干涉相位条纹图
平地相位条纹图
去平地相位后干涉条纹图

平地效应的去除

平地效应的去除
GO
InSAR高程测量
几何测量
几何测量 1和2为两次航过时的卫星位置，地面点P的高程为h， 假设地球为平面且无形变，根据高程模型地面点P的高 程可表示为: 对三角形12P，由余弦定理得:
则
相位测量
在标准模式下，一副天线发射雷达波，再利用两 副天线同时接收回波。在“乒乓” 模式下，每个天 线交替传输并接收自己的回波。
InSAR技术背景
RAR
SAR
强度信息
相位信息 提取
提取
InSAR
InSAR数据的获取

原始数据的获取
InSAR 至少需要联合从不同空间位置获取的两 幅SAR 图像来进行处理。获取信号的干涉系统 可分为两类:
双天线干涉(机载) 单天线重复轨道干涉(星载)
InSAnSAR本质
本质上来说, InSAR是利用高敏 感度特性的相位信号来提取有用 信息； 摄影测量和可见光近红外遥感主 要利用影像灰度信息来提取有用 信息,因此专门的InSAR数据处 理软件包必须重新开发。
辐射或 散射电 磁波
任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反 射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同 一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同 的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱 也各不相同
两幅雷达影像经过配准处理后，就可以生成干涉图：
S (R1 )S * (R2 ) A(R1 ) A(R2 ) exp(i )
其中
( R1 ) ( R2 )，称为相位差。
如果雷达两次观测期间地面散射特性没发生变化，即不
存在时间失相关，则两次回波信号的随机散射相位相等 ，这时两回波信号的相位差，可表示为：
干涉相位图中密集的干涉条纹掩盖了地形变化 ，不能直观地体现地形变化； 条纹的密集增加了相位解缠的难度。
平地效应原理
相位包含两方面的信息：斜距信息和地面点的高度信息
目标点P1和P2的干涉相位差为：
平地相位引起的干涉条纹具有以下特性： （1）平地相位的存在，使干涉相位图中的条纹 变得密集。 （2）干涉图的方位向和距离向都有可能存在平 地效应。
结 论
雷达斜距或地面分辨率仅与雷达波 特征和雷达侧视角有关系,而与雷 达天线的大小无关,但是方位向分 辨率主要由雷达天线的长度所决定。 局限性：方位向分辨率太低
内容提要
InSAR的技术背景和思想来源
InSAR数据的获取
InSAR基本原理
InSAR高程测量
InSAR DEM数据处理流程
InSAR技术背景
InSAR简介
主讲人：王浩 湖北大学资源环境学院
InSAR:合成孔径雷达干涉（Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR) 注：S：Synthetic 英[sɪnˈ θetɪk] 美[sɪnˈ θɛtɪk]
adj. 合成的；人造的；摹拟的，虚构的； n.合成物；合成纤维；合成剂
Z 轨道 1
S1 B ‖ θ H
B α B⊥
S2
轨道 2
R1
R2
P X h Y
InSAR几何原理图
相位计算
通过对同一目标的两次观测，雷达天线可获得地面目标的 两次回波信号。根据波动方程，两次回波信号用复数分别 表示为：
S ( R1 ) a b i A( R1 ) exp(i ( R1 )) S ( R2 ) a b i A( R2 ) exp(i ( R2 ))
数据处理流程
平均强度图和干涉相位图
average.pwr.bmp
20090429-20090327.int.bmp

平地效应的去除
A： Aperture 英[ˈ æpətʃə(r)] 美[ˈ æpətʃɚ]
n. 孔，洞；（照相机，望远镜等的）光圈；孔径；缝隙 In： Interferometry
英[ɪntəfɪə'rɒmɪtrɪ] 美[ɪntəfɪr'rɒmɪtrɪ]
n. 干涉测量（法）
问题
DEM数据的读取 InSAR的本质 InSAR软件包 InSAR应用 RAR和SAR 去平地效应
空中部分
地面部分
SAR 影像 雷达 粗数据 地面接收站
InSAR 成像原理
Antenna 2
Antenna 1
r2
r1
InSAR基本原理
合成孔径雷达干涉测量原 理是通过两副天线同时观测， 或一副天线两次观测，在获取 同一地区的两幅复值影像中产 生了相位差，形成干涉图，干 涉图中包含了斜距向上的点与 两天线位置之差的精确信息。 因此，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，就可以精确 地测量出图像上每一点的三维 位置和变化信息。
side-looking radar
侧 视 成 像 雷 达 系 统 结 构 图
侧 视 成 像 雷 达 系 统
真 实 孔 径 侧 视 雷 达 系 统
基本概念
分辨率 结论
基本概念
与轨道垂直的面内的椭圆锥顶角即波束高度角 与天线宽度D关系为：
沿轨的椭圆锥顶角与雷达天线长L度关系为：
相应的天线幅照带尺寸是：
，通常可以通过估计距离向和方位向的条纹频率来进
行相应的补偿，从而得到表示地面高程的相位，并反 演地面高程 。
去平地效应
两幅SAR复图像共轭相乘得到干涉图，提取干 涉图的相位部分得到干涉相位图，干涉图的相 位主要是由地形的高度变化引起的，此外，相 同高度的平地在干涉图中的相位也会周期性变 化，称之为平地相位，产生平地相位的现象称 为平地效应。
InSAR
软 件 包
InSAR应用
地震方面的：1. D-InSAR技术应用于汶川地震地表位移场的空间分析 （中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室/《地震地质》 2010年02期 ） 2.芦山地震InSAR同震形变及断层滑动分布反演初步结 果 (地震动力学国家重点实验室 中国地震局地质研究所 土地测量与地理 资讯学系香港理工大学/《中国地球物理2013——第二十七分会场论文 集》2013年) 地形测绘方面的：1.InSAR技术在地形测绘中的应用（山东科技大学 地球信息科学与工程学院 山东科技大学地球信息科学与工程学院 山 东科技大学地球信息科学与工程学院 江苏常州市测绘院/《矿山测量 》 2006年01期 ） 另外，INSAR技术还在地表变形监测、地裂缝监测、滑坡监测等方面 有重大应用。
在标准模式中， 以A1信号为参考，则干涉图相位差为
在“乒乓”模式中，干涉图相位差为
？
重复轨道干涉本质上是在 对于星载系统P=2。 “乒乓”
？
模式。 对于机载系统P=1，
由地形引起的斜距差，可以根据卫星与地面目标的几何 位置测得，但这种测量方法受分辨率的限制，数米的精 度远远不能满足地形测绘的要求。InSAR技术利用相位 来测定斜距差，相位的量测精度为波长的几分之一，可 以达到亚厘米级的精度。 则
4 4
( R1 ) ( R2 )

( R1 R2 )

R
相位组成
假设两次成像期间地
表未发生形变并忽略
大气和噪声影响，干 涉相位中仅包含地形 贡献。干涉的真实相 位表达为：

4 4 4 4

( R1 R2 )

R

B sin( )
对于欧洲遥感卫星数据（ ERS-1和 ERS-2 ） ， D=1米，L=10米， Rm=850公里，波长为5.66厘米 （ C波段），入射角为23度。因此， 理论上幅照带尺寸为
分辨率
在雷达脉冲发射方向上所能分辨的最小距离
方位向分辨率为：
距离向分辨率为： 地面距离分辨率为：
问题：
例如，一个3 米长天线，工作波长为5.66厘米 （ C波段 ），飞机飞行地面高度为1400米，波 束入射角23度（Rm约1600米），因而方位向 分辨率约 30m ?。同样的C波段侧视雷达，地面上 斜距为850公里，将产生一个约 16km ?的方位向分辨 率，对大多数应用来说，这样的精度太粗糙。 ? 长，这样口径 为了减少到30米，需要天线约 1.6km 的天线实现起来非常困难。

B||
根据上述分析可知：不仅地形高度可以引起干涉相位 的变化，在无高程变化的平坦地区，也存在干涉相位 的变化，即平地效应，所谓平地效应是指高度不变的
平地在干涉条纹图中所表现出来的随距离向和方位向
而呈周期性变化的现象，如图所示。
干涉条纹图像中通常包含很严重的平地效应，严重影 响相位解缠和高程等参数计算的精度，因此，需要从 干涉相位中去除参考面相位，即“去平地效应”处理
雷达回波信号的相位一般由两部分组成，一部分是由雷 达波经过的传播路径（雷达天线到目标点的斜距）确定 的相位；另一部分是地面目标散射引起的相位，它是一 个随机变量。由此，回波信号相位可表示如下：
2 ( R ) 2 R1 arg{U1} 1 ( R ) 2 2 R arg{U } 2 2 2

“杨氏双缝干涉实验”
InSAR的思想来源
光波的干涉现象
不同高度的地面点到传感器
双缝光波到墙
壁的距离不同
的距离不同;同一地面点到不 同时刻传感器的距离不同
InSAR技术背景

InSAR全称
“InSAR”是一个嵌套式的英文缩写, 即radio detection and ranging (Radar, 无线电探测与 测距, 简称雷达), synthetic aperture radar (SAR, 合成孔径雷达), SAR interferometry (InSAR, 合成孔径雷达干涉)。