合成孔径雷达差分干涉测量 ppt课件
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InSAR技术PPT专业课件
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。
基于三种假设：
• 只有形变对干涉图收到形变的影响； • 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； 1. 地形对干涉图可以获得精确的DEM。
差分干涉测量的原理
• 匹配滤波使LFM信号的脉冲包络受到压缩，等效 于天线波束宽度变窄，角度分辨力提高
目标
R0 R DR
－x
O
x(t)
(a)
O
x(t)
(b)
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。
sin (a)R 1 2 2 R R 1 2 2 B B 2R 1 B R 22 P B
aarcsin2PB hHR1cos
可知，如果知道天线位置（H、B 、 a）和雷达系统参数就能计算高 程值， 进而生成DEM。
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。
• 孔径边缘双程相位差
R2L2 (RDR)2 2
y瑞利 r,瑞利 1 2LR
DR
L
2
1
2 2R
• 允许的双程相位差为/2 => DR /8
L m a R x r ,瑞 利 1 2L mR a x1 2R
Le
第6章合成孔径雷达SAR
R
0
＋
差分干涉测量技术
差分干涉测量技术
差分干涉测量技术是一种高精度的测量方法，通过对两个时刻的合成孔径雷达(SAR)图像进行干涉处理，得到地表高度的变化信息。
该技术主要应用于地表形变和地壳运动的监测，如地震、火山活动、地下水位变化等。
差分干涉测量技术具有高精度、高分辨率、无需地面控制点等优点，但也存在着容易受到大气、地形等干扰因素影响的缺点。
随着遥感技术的不断发展，差分干涉测量技术在地理信息、城市规划、资源环境管理等领域中的应用也越来越广泛。
- 1 -。
第十二章 合成孔径雷达
w' c
1
w
2w ' 2w ' 2w Ω= f0 = = cosψ c λ λ
26
多普勒频率的微分： 多普勒频率的微分： 的微分
δΩ =
2 w sinψ
λ
δψ
若以 δ 分辨率
表示多普勒频率的分辨率， 表示多普勒频率的分辨率，δψ 表示方位角 的分辨率 λ δψ = δΩ 2 w sinψ
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日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 ★ 日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 (PALSAR)
ALOS主要参数 主要参数
发射时间： 发射时间：2006.1.24 太阳同步轨道 卫星高度： 卫星高度：691 km 轨道平面倾角： 轨道平面倾角：98.16° ° 轨道周期： 轨道周期：99 min 循环周期： 循环周期：46 days SAR： ： 微波波段： 微波波段：L (1.27 GHz) 极化方式： 极化方式：多极化
19
某一波 某一波源发出的声波频率为 f，波长为 λ； ， ； 声波传播速度 v
1 v f = = T λ
20
多普勒效应三种情况
1. 观察者静止，波源相对于 观察者静止， 媒质运动
波源以速度v 波源以速度 s接近观察者 v SS ' = vs × T = s 经过时间T（波周期）：
f
波源运动速度v 波源运动速度 s背离观察者 波长和频率分别为
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成像模式提供的七种不同入射角的图像参数 成像模式提供的七种不同入射角的图像参数
成像 幅宽 公里） 位置代号 （公里） IS1 IS2 IS3 IS4 成像模式 IS5 IS6 IS7 105 105 82 88 64 70 56 与星下点的 距离 公里） （公里） 187 - 292 242 - 347 337 - 419 412 - 500 490 - 555 550 - 620 615 - 671 入射角范围 （度） 15.0 - 22.9 19.2 - 26.7 26.0 - 31.4 31.0 - 36.3 35.8 - 39.4 39.1 - 42.8 42.5 - 45.2
3-3干涉雷达与差分干涉雷达
x
如图（2）所示，只要已知两个天线位置 和两个斜距，结合相位差，就可以依据几 何结构确定P点高程。
原理： 通过两副天线同时观测(单轨道双天线模式)，或两次平行 的观测(单天线重复轨道模式)，获得同一区域的重复观测 数据，即单视复数(single-look,SLC)影像对；由于两副天 线和观测目标之间的几何关系，同一目标对应的两个回波 信号之问产生了相位差，由此得到的相位差影像通常称为 干涉图( interferogram) , 再结合观测平台的轨道参数和 传感器参数等可以获得高精度、高分辨率的地面高程信息。
-
=
After removing the flat-earth effect we are left with an interferogram that contains topography between the two acquisitions and atmospheric effect.
This final step amounts to mapping the phase from satellite to geographic coordinates.
azimuth
range
longitude
latitude
InSAR的实际应用
高程测量
INSAR的技术特点在于它充分利用了雷达波束的相位信息，形成地形的 干涉图，然后通过测定相位差来确定地面点高程，生成DEM。
z(y) h (r r ) cos
(3)
z
2 B ( ) 2 h cos 2 B sin( )
2
InSAR数据处理的基本流程
SLC影像对输入
影像配准
干涉成像
永久散射体雷达干涉技术ppt课件
14
振幅信息双阈值法
• 1.振幅阈值法探测PSC（强反射性） • 计算所有像素的时序振幅值，获得振幅阈值：
T A m im n 1 nim 1j n 1A k i， j k 1 ， 2 ， ， N
• 分析各像素在辐射定标且配准后的SAR影像上的振幅时间 序列值Ak，如果 m A k ik n 1 ， 2 ， 确N 定 T A 为PSC
• 找到一组使γ取得最大值的模型匹配参数 （Δv，Δε）。
18
PS网络最小二乘法平差
• 1.观测值函数模型 • 相邻PS点PSi与PSj的差分关系：
v v j vi
j i
• 2.形变参数估计 • 观测方程： vˆpvˆl vplrpl • 构建矩阵形式：BXLR
QT T1 Q1 Q1
• 利用最小二乘估计法求得：X(BTB)1BTL
基本原理
• 回波信号相位可表示为：
22Rarg[U]
• 如果雷达两次观测期间地面散射特性未发生变化，则两次 回波信号的随机散射相位相等，回波的相位之差为：
124（ R1R2）
• 相位干涉依据配对影像对应像素值的共轭相乘实现：
IN S 1 S T * 2 A 1 A 2 e [i( 1 2 )]
2 P
h)2
1
• 计算P在从影像中的像素坐标Ps（rs，cs），Ps和Pm就是 一对同名点。
11
• 粗配准：从两幅SAR影像中识别出少量同名 点，基于其像素坐标偏移量，通过简单平 移，使主从影像同名点基本对应于同一分 辨单元。
• 精配准：精确搜索同名点的准确位置，通 过对从影像进行坐标变换和像元值插值重 采样，实现同名像点精确对应于地面同一 分辨单元。
方法 处理对象 时空基线影响 DEM影响 平滑处理 检测对象 对原始量数据要求
振幅信息双阈值法
• 1.振幅阈值法探测PSC（强反射性） • 计算所有像素的时序振幅值，获得振幅阈值：
T A m im n 1 nim 1j n 1A k i， j k 1 ， 2 ， ， N
• 分析各像素在辐射定标且配准后的SAR影像上的振幅时间 序列值Ak，如果 m A k ik n 1 ， 2 ， 确N 定 T A 为PSC
• 找到一组使γ取得最大值的模型匹配参数 （Δv，Δε）。
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PS网络最小二乘法平差
• 1.观测值函数模型 • 相邻PS点PSi与PSj的差分关系：
v v j vi
j i
• 2.形变参数估计 • 观测方程： vˆpvˆl vplrpl • 构建矩阵形式：BXLR
QT T1 Q1 Q1
• 利用最小二乘估计法求得：X(BTB)1BTL
基本原理
• 回波信号相位可表示为：
22Rarg[U]
• 如果雷达两次观测期间地面散射特性未发生变化，则两次 回波信号的随机散射相位相等，回波的相位之差为：
124（ R1R2）
• 相位干涉依据配对影像对应像素值的共轭相乘实现：
IN S 1 S T * 2 A 1 A 2 e [i( 1 2 )]
2 P
h)2
1
• 计算P在从影像中的像素坐标Ps（rs，cs），Ps和Pm就是 一对同名点。
11
• 粗配准：从两幅SAR影像中识别出少量同名 点，基于其像素坐标偏移量，通过简单平 移，使主从影像同名点基本对应于同一分 辨单元。
• 精配准：精确搜索同名点的准确位置，通 过对从影像进行坐标变换和像元值插值重 采样，实现同名像点精确对应于地面同一 分辨单元。
方法 处理对象 时空基线影响 DEM影响 平滑处理 检测对象 对原始量数据要求
《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。
INSAR技术ppt课件
（3）冰川研究，通过INSAR技术获取完整 的、高分辨率的、高精度的地形数据，并测 量冰流和其他变化。GoldStein（1993）首次 在没有控制点的情况下直接测得冰流速度开 始，研究人员利用INSAR技术从冰川变形、 冰流速度、温带冰川以及冰川学应用等多个 方面对冰川进行全面系统的研究。
14
9
4.地球动力学应用: INSAR技术在地球动力学方面的应用最令 人瞩目，主要包括以下几个方面：
（1）地震形变研究，包括同震、震间、震后 的机理研究。中国汶川大地震（2008）、海 地地震、中国玉树地震（2010）等。这些研 究均主要利用INSAR技术获取同震位移和震 后形变，分析由于地震的主震所造成的地表 形变，结合形变模型模拟结果，分析形变场， 推算震源参数，解释发震机理，从而分析地 震周期及演化过程。
27
28
基本工作包括以下诸方面：①准备3幅研究区 域的ASAR幅度图像(其中震前两幅，震后一幅)， 以其中一幅震前数据为基准，另外两幅图像与 它配准；②对配准后的图像进行滤波处理，采 用经典的散斑噪声滤除算法——Lee滤波算法， 窗口大小为21×21；③分别求取震前两幅图像 的相干系数图rbb及震前震后两幅图像的相干系 数图rab，采用的窗口大小为5×25(距离向和方 位向)，从而求得两幅相干系数图的比值图像 rnd=rab/rbb。
18
(a)研究区震前(2007年9月18日)ETM 7，4，2波段合成图；(b)交通位置图
19
由欧空局提供的大量INSAR数据，挑选出覆盖 映秀和都江堰地区的ASAR数据进行计算，使 用到的数据如表1所示．实验用到的数据中B1 和B2幅为震前获取的，A1幅为震后获取的， 经过一系列处理后最后将所有图像都与2007年 8月6日的震前图像进行配准．震前图像B1如图 2a所示，震后图像A1如图2b所示．图中白色方 框为研究区范围；图2c，d分别为从图2a，b中 裁剪的研究区图像．
时序的 合成孔径雷达干涉测量技术
时序的合成孔径雷达干涉测量技术
合成孔径雷达干涉测量技术，雷达下的地球新面貌。
听说了吗？合成孔径雷达干涉测量技术现在可是火得不行！这
技术啊，就像是给地球拍了个高清大合照，还能看出地面的细微变化。
而且，这雷达可不挑时间，也不在乎天气怎么样，照样能干活。
这样一来，我们对地球的了解就更深入了。
合成孔径雷达干涉测量技术，简直是神器啊！
这技术简直了！你知道吗，它能精确到毫米级的地表形变都逃
不过它的“法眼”。
而且，不管环境多复杂，它都能稳定地收集数据。
最厉害的是，它还能大范围、快速地测量，地质研究、城市规
划都靠它！
合成孔径雷达干涉测量技术，未来可期！
想想看，这技术将来能帮我们预测地震、火山爆发，提前做好
准备。
城市规划里，也能用它来检查建筑物的安全。
农业、林业、
环境监测，哪都离不开它。
这技术，简直就是未来的明星啊！。
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合成孔径雷达差分干涉测量原理
测绘学院 摄影测量与遥感系
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
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
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。
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。
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
缺点：已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 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。
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。
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。
测绘学院 摄影测量与遥感系
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
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
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。
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。
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
缺点：已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 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。
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。
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。