利用干涉合成孔径雷达技术提取数字地面模型
干涉dem提取实验报告
干涉dem提取实验报告引言干涉（Interferometry）是一种利用合成孔径雷达（SAR）数据进行地形测量的技术。
通过将两个或多个SAR图像进行相位差干涉处理，可以获取地表形变的信息。
该技术在地震监测、冰川变化、地表沉降等领域具有广泛的应用。
本实验旨在通过干涉DEM（Digital Elevation Model）提取方法，获取地表高程数据，并分析其精度和局限性。
本报告将详细介绍实验设计、实验步骤、结果分析等内容。
实验设计实验目标1. 掌握干涉DEM提取的基本原理与方法；2. 分析DEM提取结果的精度和局限性。
实验材料1. 合成孔径雷达（SAR）数据；2. DEM提取软件。
实验步骤1. 数据准备：选择合适的SAR数据，并将其导入DEM提取软件；2. 干涉处理：进行相位差干涉处理，获取DEM数据；3. 精度分析：与其他高程数据进行对比，评估DEM数据的精度；4. 结果分析：根据实验结果，分析DEM提取方法的优劣以及局限性。
实验步骤数据准备首先，从合成孔径雷达数据库中选择一段适合的SAR数据，并将其导入DEM 提取软件。
确保选择的数据覆盖范围较大，包含丰富的地形变化。
干涉处理1. 数据配准：对所选SAR数据进行配准，确保两幅图像之间的几何变换关系准确无误；2. 相位差计算：通过配准后的SAR数据，计算两幅图像之间的相位差；3. 滤波处理：对相位差进行滤波处理，去除噪声和多路径干扰；4. 相位解缠：对滤波后的相位差进行解缠，恢复地表高程信息；5. 高程校正：考虑大气等因素的影响，对解缠后的相位进行高程校正。
精度分析1. 对比分析：将提取的DEM数据与现有的地表高程数据进行对比，计算其差异和误差；2. 统计分析：计算提取的DEM数据的平均误差、标准差等统计指标，评估其精度水平；3. 区域分析：选择不同地貌类型的区域作为样本，比较DEM数据的精度差异。
结果分析根据精度分析的结果，评估DEM提取方法的优劣以及局限性。
融合新一代卫星SAR数据的地形与形变信息提取模型与方法
融合新一代卫星SAR数据的地形与形变信息提取模型与方法合成孔径雷达差分干涉(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,DInSAR)测量技术是最近三十年来发展迅速的空间对地观测技术。
相对传统测量技术,该技术具有覆盖范围广、精度高、不受天气状况影响等优势,但是失相干与大气延迟是DInSAR方法固有的误差源,制约着其测量精度的进一步提高。
基于DInSAR的时序InSAR算法是近二十年来发展起来的有效方法,该方法基于覆盖同一地区的多幅SAR影像进行时序分析,通过选取高相干点,利用多余观测对特定模型的形变信息(如周期性形变)、高程误差、大气延迟等进行建模与求解,达到了较高精度。
在区域性沉降监测(如城市沉降监测等)、灾害监测评估(如火山地震形变测量、滑坡活动性监测等)、能源资源勘查(如油气田开采、矿藏资源开采等)、全球环境变化(如冰川偏移,极地冰层变化等)等非常广阔的领域展现了它的应用潜力。
早期的DInSAR技术主要用于火山形变监测、地震形变测量、区域形变测量等大尺度范围,精度大多在厘米级别。
制约其精度提升和应用范围提升的一大原因就是早期的SAR卫星影像质量不够高,其分辨率大多在10m以上,重访周期在30天甚至更久。
从2007年开始,各国陆续研制和发射了性能明显提高的新一代SAR卫星,例如具有两米高分辨率的德国TerraSAR-X与意大利COSMO-SkyMed卫星、具有TOPS模式宽幅成像短重访周期的Sentinel-1卫星等。
E.Sansosti与P.Berardino的团队等人将此类卫星定义为新一代SAR卫星系统。
新一代SAR卫星的主要提升包括更短的重访周期、更高的分辨率、更高的定轨精度与更高的成像质量等。
这些新一代SAR卫星带来了前所未有的高质量SAR 数据,不仅有助于提高以往相关研究的精度,其大覆盖范围,高分辨率也使InSAR 技术与地球物理学、冰川、水文学等其它学科的交叉融合变得更为容易,给许多以前不曾设想的新研究领域带来可能。
dem的分类体系
dem的分类体系数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是一种以数字方式表示地球表面高度的地理信息数据模型。
DEM广泛应用于地理信息系统、地形分析、水文模拟、环境评估等领域。
DEM的分类体系是对DEM数据按照一定的标准和规则进行分类和组织的过程，旨在方便使用者对DEM数据进行有效的管理和应用。
DEM的分类体系可以根据不同的目标和需求进行制定，下面将介绍一种常见的DEM分类体系。
一、基于数据来源的分类1. 光学遥感DEM光学遥感DEM是通过遥感影像中的地形特征和地物信息生成的数字高程模型。
常用的光学遥感数据源包括航空影像和卫星影像。
2. 激光雷达DEM激光雷达DEM是通过激光雷达系统获取地表高程数据并进行处理生成的数字高程模型。
激光雷达技术具有高精度、高密度的特点，在地形分析和制图中广泛应用。
3. 雷达干涉DEM雷达干涉DEM是通过合成孔径雷达干涉测量技术获取的地表高程数据。
该技术通过多次雷达测量来捕捉地球表面形变的微小变化，可以用于地壳运动、地震活动等研究。
二、基于数据分辨率的分类1. 分辨率较低DEM分辨率较低DEM指的是像素大小较大的DEM数据，相应的地形细节信息较少。
这种分类适用于大范围的地形分析，如区域地质和地貌研究。
2. 分辨率较高DEM分辨率较高DEM指的是像素大小较小的DEM数据，能够提供更精细的地形细节信息。
这种分类适用于需要高精度高分辨率地形数据的应用，如城市规划、建筑工程等。
三、基于数据处理方法的分类1. 栅格DEM栅格DEM是将连续的地形表面划分为规则网格，并在每个网格块上以离散的方式记录地表高度值。
栅格DEM是一种常用的DEM数据表示格式。
2. 三角网DEM三角网DEM是通过对地表的采样点进行三角剖分来生成地形模型的一种方法。
这种分类方法能够提供更精确的地形信息，但是数据量较大。
四、基于数据精度的分类1. 低精度DEM低精度DEM指的是高程数据的精度相对较低，通常适用于一些对高程要求不高的应用领域，如农业、土地利用等。
数字地面模型
1、数字高程模型的定义（DEM）：从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。
从广义角度定义：DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。
2、数字高程模型的研究内容：1)地形数据采样2）地形建模与内插3）数据组织与管理4）地形分析与应用5）DEM可视化6）不确定性分析与表达3、数字高程模型分类：按结构分类：基于面单元的DEM(规则结构：正方形、正六边形格网结构，其他；不规则结构：不规则三角网、四边形。
)、基于线单元的DEM、基于点的DEM；2）按连续性分类：不连续型DEM、连续不光滑DEM、光滑DEM；3）按范围分类：局部DEM、地区DEM、全局DEM；4、DEM基于操作应包括如下主要内容：1）高程内插，即给定一点的平面位置（x,y）,内插计算该点的高程H；2）拟合曲面内插，即对于一组已知点（x,y,z），通过曲面拟合，推求给定位置的高程；3）剖面线计算；4）等高线内插；5）可视区域分析；6）面积，体积计算；7）坡度，坡向，曲率计算；8）晕渲图；5、数字高程模型应用：科学研究应用：（DEM主要用在以下几个领域）1）区域，全球气候变化研究2）水资源野生动植物分布3）地质，水文模型建立4）地理信息系统5）地形地貌分析6）土地分类，土地利用，土地覆盖变化检测等。
商业应用：（数字高程模型的商业潜在用户分布在以下几个主要行业）1）电信2）空中交通管理与导航3）资源规划管理与建设4）地质勘探5）水文和气象服务6）遥感，测绘7）多媒体应用和电子游戏。
工业工程应用：主要包括电信，导航，航空，采矿业，旅游业以及各种工程建设如公路，铁路，水利等部门。
管理应用：主要有自然资源管理，区域规划，环境保护，减灾防灾，农业，森林，水土保持以及与安全相关的各种应用如保险，公共卫生等领域。
军事应用：（DEM在军事上的应用主要在以下几个方面）1）虚拟战场2）战场地形环境模拟3）为作战部队提供作战地图4）军事工程5）基于地形匹配的导引技术6、简单矩阵结构：规则格网DEM的数据在水平方向和垂直方向的间隔相等，格网点的平面坐标隐含在行列号中，故适宜用矩阵形式进行存储，即按行（或列）逐一记录每一个格网单元的高程值。
DEM数据获取方法资料
DEM数据获取方法资料DEM（Digital Elevation Model）数字高程模型是通过测量和计算地球表面的高程数据而生成的一种地形表面的模型。
DEM数据广泛应用于地形分析、地貌与水文模拟、三维可视化、地球科学研究、环境规划等领域。
获取DEM数据的方法主要有空间遥感技术、测绘技术和数值高程模型。
一、空间遥感技术获取DEM数据1.激光雷达（LiDAR）技术：激光雷达技术通过激光的脉冲反射来测量地表的高程，能够高精度地获取地形数据。
激光雷达设备搭载在航空器或地面车辆上，通过扫描地面并记录雷达返回的信号，高效地获取大面积DEM数据。
2.雷达干涉（InSAR）技术：雷达干涉技术利用合成孔径雷达成像来测量地表的形变和高程变化。
通过使用两个或多个雷达图像，可以计算地表的高程信息，并生成DEM数据。
这种技术可以应用于大面积的地表变形监测和地形测量。
3.卫星测高：卫星测高技术通过卫星载荷接收和处理地表的雷达回波信号，测量地表的高程，并生成高精度DEM数据。
这种方法适用于获取大范围的DEM数据，但精度相对较低。
二、测绘技术获取DEM数据1.地面测量：地面测量是通过在地面上放置测量仪器，通过测量角度、距离和高程来获取地表的高程信息。
常见的地面测量方法包括全站仪、GPS测量等，可以获取高精度的局部DEM数据。
2.摄影测量：摄影测量是通过航空或航天平台上的相机拍摄地面的图像，并通过图像处理和测量方法来推算地表的高程信息。
该方法适用于中等精度的大范围DEM数据获取。
3.地形测绘：地形测绘是通过现场勘测和测量获取地形数据，包括通过地形测图、地形描图和地形探测来获得地表高程数据。
这种方法适用于小范围和高精度的DEM数据获取。
三、数值高程模型获取DEM数据1.数学建模：数学建模是通过现有地表高程数据进行数学建模和插值方法来推算出没有测量点的地表高程数据。
常用的数学建模方法包括三角网格插值、反距离权重插值等，可以较好地还原地表的高程。
测绘技术如何进行DEM生成与分析
测绘技术如何进行DEM生成与分析测绘技术在地理信息系统（GIS）和遥感领域中起着重要的作用。
其中，数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）的生成和分析是测绘技术应用的重要方面之一。
本文将介绍DEM的生成和分析的基本原理和方法。
一、DEM生成DEM是地球表面高程信息的数字化表示，可以呈现出地面的起伏和形状。
常见的DEM生成方法有光学影像法、激光雷达法和雷达干涉法等。
1. 光学影像法光学影像法是利用航空或卫星遥感影像来生成DEM的一种方法。
通过对图像进行几何矫正和配准，可以获取地面上的特征点的坐标，并计算出其高程信息。
这种方法常用于大面积的地形测量和地貌分析。
2. 激光雷达法激光雷达法是利用激光器向地面发射激光束，通过测量激光束的反射时间和回波强度来计算地面点的坐标和高程信息。
这种方法具有高精度和高分辨率的优势，常用于山地地形的测量和建模。
3. 雷达干涉法雷达干涉法是利用合成孔径雷达（SAR）的干涉图像来生成DEM的一种方法。
通过对两幅或多幅干涉图像进行差分操作，可以获取地表的高程变化信息。
这种方法适用于大范围的地表变形监测和地震研究。
二、DEM分析DEM生成后，可以进行各种地形参数的分析和应用。
下面介绍几种常见的DEM分析方法。
1. 地形剖面分析地形剖面分析是对DEM数据进行剖面提取，以了解地面的起伏变化情况。
通过剖面分析，可以获取地面的高程变化曲线，并进一步计算地形参数，如坡度、坡向、高程差等。
这些参数对地质研究、水文模拟和土地规划等领域具有重要意义。
2. 流域提取和水流模拟利用DEM数据可以提取出流域范围，并计算出流域的面积、长度和周长等属性。
同时，基于DEM数据，还可以进行水流模拟和洪水预测。
通过建立流域模型，模拟水流在地表的流动过程，从而预测洪水灾害的发生和影响。
3. 三维可视化和地形重建利用DEM数据可以进行三维地形模型的可视化和地形重建。
通过DEM数据，可以构建真实的地形模型，使人们能够直观地了解地貌特征和地形变化。
用干涉合成孔径雷达技术获取地表三维信息
用干涉合成孔径雷达技术获取地表三维信息的报告，800字
干涉合成孔径雷达（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）是一种可以实现三维空间信息采集的高精度遥感技术，它利用双光束相互干涉的原理，可以实现地表三维形变的测量。
近年来，干涉合成孔径雷达技术的应用更加广泛，其在获取地表三维信息领域也得到了广泛的应用。
此外，InSAR技术可以减少地表三维形变的测量时间，并且对于地表密集三维风格的形变检测也能够给出大量的精确定位信息。
光波观测所提供的定位信息可以准确地指出形变的位置，而InSAR技术可以进一步提供大量的三维空间信息。
InSAR技术具有很多优点，其中最重要的是可以识别非平面物体的空间结构信息。
InSAR能够准确检测出相对较小的系统性的地表变形，如地震、地下水位变化以及建设工程带来的地表变形等。
InSAR技术也可以应用于检测特定区域内外部主体结构的变化，通过InSAR技术可以监测山体坡度、建筑物沉降、桥梁拱起
等变形，从而定位和检测变形状况，构建准确的模型，对城市空间变化的监测、预测和评估有重要的参考意义。
总而言之，干涉合成孔径雷达技术在获取地表三维信息方面具有广泛的应用前景。
其准确的定位和采集的大量的精确的三维信息，使得它可以用于地质灾害和变形的监测、城市规划和建设以及建筑物变形等方面，有效提高了监测效果。
基于InSAR的DEM获取数据处理流程及方法
文章编号：1005－6033（2010）01－0157-04收稿日期：2009－11－06基于I n S A R的DEM 获取数据处理流程及方法张淑燕，邢立新，梁立恒（吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林长春，130026）摘要:合成孔径雷达干涉测量技术（I nSAR）是以复数据提取的相位信息为源获取地表三维信息，与传统的获取数字高程模型的方法相比，InSAR 技术在获取DEM 方面具有全天候、大范围、高精度等优势。
详细介绍了基于I nSAR的DEM 获取数据处理流程及方法。
关键词:数字高程模型；合成孔径雷达干涉测量；数据处理中图分类号：P225.1文献标识码：A数字高程模型（DEM）是人们研究地表过程、构造地貌的一种行之有效的方法。
伴随3S（GI S，R S，GP S）技术的发展和成熟，数字高程模型（DEM）已成为地学研究的一个重要组成部分。
高精度的数字高程模型数据在地质、地形、水文、自然灾害监测、自然资源调查等领域有着重要的应用［1］。
获取数字高程模型的方法有地面测量、地形图等高线的数字化、航空摄影测量等，这些方法既费时又费力。
近年来，随着遥感技术的不断发展，特别是合成孔径雷达卫星技术的发展，利用合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）提取大规模、高精度数字高程模型已成为一种重要的手段［2］。
尤其是2000 年2 月“奋进号”航天飞机的发射［3］，更体现了雷达干涉测量技术获取数字高程模型的高速率、大区域、高精度等优点。
随着雷达卫星的相继发射，可用于进行雷达干涉测量提取DEM 的I nSAR数据也相继增多，其干涉原理基本是一致的。
本文拟介绍图像配准、增强农村防灾减灾能力的重要保障。
我国各种自然灾害打击的对象主要是农村，近几年来发生的重大农村灾害导致的严重损失逐渐暴露出我国农村“靠天吃饭”现象的存在以及监测预警设施的薄弱。
农村灾害的监测和预警必须要具备针对性、及时性、准确性和多样性等特点，农业气象观测业务站点的数量和地震宏观观测点的数量是反映农村灾害监测密度的指标。
基于时序雷达干涉测量技术的城市地表变形特征的提取方法
基于时序雷达干涉测量技术的城市地表变形特征的提取
方法
基于时序雷达干涉测量技术（MTInSAR）的城市地表变形特征提取方法主
要包括以下步骤：
1. 数据准备：收集一系列不同时期、覆盖同一区域的SAR（合成孔径雷达）图像，这些图像应具有足够的时序性和覆盖范围，以便捕捉到城市地表的变形。
2. DInSAR处理：对每一对主从影像进行DInSAR处理，以获取干涉图。
DInSAR处理过程中应考虑大气延迟、地形高程等因素的影响，以确保干涉图的准确性。
3. 永久散射体（PS）提取：从干涉图中提取永久散射体，这些散射体在地
表变形前后保持稳定，能够提供可靠的形变信息。
4. 形变信息提取：利用各种信号处理和差分测量技巧，从PS的干涉图中提取形变信息。
这一步是关键，需要精确地计算出地表在各个方向上的位移量和位移速率。
5. 特征提取：根据提取的形变信息，分析城市地表的变形特征。
这些特征可能包括位移场分布、变形量、变形速率等。
6. 结果分析：结合城市地质、气象等资料，对提取的变形特征进行深入分析，揭示城市地表变形的规律和原因。
7. 应用与优化：将提取的城市地表变形特征应用于城市规划、灾害预警等领域，并根据实际需求和技术发展不断优化方法。
以上是基于时序雷达干涉测量技术的城市地表变形特征提取方法的一般步骤，实际操作中可能需要根据具体情况进行调整和改进。
同时，该方法需要专业的雷达和地理信息技术支持，对数据质量和处理能力要求较高。
数字高程模型的构建与精度评估方法
数字高程模型的构建与精度评估方法数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是地理信息系统中重要的基础数据之一，用于描述地球表面的海拔和地形信息。
构建和评估DEM的精度是地理信息科学中的关键问题之一。
本文将介绍数字高程模型的构建方法以及精度评估方法。
一、数字高程模型的构建方法数字高程模型的构建方法主要分为遥感获取和光学获取两种方式。
1. 遥感获取利用遥感技术获取数字高程模型的方法主要包括激光雷达测量和雷达干涉测量。
激光雷达测量是通过将激光束照射到地面上，通过接收返回的激光反射信号来测量地球表面的高程数据。
该方法具有高精度、高效率的特点，适用于大面积地形的获取。
雷达干涉测量利用合成孔径雷达（SAR）技术进行高程测量。
该方法通过分析两幅不同时间获取的雷达图像，测量地表不同位置的相位差，从而得到地表的高程数据。
该方法具有全天候、高精度的特点，适用于地形变化监测等应用。
2. 光学获取利用光学影像进行数字高程模型的构建是一种常用的方法。
该方法通过分析影像中的阴影、纹理和投影关系等信息，推导出地面的高程数据。
该方法对于山地地形、山谷等地形特征具有一定的局限性，但是具有成本低、数据获取方便等优点。
二、数字高程模型的精度评估方法数字高程模型的精度评估方法主要包括对比分析、精度指标和趋势分析等方法。
1. 对比分析对比分析是通过将数字高程模型与已知的真实地形进行对比，评估其精度。
常用的对比方法包括与实地测量数据对比、与其他高精度DEM数据对比等。
对比分析可以直观地反映数字高程模型的误差情况。
2. 精度指标精度指标是通过计算数字高程模型的参数，评估其高程精度。
常用的精度指标包括平均误差、标准差、均方根误差等。
这些指标可以用于定量评估数字高程模型的精度。
3. 趋势分析趋势分析是通过分析数字高程模型的高程变化趋势，评估其精度和稳定性。
常用的趋势分析方法包括正态分布检验、趋势性分析、斜率分析等。
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利用干涉合成孔径雷达技术提取数字地面模型单新建1,刘浩2(1.中国地震局地质研究所,中国地震局构造物理开放实研室,北京 100029; 2.中国科学院遥感应用研究所,北京 100101)摘要:简单介绍了干涉测量合成孔径雷达((I NSA R,Inter ferometric Synthetic Aperture R adar;简称:干涉雷达)的技术特点及原理,概述了干涉图像的相位解缠算法,并以西藏玛尼地区ERS-1/2SAR 图像为例,提取了数字高程模型(DEM )。
关键词:干涉雷达;相位解缠;数字高程模型中图分类号:T P 79;T N 957.52 文献标识码:A 文章编号:1001-070X(2001)02-0043-050 引言合成孔径雷达(SAR)概念是相对真实孔径雷达而提出的,其基本原理是:卫星在同一轨道不同位置上定时地对同一地物发射电磁波脉冲信号,然后接收回波信号,在某种意义上,可以认为是延伸了雷达天线的长度,从而大大提高了空间分辨率。
SAR 不仅具有全天时、高灵敏度的成像能力,而且接收信号的同时记录了振幅强度和相位两种信息,为探测地物高程提供了可能。
近年来,INSAR 技术已逐渐成为研究热点,该技术正是利用SAR 图像中的相位信息,通过同一地区两幅SAR 图像相减,得到两幅SAR 图像的相对相位(相位干涉图),通过相对相位与地表目标之间的位置关系,提取地形高程数据。
许多学者在这方面开展过研究工作。
1990年Li 用Seasat 的SAR 数据展示了单天线近轨道数据的干涉测量结果[1];NASA/JPL(Jet Propulsion Laboratory)于1991年采用带有GPS 的机载干涉SAR 系统(TOPSAR)对6.5@30km 2的地区进行了测试,在确定绝对相位时,采用了多视技术(距离向因素为4,方位向因素为32),最后获得了该地区水平误差为10m 的地形图。
把所获地形结果与DEM 进行比较表明:在平坦地区有2m 的均方根测量偏差,山区有5~6m 的均方根偏差。
NASA/JPL 在5a 一度的IEEE 国际雷达会议(1995年5月8日~11日,加利福尼亚)上展示了1994/奋进号0航天飞机上SIR-C/X-SAR 合成孔径雷达的成像结果,给出了将1994年SIR-C/L 波段获得的SAR 图像与1994年4月和1994年10月两次的SAR 图像的干涉图像导出的高程叠加数据,所得到的加利福尼亚Long Valley 地区的三维成像结果[5]观测精度可达cm 级。
目前能用于干涉处理的雷达卫星资料有美国1978年发射的L 波段Seasat SAR;美国/奋收稿日期:1999-12-01;修订日期:2001-04-10基金项目:国家自然科学基金项目(49802027);国家基础研究发展规划项目(G1998040703)赞助第2期,总第48期国土资源遥感No.2,20012001年6月15日 R EM OT E SENSIN G FOR LAN D &RESOU RCES Jun.,2001进号0航天飞机SIR-A 、SIR-B 和SIR-C;1991年和1995年欧空局发射的雷达卫星ERS-1/2(C 波段,VV 极化,分辨率为30m);日本1992年发射的JERS-1(L 波段,HH 极化,分辨率为18m)。
1995年加拿大发射的商业雷达卫星Radarsat(C 波段,HH 极化,最优分辨率为10m,重复周期为24d)是目前最为先进的雷达卫星。
此外,具有双天线系统的机载干涉雷达系统也有较快的发展,如NASA JPL 的AIRSAR 、加拿大CCRS 的CV-580等。
机载干涉雷达系统不仅相干性好,而且测量地形精度可达0.1m 。
1 IN SAR 技术的原理干涉雷达技术按工作原理可分为距离向、方位向和重轨3种。
距离向和方位向方式一般图1 INSAR 几何关系示意图适用于机载雷达,重轨方式适用于星载干涉雷达。
其原理是利用同一卫星在相邻轨道上对同一地区进行两次SAR 成像。
单纯对一幅SAR 图像来讲,相位信息没有被利用,而同一场景的两幅SAR 图像之间的相对相位却包含了地表场景的三维信息。
利用两幅SAR 图像的相位差所产生的干涉条纹,便可提取出地表高程信息[6~7]。
本文以双天线系统为例简单地介绍INSAR 技术原理,但其推导结果完全适用于单天线双成像雷达系统。
图1给出了INSAR 处理中所涉及的几何参数关系图。
其中,成像天线分别为A 1和A 2,到地物B 的斜距分别为r 1和r 2。
地物位于距星下点y 处,高度为h;H 为雷达高度,d 为两天线基线距。
其中基线倾角A 、航高H 可从雷达参数中获取。
由成像几何关系可得地物到两天线的斜距差:$r =r 2-r 1 r 2>r 1(1)天线A 2比天线A 1接收信号的延时为:t d =$r C(2)其中C 为光速。
回波在A 1,A 2处的相位差为<=4P K (r 2-r 1)(3)上式可改写为:<=4P K {[r 12+d (d +2r 1cos (A +H ))]-r 1(4)已知的参数是H ,d ,R 1。
要获取地物的三维坐标,必须知道h 和y 参数,这两个参数分别为:h =H -r 1cos H (5)#44# 国 土 资 源 遥 感2001年y =r 12-(H -h )2(6)其中:r 2=r 1+<K 4P (7)具体的计算过程是准确地测量延时t d 。
由(2)式可计算出$r ,根据公式(3)进一步得到相位差<,再由公式(4)反推出H ,最后由公式(5)、(6)计算出地物的高程及横向位置。
纵向位置可由观测平台的飞行速度确定。
从(4)式可以看出,相位差<和基线距d 、倾角A 、斜距(C 1、C 2)及入射角H 有关。
其中,从雷达脉冲延时可以获取斜距r 1和r 2;从干涉图像中可以估算基线距d 和倾角A ,这两个参数在整个图像上基本不变,剩下的参数就是入射角H 。
在雷达参数中,所给定的入射角是SAR 图像中心点的标称值。
但在实际图像上,入射角H 是随像元位置的不同而变化的,因此,必须利用式(4)计算出每个像元的精确入射角H ,才能得到各个像元位置的高程值。
从公式(4)可知,如果测定了相位差<(绝对相位差),易求出入射角H 。
但在相干图像上,相干条纹的周期性变化代表的是相位差被2P 除之后的模(为-P 到+P 之间的数),是包缠(unw rapped)相位。
因此,要获取地形信息,必须从包缠相位中解缠出绝对相位差,即所测相位差再加2P 的整数倍,这个整数倍的确定就涉及到了相位解缠算法[2~3]。
目前常用的相位解缠算法有支切法(branch cut)、循环圆盘掩模法(iterative disk masking )和最小二乘法(least square)。
循环圆盘掩模法的基本原理是用圆形模覆盖在热噪点上,然后逐渐增加解缠环形半径,直到没有不连续的相位出现,然后对圆盘内的不连续点进行修补或剔除。
该方法的特点是解缠精度高,但对相干性较差的图像进行修补时工作量大;最小二乘法是根据已知参考点拟合出改正值周期,这个改正值不一定是2P 的整数倍。
改正值是依据将全局误差降到最小而求出的。
因此,最小二乘法具有全局误差最小,但局部误差较大的特点。
本文采用支切法进行了相位解缠处理。
支切法的前提是假设两个相邻像元相位差之差不超过一个P 。
如果从图像某一点出发,两相邻像元相位差超过P 时,则增减2P 。
设<i 、<j 分别为两邻近点的测定相位差,$<i 、$<j 分别为两邻近点的绝对相位差,则两邻近点的相位关系可表示为:$<i =2P n i +<i(8)$<j =2P n j +<j(9)d W =<j -<i(10)式中,当d W >P 时,n j =n i +1;当d W <-P 时,n j =n i -1;否则n j =n i 。
支切法适合于相干性较好、地形起伏不大的地区。
但由于叠置、阴影、无信号(光滑地表)等因素影响所造成的非相干热噪点不满足相邻像元相位小于P 的假设。
在这种情况下,用此方法解缠时,噪点的不连续性将产生误差的传播和累加,使相位解缠复杂化。
在实际数据处理过程中,对不连续热噪点常采用分片处理方法。
基本思路是在相位解缠前,对热噪点进行标志,然后把热噪点的连线作为图像空间划块依据,对图像进行划块,然后在每一块上采用P 假设搜寻,最后进行块合并处理,得到整个图像的DEM 结果。
#45#第2期单新建等: 利用干涉合成孔径雷达技术提取数字地面模型2 资料选取通过对地表物性和实际资料情况调研,我们选购了我国西藏玛尼地区ERS-1和ERS-2两景SAR 图像(具体见表1),构成了ERS-1/2双星追逐观测系统,该系统成像时间间隔只为1d,保证了两景SAR 图像之间具有良好的相干性。
表1 选用数据参数卫星轨道号景号日 期台站代号卫星轨道号景号日 期台站代号ERS-12534329071996-05-20BE ERS-20567029071996-05-21BE 3 IN SAR 技术的应用(1)利用INSAR 获取高精度的地面点高程数据须满足的条件:¹精确地知道平台的高程位置和干涉测量基线;º处理器必须保持相关信号相位;»应用三维定位算法;¼采用能推导绝对相位的算法[5]。
对于这些条件,我们所选用的ERS-1/2SAR 资料和处理算法都已满足。
整个INSAR 处理流程如图2所示。
(2)干涉处理前SAR 图像的预处理。
¹统一成像处理参数 主要消除两次成像所造成的入射角、星下平台方向和线采样距等卫星参数的微小差异;º图像配准 选取地物标志点,对两幅SAR 图像进行配准。
(3)在预处理的基础上,首先通过求取相位差,形成干涉相位图(插页彩片3),然后通过相位解缠处理,获取数字高程模型(DEM )(如图3)。
(4)把获取的DEM 与1B 20万比例尺DEM 就细节部分进行比较,通过极限放大来看,发现所求DEM 对细节的刻画程度优于1B 20万DEM 。
图2 I NSAR 处理流程图图3 由相位解缠获取的DEM#46# 国 土 资 源 遥 感2001年5 结论就INSAR 技术本身来讲,无论从算法、处理软件、分析方法还是硬件设备等方面都已满足了实际应用,目前需要改善的就是资料精度问题。
由于目前采用的是同一卫星在相邻轨道上二次成像方式,所获图像受到卫星的漂移、飞行姿态的变化及一定周期内地表物性变化等影响,造成较大的误差。
随着双天线星载雷达系统的发射,将大大改善INSAR 测量精度,为地形测图开辟一个崭新的领域。