2 SAR 原理与形变测量
微波测量
微波：波长在 至 的波段范围的电磁波。
微波辐射特征：叠加、相干、衍射、极化（偏振
微波测量：用传感器获取目标地物的微波辐射，对其进行判读处理和识别。
微波测量分类：被动微波测量、主动微波测量。
微波测量特点
- 具有穿云透雾的能力；
- 可以全天候工作；
- 对地表面的穿透能力强；
- 具有独特的探测能力（海洋、土壤、地下测量
） 。
微波传感器
- 非成像传感器：微波散射计、雷达高度计；
- 成像传感器：微波辐射计（被动测量
） 、
侧视雷达
基本原理：距离不同导致通过脉冲波发射和接收的时间差不同。
距离分辨率：在侧视方向上的分辨率（视角越大、距离越远，分辨率越高）
方位分辨率：在航线方向上的分辨率（天线越长、距离越近，分辨率越高）
侧视雷达图像的几何特征
- 距离向畸变：斜距方向上图像被压缩；
- 地形畸变：透视收缩（面向雷达的前坡被压缩
） 、 ） 、
侧视雷达图像的信息特点
- 地面状况（光滑 - 反射，粗糙 - 散射
） 、 - 极化（偏振
） ： - 斑点：电磁波相位变化导致亮点和暗点（降低分辨率
） （ - 角反射：回波信号强，形成亮点或亮线
- 物理性质：复介电常数（高 - 反射强
） 、
微波传感器及其测量平台
海洋卫星 SEASAT、航天飞机成像雷达 SIR、RADASAT、ENVISAT 等。
SAR
SAR 基本原理
合成孔径雷达 SAR：微波波段的主动式成像传感器，解决大天线和短波长的矛盾。
基本原理：将天线分成小单元短天线，每一单元记录的数据形成相干影像，经过处理达到很长孔径天线的效果
合成孔径雷达干涉测量（InSAR
SAR 发展阶段
- Radar 无线电测距
- RAR 真实孔径雷达
- SAR 合成孔径雷达
- InSAR 雷达干涉测量
- D-InSAR 差分干涉雷达
InSAR
InSAR 基本原理
InSAR：利用 SAR 对同一地区获取两幅或以上的影像来干涉（知道天线位置 H、B、a 和雷达参数就能计算高程值
双天线干涉（地面、机载系统
单天线重复轨道干涉（星载系统
双星串联飞行模式
InSAR 数据处理
- 影像配准：同名点之间建立几何变换模型和重采样（相干系数法、最大干涉频谱法、相位差影像平均波动函数法
） 。 - 干涉图生成：将两幅配准后的复数影像共轭相乘（用相干性测度衡量干涉相位质量
） 。 - 噪声滤除：滤波处理，多视处理
- 平地效应消除：干涉图的基础上二次差分
- 相位解缠：在相位差主值基础上 + /-2π 的整数倍（基于路径控制的积分法、基于最小二乘的整体求解法
） 。
InSAR 的局限性
- 时间失相关：对两次成像来说，各自随机附加的噪声不同或不相关，在相位差分是无法抵消的，造成信噪比很低，干涉图不明显，数据处理变得困难；
- 大气相位延迟：易变的大气条件可能会导致不同的相位延迟，延迟表现在时间、空间上，甚至会掩盖有用信息；
GPS 和 InSAR
GPS：通过接收 4 颗以上的卫星确定接收机位置，可推算电离层和对流层延迟，以及测定相关的大气参数。
InSAR：高精度、全天大范围的实时观测，几乎不受天气影响。
利用 GPS 对 InSAR 数据进行精确的几何定位：利用永久反射体，在雷达影像上生成地物明显的特征点，利用 GPS 精确测定这些点的三维坐标，作为控制点校正雷达影像的几何变形误差和系统误差。
D-InSAR
对同一区域的两幅干涉图像进行差分，除去地球曲面和地形起伏的影响。
原理：
- 地表形变能导致雷达视线向的距离变化（距离向
） ； - 雷达视线（LOS）向的距离变化被记录于干涉相位中；
- 分析干涉相位，从而获取地表形变；
D-InSAR 的应用条件
- 应用合适的方法去除地形相位的影响；
- 大气相位足够小，或是应用有效的方法得以消除；
- 具有较小的相位噪声，使得影像保持相干性；
D-InSAR 和其余技术的比较
| 测量方式 | 沉降信息量 | 精度 | 周期/速度 | 作业条件 | 成本 | 数据处理 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 经典精密水准 | 点、线 | 毫米 | 长/慢 | 根据天气 | 高 | 慢 |
| GPS | 点、线 | 毫米 | 较短/快 | 全天候 | 较高 | 快 |
| D-InSAR | 点、线、面 | 亚毫米、毫米 | 短/快 | 全天候 | 低 | 快 |
D-InSAR 的原理
两轨法
三轨法
四轨法
方法比较：
- 两轨法：不需要相位解缠，但 DEM 和 InSAR 干涉图的配准不易；
- 三轨法：无需外部 DEM，不需考虑额外配准，但地形对需要相位解缠；
- 四轨法：弥补三轨法不能生成 DEM 或图像相关性差，但数据选择受限。
D-InSAR 的应用
地震形变场监测、火山形变监测、冰川运动监测、地面沉降监测等。