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1、遥感信息理论研究2005.1INSAR数据处理的若干关键技术探讨①②①于晶涛,陈鹰(①同济大学测量与国土信息工程系,上海200092;②广州市城市规划自动化中心,广州510030)摘要:合成孔径雷达干涉测量(INSAR)因具有全天时、全天候和高精度的特点而被广泛应用于地学、海洋、资源探测以及灾害监测等众多领域,但仍有若干理论和技术问题还没有得到彻底解决而限制了该项技术的大规模实际应用。本文在简要介绍INSAR原理的基础上,重点讨论数据处理中的关键技术,特别着重分析了影响INSAR测量精度的主要环节,包括当前影像匹配、去平地效应、干涉条纹图滤
2、波以及相位解缠中所存在的问题,并给出部分处理实例供学者讨论。关键词:合成孔径雷达;干涉;匹配;平地效应;滤波;解缠中图分类号:TP751文献标识码:A文章编号:1000-3177(2005)77-0024-04据雷达波长和周期以及雷达天线位置可以推算出地面散射1引言单元的三维位置。合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar)因为具有全天在图1所示的雷达成像示意图中,可以通过卫星定轨技时、全天候和高精度的特点而被广泛应用于地学、海洋、资源术确定雷达天线的位置和卫星飞行高度H,并且雷达传感探测以及灾害监测等众多领域[1]。合成孔
3、径雷达干涉测量器可以给出对应于每一地面闪射单元的雷达波入射角θ,雷(INterferometricSAR,INSAR)则是在上世纪九十年代以来达波斜距R由回波延迟时间和波速可以得到,根据这三项迅速发展起来的雷达应用技术。虽然时间短暂,但其在数字可以从单幅影像求得地面散射单元的高程h。三维测图与地面形变监测领域的优势与潜力已得到证明。在国外,合成孔径雷达雷达干涉测量已经从早期的论证研究阶段发展到了比较成熟的应用研究阶段,积累了大量经验和研究成果,并且已取得了厘米级的应用精度,而我国在这方面的应用正在起步。合成孔径雷达干涉测量之所以迟迟没有投入
4、大规模实际应用,一方面因为当前能做干涉处理的数据比较难获取而且价格昂贵,另一方面也是因为关于干涉的若干理论和技术问题还没有得到彻底解决,使得干涉测量的实际应用精度还远远没有达到它的理论精度水平(可达到厘米级甚至毫米图1INSAR几何示意图级),而且相关的流程化处理系统和软件也有待于完善。本文在简要介绍INSAR原理的基础上,重点讨论数据h=H-R1cosθ(1)处理中的关键技术,特别着重分析了影响INSAR测量精度由雷达高度计给出的航高H的精度大约在米级,但是的关键环节,包括当前影像匹配、去平地效应、干涉条纹图滤雷达传感器直接给出的入射角θ
5、只是相对于散射单元中心波以及相位解缠中需要进一步研究的问题,并给出部分处理的标称值,精度较差,就是区分相邻像素之间的入射角都很实例供学者讨论,希望能促进对该技术的理论与应用研究。困难,因此直接从单副影像重建的三维地面模型是很不精确的,没有实际用途。干涉测量技术的根本目的就在于寻求新2INSAR测高原理与数据处理的主要环节途径计算精确的雷达波入射角,进而根据成像几何重建精确合成孔径雷达干涉测量的原理简单来说是利用电磁波的三维地面模型。的相干性质测距。如果两个相干源的位置关系确定,则两束在图1中,由雷达天线S1和S2所获取的对应于地面同电磁波将
6、在传播路径的确定位置产生干涉相长或者干涉相一散射单元的相位之差为:消,通过测量被地面反射而回的干涉电磁波的相位位置,根4π4πΔ<=(R1-R2)≈Bsin(θ-α)(2)λλ收稿日期:2004-06-17基金项目:教育部高等学校博士学科点专项基金资助项目(20010247024)。作者简介:于晶涛(1976～),男,吉林省东丰县人,工学博士,主要研究遥感与数字摄影测量、数字图像处理等。24©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.ht
7、tp://www.cnki.net2005.1理论研究遥感信息式中λ为雷达波长,B为两个天线之间的空间矢量,称以上二式是针对两个雷达天线分别独立地发射和接收为基线,是决定干涉系统性能的关键参量,α为基线与水平雷达波信息的情况下推出的,对于只有一个天线发射信号的面的夹角。INSAR系统,将式中的4π改为2π即可。式(2)中的Δφ即为干涉测量中的干涉相位,可以通过如果雷达原始数据的成像处理部分不予讨论,只关注从[3]干涉处理直接从影像上获得;式中的B和α通过基线估计获单视复数影像(SingleLookComplex,SLC)直到生成地面得,于是
8、可通过下式求得精确的雷达波入射角:高程模型的干涉处理流程可分为:①影像预滤波;②复数影λ·Δφ像配准;③干涉图计算;④去平地效应;⑤干涉条纹图滤波;θ=arcsin+α(3)4π
