InSAR基本原理及其误差来源.docx

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1、InSAR基本原理及其误差来源合成孔径雷达干涉测量技术（syntheticapertureradarinterferometry,InASR）将合成孔径雷达成像技术与干涉测量技术成功地进行了结合，利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，可以精确的测量出图像上每一点的三维位置和变化信息。合成孔径雷达干涉测量技术是正在发展中的极具潜力的微波遥感新技术，其诞生至今已近30年。起初它主要应用于生成数字高程模型(DEM)和制图，后来很快被扩展为差分干涉技术(differentialIn

2、SAR,DInSAR)并应用于测量微小的地表形变，它已在研究地震形变、火山运动、冰川漂移、城市沉降以及山体滑坡等方面表现出极好的前景。特别，DInSAR具有高形变敏感度、高空间分辨率、几乎不受云雨天气制约和空中遥感等突出的技术优势，它是基于面观测的空间大地测量新技术，可补充已有的基于点观测的低空间分辨率大地测量技术如全球定位系统(GPS)、甚长基线干涉(VLBI)和精密水准等。尤其InSAR在地球动力学方面的研究最令人瞩目。随着InSAR应用的广泛开展，尤其是在长时间序列的缓慢地表形变监测方面的深

3、入应用，发现传统InSAR技术存在不可客服的局限，主要表现在以下几个方面：（1）长时间序列上的时间去相干问题，特别是重复轨道观测的InSAR处理。地物在时间序列上的变化导致其散射特性的变化，从而大大降低地物在不同时间上的相干性，导致InSAR处理的失效。（2）传统DInSAR侧重于单次形变的研究，使用到的SAR图像少，而且对SAR图像的要求非常高，通常要保证两次卫星的基线距比较小，否则会引入严重的几何去相干问题，这大大限制可被利用于感兴趣区的InSAR监测图像质量。（3）大气相位的不均匀延时影响，

4、由于大气本身的非均质性和不同时刻大气状况的迥异，尤其对于不同季节的干涉图像对，大气相位成为传统InSAR处理干涉相位中不可避免的信号之一，严重的影响了所获得的DEM和地表形变的精度。除此之外，InSAR处理所获得的DEM和地表形变精度还受系统自身的热噪声等因素的影响，因此传统InSAR虽具有独特优势，但是其自身的局限性又大大阻碍了其大规模的应用。一.InSAR基本原理机载或星载SAR系统所获取的影像中每一像素既包含地面分辨元的雷达后向散射强度信息，也包含与斜距（从雷达平台到成像点的距离）有关的相位

5、信息。将覆盖同一地区的两幅雷达图像对应像素的相位值相减可得到一个相位差图，即所谓干涉相位图(Interferogram)。这些相位差信息是地形起伏和地表形变(如果存在)等因素贡献和的体现。InSAR正是利用这些具有高敏感特性的干涉相位信号来提取和分离出有用信息（如地表高程或地表形变）的，这一点与摄影测量和可见光、近红外遥感主要利用影像灰度信息来重建三维或提取信息是完全不同的。本文是针对重复轨道横跨轨道工作模式的描述1.干涉相位信号地面目标的SAR回波信号不仅包含幅度信息A，还包括相位信息，SAR图

6、像上每个像元的后向散射信息可以表示为复数。相位信息包含SAR系统与目标的距离信息和地表目标的散射特性，即：3.1式3.1中，为双程距离相位；R为SAR与目标之间的斜距；为地面目标的散射相位。设地面目标点P两次成像时的图像分别为：3.2式中，为主图像，为辅图像。且有：3.3通过主辅图像的共轭相乘，可得复干涉图为：3.4式中，*表示取共轭。设为干涉相位，则有：3.5如果两次成像时，地面目标的散射特性不变，即，斜距差，则干涉图的相位仅与两次观测的路程差有关，即：3.6这里的是真实干涉相位。实际处理中得到

7、得到的相位整周数是未知的，即缠绕相位，为了得到真实相位必须对缠绕相位进行解缠操作。对干涉相位进一步分解得：3.7式中分别表示由地球形状，地形起伏，地表形变，大气以及噪声引起的干涉相位。2.InSAR高程测量通常重复轨道InSAR观测的几何关系如图所示。S1和S2分别表示主辅图像传感器，B为基线距，为基线距与水平方向倾角，为主图像入射角，H为主传感器相对地面高度，R1和R2分别为主辅图像斜距，P为地面目标点，其高程为h，为P在参考平地上的等斜距点。为讨论方便，假设主从相对获取期间无地表形变，且无大气

8、影响。图3.1InSAR高程测量原理图将基线沿着入射方向和垂直于入射方向进行分解，可以得到垂直基线斜距和平行基线斜距:3.8在远场情况下，可以假设，则式可表示为：3.9在参考面为平地的条件假设下，根据三角关系，有3.10分别对式3.9和式3.10的两边取微分，有3.11将式3.11下式代入上式可得：3.12式中，左边表示临近像素的干涉相位差；右边第一项表示目标高程变化引起的相位，右边第二项表示无高程变化的平地引起的相位，称之为平地相位。为了反演高程，需要去除平地相位，直接建立干涉相