1、一 干涉測量原理二 INSAR 技術流程三 INSAR數據處理關鍵算法四 INSAR技術的應用主要內容一 干涉測量原理干涉的原理只有兩列光波的頻率相同，相位差恒定，振動方向一致的相干光源，才能產生光的干涉。干涉的原理干涉測量技術干涉測量系統使用兩個雷達天線，天線之間相隔一段距離，天線位于同一個平臺上或者數據由同一個天線在不同的位置得到。通過測量同一地物兩個回波的精確相位就可以得到天線到目標的精確距離，精度跟波長相關。如果知道天線相對于地表的位置就可以進行定位。cos)4()sin(2)4()(22BBhyZ對三角形（ S1，S2，Z ）應用余弦定理：根據幾何關系，顯然有：根據（1）、（2）計算

2、得到相位，代入（3）有：)sin(2)(222BBcos)( hyZyhZ (y)S1S2B圖：干涉測量幾何示意圖根據相位的周期性：4/ （1）干涉測量分類InSAR工作方式u距離向干涉測量(Across-track Interfereometry, XTI)u方位向干涉測量(Along-track Interfereometry, ATI)u重軌干涉測量(Repeat-track Interfereometry, RTI) 前兩種主要用于機載SAR干涉測量。后一種用于星載SAR干涉測量，衛星不受大氣影響，軌道和姿態穩定，為重軌干涉測量提供了較好的條件。形成干涉的條件u地面物體兩次觀測期間沒有

3、發生變化u具有穩定的觀測幾何關系，即飛行姿態穩定uSAR數據處理器能在做了運動補償的信號中保留好內在的相位信息。 對于星載數據來說，第一條比較難滿足，特別是采用重軌干涉測量的工作模式。去相關一方面會造成同名點搜索困難；另一方面相位差有時會失真二：INSAR技術流程干涉數據的選擇u 選擇秋后或者早春的影像u 實踐間隔盡可能短u 最好是晚間的影像u 垂直基線在（100100，300300）之間 地理編碼圖高程圖相位解纏圖去平地效應前 SLC Data2 SLC Data1影像配準基線估算去平地效應噪聲濾除相位解纏高程計算地理編碼干涉圖生成去平地效應 相干系數數據流程1.影像配準2.干涉圖生成3.基

4、線估算4.去平地效應5.去噪6.相位解纏7.DEM生成8.地理編碼流程控制單視復數影像配準主影像從影像 配準處理將來自同一個目標區域的兩幅或者多幅影像在空間位置上最佳地套合起來。通常將一幅影像作為主影像（參考影像），另一幅影像作為從影像（匹配影像），從影像相對于主影像進行配準。 干涉圖生成主、從影像共軛相乘計算相位差，得到干涉圖jjeueuuuuuint)(21*21int21)Re()Im(arctan)2,mod(intintuuw應用領域B數字地面模型的建立150300m地表變化監測30m70m地物運動分析0m5mINSAR應用中對垂直基線分量的要求基線估計方法利用星歷參數進行估計利用控

5、制點進行估計利用干涉條紋進行傅立葉分析進行估計ERS提供精確軌道參數，構成基線參數表，可從網上下載。平地效應相位差異由兩個部分組成：1.兩點為平地上兩點的相位差（參考相位）2.兩點存在高差造成的相位差平地造成的相位差S1S2P1Pn圖：理想平地狀態下干涉圖數據的周期性變化示意圖去平地效應參考相位的計算：/4B高程相位差相位差參考相位去平地效應去噪1. 減少噪聲對解纏結果的影像2. 一般平滑濾波就能夠滿足要求3. 必須對實部、虛部分開濾波去平地效應相位解纏 從干涉圖中得到的相位差實際上只是主值，其取值范圍在一個周期內，要得到真實的相位差必須在這個值的基礎上加上或者減去周期的整數倍，這個過程稱為“

6、相位解纏”。 相位解纏計算高程根據相位差計算高程。cos)4()sin(2)4()(22BBhyZ實際的轉換模型更加復雜一些。 計算高程地理編碼 生成的DEM仍在影像坐標系下；地理編碼是一個幾何校正，將其投影到其他坐標系下的過程。 地理編碼三：INSARINSAR數據處理關鍵算法不同：復數影像使用相干性（coherence）來衡量影像之間的相干程度。難點：1.未經過分辨率改善2.紋理模糊，存在大量斑點噪音3.精度必須達到子象素級別配準算法配準算法的基本原理輸入影像參考影像 確定控制點 幾何變換模型輸入影像重采樣 配準影像輸出配準方法的分類根據控制點搜索方法的差異，配準方法分類如下：1. 相位差

7、平均梯度函數法2. 相干系數法3. 最大頻譜法干涉圖生成采樣頻率和過采樣采樣頻率和過采樣去平地效應去平地效應相位解纏cos)4()sin(2)4()(22BBhyZyhZ (y)S1S2B圖：干涉測量幾何示意圖問題的提出：恢復干涉相位圖中的相位主周期相位解纏前 提 問題：相位解纏是無解的。算法: 影像的絕大多數部分必須滿足Nyquist 標準。假 設Nyquist標準：干涉圖的空間采樣率必須足夠高。或者說：干涉圖中，相鄰象素的解纏相位值必須在一個周期之內二維相位解纏對于一個給定的纏繞相位場，如果它是連續的，那么相位解纏是與路徑無關的積分。一個一般的結論：解決辦法：找出相位不一致的地方 選擇適當

8、的積分路徑發展基于某個最小化準則的算法來估計相位或者相位的不一致-殘數(residue)0.10.20.40.10.20.40.10.20.412341= 0.12=03=-0.14=00.10.20.4-0.1-0.1-0.3-0.2-0.2-0.312341= 0.22=0.33=0.24=0.3枝切法 思想：用枝切線(branch cut)將符號相反的殘數點連接起來，使這一區域的殘數正好相互抵消。只要積分路徑不經過這些切線就可以進行解纏了。 確認殘數點掃描相位域，找到下一個殘數點A 從A開始，由近及遠搜索周圍象 素，找到另一個殘數點B 如果殘數值之和不為0，繼續尋 找其他殘數點。 殘數為

9、0，完成該樹生長。最小二乘算法 在最小二乘意義下，尋找使展開相位梯度與纏繞相位梯度整體偏差最小的解。 MiNjxjijijiMiNjyjijijiL1112,1,1112,12)()()(min網絡流算法思想：最小化解纏相位的導數與纏繞相位的導數之間的差異。方法：將相位解纏問題轉化為最小成本網絡流問題。利用比較成熟的算法來解決最小成本網絡流問題，計算出相位梯度后，通過積分直接計算解纏相位。基于統計耗費的網絡流算法它是對網絡流算法的一種改進。1.提出了一個“耗費函數” 的概念。極大驗后估計利用已知的纏繞相位值、圖像強度和干涉圖的相干性等信息，構造解纏相位的概率密度函數，使其條件概率最大。2.對于

10、殘差密集的地區，動態取消法(DCC)的使用使得解纏結果更加穩定，克服了孤島問題。3.在處理大數據量圖像時，提出一種瓦片算法，將一張圖像分成多個區域分別處理，然后進行融合。統計耗費網絡流枝切法統計耗費網絡流枝切法幾種方法之間的比較 優 點 缺 點枝切法最小二乘法 網絡流方法 速度快，內存小，相干 性較好部分準確性高 相干性較差的話容易形 成孤島解較為平滑，不會出現孤 島現象 誤差擴散到整幅影像，方 程結算效率低下。目前最為準確的一種算法效率有待進一步提高四：四：INSARINSAR技術的應用技術的應用地質地形測量地面常規測量方法攝影測量方法：航空，航天LIDAR-激光掃描成像：最適合于城市雷達測

11、量方法：雷達干涉測量雷達立體影像測圖雷達影像陰影形狀的坡度估計方法INSAR的一個重要應用DEM獲取DEM獲取技術獲取技術覆蓋面覆蓋面DEM精度精度地面測量局部、大比例尺測圖范圍1cm10cm攝影測量方法（航空）區域10cm1m激光成像（航空）區域0.5m2mSAR干涉測量區域到全球范圍5m20mSAR Shape-from-shading區域到全球范圍坡度2度為22mSAR立體測圖區域10m100mDEM獲取技術的比較地質地震檢測地質山體滑坡檢測地質地面沉降水利水災檢測農業農作物分類林業森林制圖林業極化干涉測量1.影像配準2.干涉圖生成3.基線估算4.去平地效應5.去噪6.相位解纏7.DEM生成8.地理編碼流程控制計算高程根據相位差計算高程。cos)4()sin(2)4()(22BBhyZ實際的轉換模型更加復雜一些。 計算高程三：INSARINSAR數據處理關鍵算法二維相位解纏對于一個給定的纏繞相位場，如果它是連續的，那么相位解纏是與路徑無關的積分。一個一般的結論：解決辦法：找出相位不一致的地方 選擇適當的積分路