数据、图像数据和其他跟踪数据，从而判定目标的物理特性以及目标与周围环境的关系。
二、雷达图像处理技术在军事中的应用1. 监控雷达图像处理技术在军事监控应用中扮演非常重要的角色。
例如，卫星监控系统可以通过对目标位置的实时监测，来防止敌人在不经过监控的情况下突袭。
这种监控系统不仅难以被检测到，还可以在适当的时候针对目标进行攻击。
2. 情报搜集雷达图像处理技术还被广泛应用于情报搜集领域。
通过利用雷达数据，以及其他人工情报、电子情报、遥感图像等信息，对目标进行快速跟踪、预测和识别。
此外，还可以通过实时监测敌方军事活动，对战场进行情报搜集。
3. 战争预警在战争预警领域，雷达图像处理技术也是至关重要的。
该技术可以帮助军事从事者发现战争风险，并将相应的信息及时传输给更高级别的指挥官，以便做出最合理的决策。
SAR图像处理技术与SARscape实践
05-SARscape应用
D-InSAR应用：2010玉树地震DInSAR监测
地震后形变制图(PALSAR)
地震后形变制图(ASAR)
D-InSAR应用：2010玉树地震DInSAR监测
基于Okada模型反演滑动分布
矩张量反演结果
[cm]
ArcScene 中三维显 示断裂和地表形变
干涉叠加应用：北京市鸟巢区域地表沉降监测
数据：COSMO-SkyMed SLC
-
23景
-
2008年3月6号-2010年2月8号
应用：监测国家奥林匹克体育馆建设中对地表的影响
干涉叠加应用：北京市鸟巢区域地表沉降监测
区域内呈现10毫米左右不同程度的沉降，也有部分地区抬升，抬升的数 值总体小于沉降的数值
PS监测结果（Web中展示）
在线体验地址:8038/App10/LNDetect
农业、林业监测
GIS-Transforming our World
湄公河三角洲的水稻生长监测
ERS-2 SAR
农业监测——作物面积和估产
DEM
SAR 数据 数据处理 - 出芽面积 - 生长阶段
- 作物历 & 实践 - 管理单位
水稻制图
农业气象模型
-
天气预报数据 土壤数据 生育期数据 管理数据
面积
– 1) 国家研究 – 2) 局部研究和规划优 先区域 – 3) 评估成本和资金需 求 – 4) 合同判授 – 5) -100% 有效的排雷
死海区域（约旦&以色列边境）图像数据：SAR 幅度图像
死海区域（约旦&以色列边境）图像数据： 相干性图像
Coherence (451 days)
结果
多时相SAR动态监测技术应用于 农业
SARscape雷达图像处理技术及其前沿应用
与光学遥感数据的结合
•
是 ENVI的扩展模块，可充分使用ENVI中的功能。
SAR应用案例
提取DEM数据
•
通过InSAR技术手段，短时间内获取瑞士境DEM数据，像 元大小为25米，高程精度为7-15米。
监测地表形变
11天
22天
33天
44天
55天
66天
3.11日本地震
利用InSAR技术对日本仙台市进行地震形变监测。监 测结果表明，北部地面比地震前高，最大形变值达到 30厘米，南部地面总体呈沉降状态，最大值在监测区 域最南部，达到3.4米。总体上可以看出，从北向南， 呈现地面隆起到沉降的趋势，并且最南部区域地面严 重沉降。
2003年12月26号伊朗巴姆地震前后地表变形监测城区大部分区域受到影响不连贯变形南北产生方向相反的变形形成南北向走滑断层京津高铁沿线地面沉降速率2007120096中国国土资源航空物探遥感中心遥感方法所葛大庆沪杭高铁沿线地面沉降监测中国国土资源航空物探遥感中心遥感方法所葛大庆北京地铁13号线地表沉降监测中国国土资源航空物探遥感中心遥感方法所葛大庆冰川极地地区海冰监测不连续的浮冰快速运动的冰舌森林制图木材蓄积量森林制图多时相的水稻种植监测高分辨率sar监测作物生长洪水监测洪水发生时一个月后绿色植被褐灰色裸地蓝色水体土地利用变化监测1986tm影像2007tmalospalsar融合影像19862007土地利用变化图城市制图滑坡地面形变监测dem获取建筑物变形监测森林制图雪冰川制图陆地海洋目标检测洪水湿地监测土地覆盖制图荒漠化监测农业监测作物估产envisarscape应用领域溢油监测海波高度估算sarscape
聚焦扩展模块——Focusing Module
滤波扩展模块——Filter Module 扫描式干涉雷达处理扩展模块——ScanSAR Interferometry Module 极化雷达处理扩展模块——Polarimetery & PollnSAR Module 干涉叠加扩展模块——Interferometry Stacking Module
ENVI SARscape产品简介-201108
合成孔径雷达 （SAR ） 数据拥有独特的技术魅力和优势， 渐成为国际上的研究热点之一， 其应用领域越来越广泛。 SAR 数据可以全天候对研究区域进行量测、 分析以及获取目标信息。 高级雷达图像处理工具 ENVI SARscape，能让您轻松将原始 SAR 数据进行处理和分析，输出 SAR 图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息，并可以将提取的信息与光学遥 感数据、地理信息集成在一起，全面提升 SAR 数据应用价值。 ENVI SARscape 由 sarmap 公司研发，是国际知名的雷达图像处理软件。该软件架构于专 业的 ENVI 遥感图像处理软件之上，提供图形化操作界面，具有专业雷达图像处理和分析功 能。ENVI SARscape 由核心模块及 5 个扩展模块组成，用户可根据自己的应用要求、资金情 况合理地选择不同功能模块及其不同组合，对系统进行剪裁，充分利用软硬件资源，并最大 限度地满足用户的专业应用要求。
由以下模块组成：
级的形变信息。
1.2 支持雷达系统
SARsacpe 是设计用于对各种雷达数据进行处理的专业化软件工具，提供了专业级雷达 数据处理和分析功能， 支持多种雷达数据产品和原始数据， 包括一系列机载和星载雷达系统 的数据，包括：ERS-1/2、JERS-1、RADARSAT-1、RADARSAT-2、ENVISAT ASAR 、ALOS PALSAR 、 TerraSAR-X-1、 COSMO-SkyMed、 OrbiSAR-1 (X、 P-band)、 E-SAR 、 RISAT-1、 STANAG 7023、 RAMSES、 TELAER 、GLAS/IceSat DEM。
此外，可以根据规范的元数据格式，对其他 RAW 格式的雷达数据进行聚焦。
SAR图像处理的若干关键技术
SAR图像处理的若干关键技术SAR图像处理的若干关键技术合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种利用合成孔径波束形成技术获得高分辨率航天或地面观测图像的雷达。
相比于光学遥感，SAR具有天气无关性、全天候观测能力以及对地表遥感的穿透能力等优势。
然而，由于SAR的脉冲压缩、多普勒频率模糊、地形效应等因素，使得SAR图像的处理变得复杂而具有挑战性。
本文将探讨SAR图像处理的若干关键技术。
1. SAR图像去斑点和去噪技术SAR图像中存在着斑点和噪声，这会影响图像的可视化和后续处理。
去斑点和去噪技术旨在提高SAR图像的质量。
常见的方法包括小波去斑、中值滤波、自适应滤波以及基于稀疏表示的降噪方法等。
这些技术可以有效减少斑点和噪音，提高图像质量。
2. SAR图像去焦模糊技术合成孔径雷达通过接收连续多个雷达回波并对它们进行累积处理，以获得高分辨率图像。
然而，这种累积处理可能会导致图像模糊。
因此，需要进行去焦模糊处理。
常见的方法包括波前解扩、逆滤波和最大熵方法等。
这些方法可以有效去除图像的焦模糊现象，提高图像的分辨率。
3. SAR图像多普勒参数估计技术由于合成孔径雷达平台的运动，SAR图像中存在多普勒频率模糊现象。
为了恢复真实的地物信息，需要准确估计多普勒参数。
常见的多普勒参数估计方法包括基于最大熵准则的参数估计、基于相位解缠的参数估计和基于谱分析的参数估计等。
这些方法可以精确估计多普勒参数，降低图像的多普勒模糊程度。
4. SAR图像纹理特征提取技术纹理特征对于地物分类和目标检测具有重要意义。
SAR图像的纹理特征提取是指提取图像中的空间变化特征，并通过这些特征进行分类和检测。
常用的纹理特征提取方法包括灰度共生矩阵（GLCM）、小波变换和局部二值模式（LBP）等。
这些方法可以提取出图像中的纹理特征，为后续的分类和检测提供有效的数据支持。
5. SAR图像目标检测技术SAR图像中的目标检测是指在图像中准确地找出感兴趣的地物目标。
SARscape5.4新功能和应用
集成到ENVI5.4版本
SARscape5.4.1新功能
【用户白泽朝提供案例】
研究区范围
采用SBAS方法进行矿区沉降监测
干涉像对连接图
采用SBAS方法进行矿区沉降监测
滤波后差分干涉图
采用SBAS方法进行矿区沉降监测
用于轨道精炼的GCP
采用SBAS方法进行矿区沉降监测
相位解缠结果
轨道精炼重去平后的相位解缠结果
采用SBAS方法进行矿区沉降监测
+10
东西方向的形变
大坝的形变过程
大坝上某点的时序形变曲线， 分解为垂直方向和东西方向
排水口的形变过程
排水口某点的时序形变 曲线，分解为垂直方向 和东西方向
滑坡体的形变过程
滑坡体上某点的时序形变 曲线，分解为垂直方向和 东西方向
COSMO-SkyMed 数据SBAS处理结果
61景 升轨数据，2012年12月-2015年7月
SARscape5.4新功能与应用
徐恩惠 xunh@
SARscape5.4新功能
新增Sentinel-1轨道文件下载功能，可以下载和保存轨道文件 Sentinel下载工具支持断点续传功能，提高下载效率，支持辅助文件下载
DeGrandi 滤波处理算法增强、效率提升并支持更大的数据量
首先，在相位转高程时，选择生成矢量格式的产品
升轨和降轨数据得到的DEM产品融合
升轨得到的DEM矢量结果
SAR遥感图像处理与应用研究
SAR遥感图像处理与应用研究随着遥感技术的逐步发展，SAR（合成孔径雷达）遥感技术已经成为卫星遥感领域的重要分支之一，其在地质、气象、水文等领域的应用越发广泛。
而SAR遥感图像的处理和分析，则是保证这些应用精度和效率的关键。
本文将从SAR遥感图像的基本原理、图像处理及应用研究等几个层面进行阐述。
一、SAR遥感图像基本原理SAR遥感技术是通过雷达发射并接收微波信号，获取反射回来的信号来获取目标的信息。
发射的微波信号在接近目标后被反射回来，接收到回波信号后，经过一系列的处理，就可以得到对应的图像。
而SAR遥感图像的特点则是在相位信息上所带有的反射信号强度，因此，不同于光学遥感图像的灰度值信息。
二、SAR遥感图像处理由于SAR遥感图像的特殊性质，因此对其进行处理时也相对于光学遥感处理而言更加繁琐和复杂。
通常，对SAR遥感图像进行处理的主要目标有以下几点：1. 解决SAR遥感图像的散斑噪声问题SAR遥感图像处理的关键技术之一便是解决散斑噪声问题。
由于SAR反射回波的干涉效果，图像中会出现高频随机扰动，这就是散斑噪声。
为了解决这个问题，需要对图像进行滤波处理。
2. 提高SAR遥感图像的分辨率由于SAR遥感图像的基本原理便是通过微波信号回波的相位信息来获取目标的信息，因此可以通过合成孔径雷达的技术来提高图像的分辨率。
在处理过程中，通常使用回波信号的相关函数来合成高分辨率图像。
3. 确定SAR遥感图像的图像配准在遥感应用中，通常需要将不同时间、不同传感器获取的图像进行融合，因此需要确定SAR遥感图像的图像配准。
在处理过程中，通常使用全数字式匹配或基于特征点的匹配技术，进行图像的配准。
三、SAR遥感图像应用研究SAR遥感图像的应用广泛，以下我们主要介绍其中的一些应用。
1. 地形高程测量SAR遥感图像可以通过数字高程模型的计算，来获得地表的高程信息。
以此为基础，可以进行地质勘探、土地利用、地形识别等领域的研究。
2. 水文研究由于SAR遥感图像具有高灵敏度、高分辨率、全天时覆盖等特点，在洪灾、干旱、水文监测等方面具有广泛的应用前景。
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1986-2007土地利用变化图
2007 TM & ALOS PALSAR融合影像
ENVI SARscape 应用领域
城市制图 陆地/海洋 目标检测 溢油监测 海波高度估算
森林制图 作物估产 农业监测
洪水/湿地监测 荒漠化监测 土地覆盖制图
SARscape®
雪/冰川制图 DEM获取 建筑物变形监测 滑坡/地面形变监测
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辐射定标
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卷积滤波 SAR图像镶嵌 线性特征检测（道路、河流、海岸线……）
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正射校正
一般精校正结果 正射校正结果
SAR图像分割
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地物边缘检测 分割斑块合并 多时相数据分割
聚焦与多视
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提供基于相位保真的SAR原始数据调焦，通过W-K频域算 法，可以由原始SAR数据获得高精度的SLC数据。 支持ERS-1/2、ENVISAT的RAW数据的镶嵌，以SCL数据形 式输出。 支持的数பைடு நூலகம்类型ENVISAT ASAR、ERS/JERS-1、ALOS PALSAR等，能够对以下原始数据处理生成SLC数据
支持多源雷达系统
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ERS-1/2 JERS-1 RADARSAT-1 RADARSAT-2 ENVISAT ASAR ALOS PALSAR TerraSAR-X-1
COSMO-SkyMed
RADARSAT-1 1996 ERS-1/2 1991 ENVISAT 2002
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OrbiSAR-1 (X、P-band) COSMO-Skymed E-SAR RISAT-1 STANAG 7023 RAMSES TELAER GLAS/IceSat DEM
ALOS PALSAR PLR
极化干涉雷达（PolInSAR）处理
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SLC匹配 合成相位生成 相干优化 极化相位差 （PPD）/干涉图生成 合成相位补偿 极化相干
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从Pol-InSAR中获取树高
干涉叠加技术——永久散射体 & 短基线
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PS(Persisrent Scatterers,永久散射体)
与光学遥感数据的结合
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是 ENVI的扩展模块，可充分使用ENVI中的功能。
SAR应用案例
提取DEM数据
•
通过InSAR技术手段，短时间内获取瑞士境DEM数据，像 元大小为25米，高程精度为7-15米。
监测地表形变
11天
22天
33天
44天
55天
66天
3.11日本地震
利用InSAR技术对日本仙台市进行地震形变监测。监 测结果表明，北部地面比地震前高，最大形变值达到 30厘米，南部地面总体呈沉降状态，最大值在监测区 域最南部，达到3.4米。总体上可以看出，从北向南， 呈现地面隆起到沉降的趋势，并且最南部区域地面严 重沉降。
聚焦扩展模块——Focusing Module
滤波扩展模块——Filter Module 扫描式干涉雷达处理扩展模块——ScanSAR Interferometry Module 极化雷达处理扩展模块——Polarimetery & PollnSAR Module 干涉叠加扩展模块——Interferometry Stacking Module
SARscape雷达图像处理技术 及其前沿应用
徐恩惠
Esri中国（北京）有限公司 遥感事业部
主要内容
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ENVI SARscape背景介绍 ENVI SARscape雷达图像处理技术 SAR 应用案例 总结
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雷达图像处理技术
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雷达数据基本处理与分析
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数据输入、多视、地理编码、配准、正射纠正、滤波、分类等
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雷达多视图像假彩色合成
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目的:识别海上船只 假彩色合成
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多视图像（Multilooked） 合成方案：VH, HV, VV = R, G, B 地面分辨率 = 10m
Raw 极化信号数据
聚焦
SLC (HH, HV, VH, VV) 探测图像(HH, HV, VH, VV) 假彩色合成
多视
假彩色合成效果
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InSAR & Scan-InSAR处理
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DEM提取 变形监测
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PolSAR &Pol-InSAR处理 干涉叠加（Interferometric stacking ）
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雷达图像序列分析 PS/SBAS——实现mm级精度监测
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成果应用
雷达图像处理软件策略
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主模块包括最基本SAR处理功能 依托专业、成熟雷达处理技术由瑞士 SARmap公司开发SARscape扩展模块 SAR与光学遥感结合
2003年12月26号伊朗巴姆地震前后地表变形监测
南北产生方向相反的变形， 形成南北向走滑断层
城区大部分区域受到影响 – 不连贯变形
京津高铁沿线地面沉降速率（2007.1-2009.6）
中国国土资源航空物探遥感中心, 遥感方法所 葛大庆
沪杭高铁沿线地面沉降监测
中国国土资源航空物探遥感中心, 遥感方法所 葛大庆
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与地理信息的集成
ENVI SARscape 完整的雷达图像处理平台
…SARscape ENVI
The Complete Image •航天传感器 Processing •航空传感器 Platform ENVI is the premier application for •常见文件格式 extracting •RAW 数据 geospatial information from remotely-sensed imagery.
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永久散射体能用来确定由于一些自然现象（例如： 火山或 地震活动，山崩，地陷，建筑物倒塌等）而产生的特征地物 在地面上产生的mm级的位移。精度相当高。
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支持 ERS、ENVISAT等卫星获取的SAR数据
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SBAS (Small Baselines,短基线)
永久散射体用于巴黎地表沉降监测
用ERS-1/2 SAR 监测城市地表沉降速率 1992 -- 2003
轨道修正
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DEM生成 位移生成（生成相干图像） 形变模型
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2-pass InSAR 获取DEM
输入: SAR SLC 像对
输出: DEM
D-InSAR
干涉图
形变图
ScanSAR干涉处理
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ScanSAR模式的干涉处理 (400 by 400 km） 与干涉处理模块结合，可以用于处理生成大范围的干涉 图像、相干图像、地面断层图/形变
海上的船只 港口
港口建筑
N
海上船只检测
Gamma & Gaussian 滤波
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效率高，减少了噪声，同时也保持了雷达反射、纹理特性 和空间分辨率。
Gaussian-Gaussian Map filter 滤波方法
强大的InSAR处理能力
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InSAR处理能力
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支持中分辨率（如ASAR宽模式）和高分辨率（ASAR影像模 式）的InSAR和DInSAR数据 关键基线计算 生成干涉图 多孔径干涉对比 大气校正 干涉连贯性统计 干涉图补偿 干涉图滤波 相位解缠 相位编辑
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ENVISAT Image Mode data ENVISAT Alternating Polarization data ENVISAT Wide Swath2 data ALOS PALSAR Fine Resolution ALOS PALSAR Dual Polarization ALOS PALSAR Full Polarization ALOS PALSAR ScanSAR
北京地铁13号线地表沉降监测
中国国土资源航空物探遥感中心, 遥感方法所 葛大庆
冰川 & 极地地区海冰监测
快速运动的冰舌
不连续的浮冰
森林制图
木材蓄积量
森林制图
多时相的水稻种植监测
高分辨率SAR监测作物生长
洪水监测
洪水发生时
一个月后
绿色—植被 褐、灰色—裸地 蓝色—水体
土地利用变化监测
1986 TM影像
极化SAR(PolSAR)处理
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支持极化SAR以及极化干涉SAR数据
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ALOS PALSAR,RADARSAT-2,TerraSAR-X-1 极化定标矩阵 极化信号
极化合成
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对极化SAR处理能力包括：
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极化特征 Pauli 分解 熵－各向异性-阿尔法分解 熵－各向异性-阿尔法分类
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Pauli 分解
ENVI SARscape功能菜单
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基本处理 聚焦 滤波 干涉雷达 干涉叠加 扫描干涉雷达 极化与极化干涉雷达 实用工具 批处理
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ENVI SARscape雷达图像处理技术
雷达数据基本处理与分析
INSAR/DINSAR处理技术
极化雷达处理技术
干涉叠加技术
支持多源雷达系统
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谢谢！
矿山沉降监测
SBAS应用利桑半岛形变监测
利用31景Envisat ASAR 获取2003年~2010年间平均地表位移速率 [mm/year]
众多实用工具
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制图转换 数据统计 DEM提取 彩色合成 生成地面控制点文件 生成TIFF文件 图像修改
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PRF校正
质量分析 ……
数据读取
数据分析