雷達干涉測量(崔松整理)

1、雷達干涉測量（崔松整理）第一章 緒論第二章 雷達SAR：使用短天線一段時間內(nèi)不斷收集回波信號，通過信號聚焦處理方法合成一較大的等效天線孔徑的雷達。1.1雷達及雷達遙感發(fā)展概況ENVISAT與ERS的SAR傳感器相比，Envisat ASAR的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：Ø掃描合成孔徑雷達(ScanSAR)可達到500km的幅照寬度；（ERS只有100km）Ø可獲得垂直和水平極化信息；（如果發(fā)射的是水平極化方式的電磁波，與地物表面發(fā)生作用后會使電磁波極化方向產(chǎn)生不同程度的旋轉(zhuǎn)，形成水平和垂直兩個分量，用不同極化方式的天線接收，形成和兩種極化方式的圖像。若雷達發(fā)射的是垂直極化方式的電磁波，

2、同理，會產(chǎn)生和兩種極化方式的圖像。）Ø交替極化模式可使目標同時以垂直極化與水平極化方式成像；Ø有不同的空間分辨率和數(shù)據(jù)率；Ø可提供7個條帶，入射角在15°45°的雷達數(shù)據(jù)。RADARSAT多極化、多入射角ALOSALOS采用了先進的陸地觀測技術(shù)，能夠獲取全球高分辨率陸地觀測數(shù)據(jù)。該衛(wèi)星載有三種傳感器：全色立體測圖傳感器，新型可見光和近紅外輻射計、相控陣型L波段合成孔徑雷達（PALSAR）。PALSAR不受云層，天氣和晝夜影響，可全天時全天候?qū)Φ赜^測，該衛(wèi)星具有多入射角，多極化，多工作模式及多種分辨率的特性，最高分辨率可達7m。（ERS、ENVI

3、SAT是多入射角嗎？）TerraSAR-XTerraSAR-XTerraSAR-X 是固態(tài)有源相控陣的X 波段合成孔徑雷達（SAR）衛(wèi)星，具有多極化、多入射角的特性，具備4 種工作方式和4 種不同分辨率的成像模式。Ø高分辨率聚束式(High Resolution SpotLight(HS)Ø聚束式(SpotLight Mode(SL)Ø寬掃成像模式(ScanSAR Mode(SC)Ø條帶成像模式(Stripmap Mode(SM)COSMO-SkyMedCOSMO-SkyMed星座共包括4顆SAR衛(wèi)星工作在X波段，具有多極化、多入射角的特性，具備3種工作

4、方式和5種分辨率的成像模式，作為全球第1個分辨率高達1 m的雷達成像衛(wèi)星星座，COSMO-SkyMed系統(tǒng)將以全天候、全天時對地觀測的能力、衛(wèi)星星座特有的高重訪周期和l m高分辨率成像1.2InSAR及發(fā)展概況SAR的不足：SAR傳感器獲取的原始資料主要包含兩種信息：一是地面目標區(qū)域的二維圖像，二是地面目標反射回來的相位SAR成像沒有利用回波相位信息。經(jīng)過SAR成像處理后，對于地表三維目標，得到二維SAR圖像，即目標到SAR衛(wèi)星的斜距和相對于航跡的位置(或多普勒頻率)被投影到二維的SAR圖像上，要得到目標的三維坐標，需要利用立體定位的方法的得到目標的三維坐標。INSAR（合成孔徑雷達干涉測量）

5、：一種以合成孔徑雷達復(fù)數(shù)據(jù)提取的干涉相位信息為信息源獲取地表三維信息和變化信息的技術(shù)。InSAR：利用短基線(一般為幾十1000 m)，由相鄰航線上觀測得到的同一地區(qū)兩幅SAR影像的相位進行干涉處理來獲取高程資料，由得到的目標點的三維坐標建立高精度的數(shù)字高程模型(DEM)D-InSAR：以InSAR為基礎(chǔ)發(fā)展起來的差分雷達干涉測量(D-InSAR)對于高度的變化非常敏感PS-DInSAR：利用散射特性在時間上保持穩(wěn)定的高相干點來獲取可靠的干涉相位信息GPS技術(shù)與InSAR技術(shù)結(jié)合：一方面可以利用GPS技術(shù)消除InSAR的大氣及軌道誤差，提高其時間分辨率，解決時間去相關(guān)問題；另一方面，可以利用I

6、nSAR技術(shù)提高GPS的空間分辨率，從而進行大尺度的地表形變監(jiān)測。1.3 InSAR的主要應(yīng)用高程生成、（地形圖測繪）地面沉降、地震、滑坡檢測、火山活動研究（可連續(xù)動態(tài)監(jiān)測地表變化，還可估計巖漿流厚度和寬度 活火山現(xiàn)場觀測原來對人員設(shè)備危險）、土地利用類型分類（可區(qū)分林地、開闊地，風、雪融對相干圖的影響，基線越長對地表微小運動和變化越敏感）、海洋應(yīng)用（利用相位差得到風力、海潮、內(nèi)波、船尾浪引起的洋面變化）冰川運動和極地陸地邊緣探測、山體運動監(jiān)測、坡度估計、變化監(jiān)測1.4.InSAR的技術(shù)發(fā)展趨勢 雷達傳感器向著多波段，多極化，多工作模式，視角可變的方向發(fā)展。SAR 衛(wèi)星向著輕型化發(fā)展。是組成

7、SAR 衛(wèi)星星座、衛(wèi)星編隊、衛(wèi)星編隊星座等天基 SAR 系統(tǒng)的關(guān)鍵。SAR 向著高分辨率，寬測繪帶寬方向發(fā)展InSAR 數(shù)據(jù)獲取更為豐富、便捷。InSAR 與其他技術(shù)的融合。相位解纏，極化干涉和 PS 技術(shù)仍是 InSAR 理論研究的熱點InSAR 應(yīng)用更為廣泛第二章 InSAR 基本原理及數(shù)據(jù)處理1. SAR影像的特點1. SAR 影像是復(fù)數(shù)影像， 包括振幅圖和相位圖影像。復(fù)影像：復(fù)影像數(shù)據(jù)包括雷達波振幅和相位兩部分，被稱為復(fù)數(shù)的實部和虛部。SAR 影像的每一像素不僅包含反映地表微波反射強度即所謂的灰度值，而且還包含與雷達斜距有關(guān)的相位值，這兩個信息分量可用一個復(fù)數(shù)(a + b·i

8、)來表達。2. 斑點噪聲雷達記錄的信號是不同散射中心回波矢量的疊加，由于散射中心的回波是隨機變化的，這種隨機變化造成了相干斑噪聲。另一方面，相鄰像素點的灰度值會由于相干性而產(chǎn)生一些隨機變化，在圖像中也會產(chǎn)生斑點噪聲原因一：由于 SAR 系統(tǒng)的分辨率是有限的，目標表面相對于系統(tǒng)波長比較粗糙，圖像中的每一個分辨率單元都是許多散射點的合成。雷達記錄的信號是不同散射中心回波矢量的疊加。由于散射中心的回波是隨機變化的，這種隨機變化造成了相干斑噪聲。 原因二：SAR 成像系統(tǒng)是基于相干原理的，在雷達回波信號中，相鄰像素點的灰度值會由于相干性而產(chǎn)生一些隨機變化，并且這種隨機變化是圍繞著某一均值而進行的，在圖

9、像中也會產(chǎn)生斑點噪聲。 相干斑點噪聲是 SAR 圖像固有的特征3. 穿透性4. 幾何特征縱向：平行于衛(wèi)星的飛行航線，方位向 橫向：垂直于衛(wèi)星飛行的航線，距離向 SAR 影像幾何特點：距離收縮、透視收縮、疊掩和陰影等現(xiàn)象。5. 多視處理SAR 影像有兩種顯示方式：斜距顯示和地距顯示。2.SAR干涉測量工作模式InSAR工作方式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(wèi)星不受大氣影響，軌道和姿態(tài)穩(wěn)定，為重軌干涉測量提供了較好的條件。1. 交軌干涉測量（XTI）飛行平臺上同時裝載兩個天線，其中一個負責發(fā)射并接收雷達波束，另一個則只負責接收，這樣基線固定，只要能準確確定平臺位置

10、，就有利于獲得高質(zhì)量的干涉測量數(shù)據(jù)和高程計算結(jié)果航空平臺多采用這種方式，航天飛機也實現(xiàn)了這一方式（SRTM）準確確定平臺位置 GPS 、平臺姿態(tài)穩(wěn)定 INS 側(cè)滾的影響和坡度的影響很難區(qū)分 相位差由側(cè)滾引起變化2. 順軌干涉測量(ATI）雙天線，在飛機上一前一后目前只是在飛機上采用，主要用于海流速度制圖、運動目標探測、方向波浪譜測量3. 重復(fù)軌道干涉測量（RTI)只需要一根天線，在盡可能短的時間間隔內(nèi)，在大致相同的的軌道上，兩次獲取同一地區(qū)的數(shù)據(jù)。目前航天INSAR的主要工作方式。航天InSAR具有航高高，姿態(tài)穩(wěn)定的特點，但是需要精確確定平臺位置，等效基線必須符合一定的要求， 而目前提供的參數(shù)

11、均不精確，所以存在“參數(shù)估計問題”SAR重復(fù)軌道干涉條件 兩次觀測期間地物沒變化 穩(wěn)定的觀測幾何關(guān)系，姿態(tài)穩(wěn)定 作運動補償后，能保留好內(nèi)在的相位信息相位構(gòu)成：雷達接收信號中的相位由四部分貢獻組成：1) 是往返路徑確定的相位；2) 是地表不同的散射特性造成的隨機相位；3) 大氣延遲的影響；4) 噪聲。3.InSAR成像幾何關(guān)系式中，左邊表示相鄰像元的干涉相位差，右邊第一項表示目標高程變化引起的相位，第二項表示平地引起的相位，第二項引起的相位必須消除掉才能得到地形引起的相位，這就是所謂的“去平地”。去平地相位之后，可以得到相位與高程之間的關(guān)系： 也可表示為 對于雷達干涉測量系統(tǒng)而言，4是一個參數(shù)，

12、雷達波長已知，通過計算每個像元對應(yīng)的垂直基線分量B 、入射角以及傳感器到地物的距離，即可通過高程h 與相位 的函數(shù)關(guān)系求解地表高程，這就是雷達干涉測量的基本原理。5.InSAR影像相干性估計相干性：是指兩幅圖像的相干程度，相干性是衡量InSAR 像對處理效果的指標，相干性的高低決定了干涉條紋的質(zhì)量，從而決定了干涉處理的結(jié)果SAR 影像干涉處理以影像之間的相干性為基礎(chǔ)。相干性是衡量InSAR 像對處理效果的指標，相干性的高低決定了干涉條紋的質(zhì)量，從而決定了干涉處理的結(jié)果，相干性很低的像對很難進行干涉處理，因此，常常利用相干性指標進行干涉像對的選取。最大似然法相干估計具有一些優(yōu)點：Ø 無

13、需計算干涉相位；Ø 干涉相位誤差對其沒有影響；Ø 可直接應(yīng)用于單視圖像；Ø 不受局部干涉條紋頻率或相位估計誤差影響去相干分析去相干源； 原因分析 補償策略幾何去相干； 雷達觀測視角； 短基線與濾波處理；多普勒去相干； 不同時相多普勒質(zhì)心頻率； 通過系統(tǒng)參數(shù)控制與濾波處理；系統(tǒng)熱噪聲； 基線設(shè)置參數(shù)與地表反射特征； 依靠硬件設(shè)置來減少；體散射特征去相干； 雷達回撥的穿透能力,與波長存在較大系；選擇同季節(jié)的數(shù)據(jù)；地面目標地物變化； 地面目標的物理特性變化； 縮短時間基線；數(shù)據(jù)處理； 數(shù)據(jù)處理過程引入的誤差； 選擇比較精確的算法；6. INSAR數(shù)據(jù)處理基本流程n復(fù)圖像

14、配準基于精密衛(wèi)星星歷和相干系數(shù)的配準 最大頻譜干涉法 相位差平均梯度函數(shù)法n基線估計去平地效應(yīng) 高程估算 地理編碼n干涉圖的生成兩復(fù)數(shù)共軛相乘得到像元干涉后的復(fù)數(shù)表示形式。對所有像元進行共軛相乘即可生成干涉圖。n平地效應(yīng)消除和干涉圖的濾波相位圖中高度相同而干涉相位差不同的現(xiàn)象稱為平地效應(yīng)。n相位解纏和相位值向高程值轉(zhuǎn)換從干涉圖上直接獲得的相位是值在(-, 之間，相位存在2 的模糊。為了能夠?qū)⒏缮嫦辔缓透缮鎴D的成像幾何關(guān)系聯(lián)系起來，獲得地形高程和實際的地面距離，需要加上正確的2k ，這一過程稱為相位解纏。nDEM 生成及地理編碼影響InSAR 數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素衛(wèi)星系統(tǒng)：入射角、空間分辨率、系統(tǒng)噪聲

15、、影像失配、內(nèi)部時鐘偏差、近似聚焦軌道：定位精度、基線、重復(fù)軌道時間差、不平行軌道信號：頻率、極化、帶寬、噪聲/斑點地形地物：體散射、坡向（相位梯度角）、地表物體特征（如凍土）氣候條件：風（造成散射體運動）、雪（造成去相干）大氣層：大氣折射7.InSAR軟件簡介GAMMA：該軟件分為組件式SAR處理器(MSP)，干涉SAR處理器(ISP)，差分干涉處理和地理編碼(DIFF&GEO)，土地利用工具(LAT)和干涉點目標分析(IPTA)五個模塊SARscape：由核心模塊、聚焦擴展模塊、濾波擴展模塊、掃描式干涉雷達處理擴展模塊、極化雷達處理擴展模塊、干涉疊加擴展模塊組成。8. INSAR技

16、術(shù)存在的問題INSAR技術(shù)存在的問題單視復(fù)數(shù)據(jù)的高精度配準時間基線的去相關(guān)現(xiàn)象散射目標在重復(fù)軌道兩次觀測期間散射特性的變化所導(dǎo)致的時間去相干。主要是指散射體在分辨單元內(nèi)位置或者自身散射特性隨時間的變化，其保持相干時間長短與本身的性質(zhì)有關(guān)。空間基線的去相關(guān)和參數(shù)精確估計由于入射角的不同，在距離向地物頻譜投影到數(shù)據(jù)頻譜時出現(xiàn)偏移相位解纏第三章 InSAR配準算法原理1.SAR影像配準的要求圖像配準的目標是在兩幅圖像之間找到對應(yīng)同一位置的匹配點。InSAR影像的相位信息遠比能量信息對地形的變化敏感。對于雙天線而言，數(shù)據(jù)配準相對比較容易 對于重軌INSAR數(shù)據(jù)配準，配準的難度較大 軌道很難準確控制 導(dǎo)

17、航數(shù)據(jù)不準確 其它干擾因素使影像有差異如果配準誤差大于或等于一個像元，則兩幅圖像完全不相干，干涉圖為純噪聲，因此，配準精度必須達到子（亞）像元級。1. SLC數(shù)據(jù)處理與顯示SLC：單視復(fù)型數(shù)據(jù)，一般以實部數(shù)據(jù)文件和虛部數(shù)據(jù)文件的形式存在，即單天線某一時段所獲取數(shù)據(jù)的集合。影像不清楚的原因：由于振幅信號離散程度比較大，加上噪聲和因干涉效應(yīng)產(chǎn)生的或甚強或甚弱的信號，使數(shù)據(jù)的分布出現(xiàn)極不正常的情況，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)都是振幅強度很小的數(shù)值，振幅強度大的點極少。解決方法：1. 對圖像進行預(yù)處理，進行振幅影像的增強2. 采取直方圖分析的方法，即將頻數(shù)很少的而振幅強度很大的點都組合到一起，將數(shù)值范圍壓縮，減小零

18、星點的影響。3. 去噪增強，對影像進行對數(shù)變換，抑制亮區(qū)，采用3X3窗口去除噪聲。2. 對數(shù)變換和去噪聲1）對數(shù)變換：對于數(shù)值很大的振幅強度值經(jīng)過對數(shù)變換，可以將其數(shù)值范圍壓縮，這樣就可以起到抑制作用。2）噪聲判斷與去除：采用領(lǐng)域分析法進行處理。3）再作對數(shù)變換 4）顯示灰度變換后的數(shù)據(jù)5）鏡像處理：以便和地形圖和專題圖對照時，方向基本一致。5）多視處理（行方向壓縮）：由于原始數(shù)據(jù)在方向上象元分辨率高于斜距方向上的分辨率，往往要進行壓縮。6）確定重疊區(qū)（以找明顯同名點）切出重疊區(qū)2. 配準原理基于相位的配準，配準的標準配準指標：評價 InSAR 復(fù)影像配準的常用指標：相干系數(shù)，平均波動函數(shù)，干

19、涉條紋頻譜。1 相干系數(shù)法在參考影像以待匹配點為中心取一定大小的窗在對應(yīng)輸入影像的一定搜索范圍內(nèi)，逐行、逐個像素地移動，并計算窗口內(nèi)的相干系數(shù)，相干系數(shù)最大處即為最佳匹配點。優(yōu)點：1. 在信噪比比較高的區(qū)域能夠取得比較好的效果2. 運算量少以整像素間隔為移動距離，然后對定位結(jié)果進行多項式擬合，求出最佳點。這種后處理方法要達到子像元級的精度較為困難。信噪比較低時，并不能保證精度的明顯提高，擬合出來的極值位置甚至還可能落在所取窗口之外。 為了達到子像元級配準精度，可以將窗口中影像進行過采樣處理，或?qū)⒁苿娱g隔小于一個像元。這種方法不僅增加了計算量還需要有較好的初始匹配候選點。過采樣也沒有提高信噪比，

20、本質(zhì)上與多項式擬合的方法沒有區(qū)別 。2 最大頻譜法在目標窗的范圍內(nèi)，計算各點上復(fù)型數(shù)據(jù)的積，在此基礎(chǔ)上，做快速傅里葉變換，并計算二維頻譜值，取最大值所對應(yīng)的點為配準點。找到同名點后，計算配準系數(shù)，然后進行配準。該算法的出發(fā)點是：當影像達到精確配準時，所形成的干涉圖質(zhì)量應(yīng)達到最佳。最大頻譜法實際上是利用了InSAR影像的相位信息進行配準，即當兩幅影像相位越相近時，對應(yīng)的頻譜值越大。優(yōu)點：1. 能克服與頻率相關(guān)的各種噪聲，并且有明顯的峰值2. 匹配精度很高3. 適用于軌道平行性較差的條件下所獲得的復(fù)圖像的配準缺點：算法比較復(fù)雜，計算量很大3 相位差平均波動函數(shù)法以同名點領(lǐng)域內(nèi)相位差變化的一致性為判

21、斷依據(jù)，計算目標窗內(nèi)的相位差變化梯度的平均值，最小值對應(yīng)的位置為配準點位置。當正確配準兩幅InSAR影像時，相位差圖像上的平均起伏會達到最小化。以上三種方法的局限性：1. 采用局部窗口進行無偏估計是有局限性的，為此所得到的相似性測度與理論值存在偏差，而這種偏差往往具有不確定性，表現(xiàn)為相似性測度的計算結(jié)果上可能會出現(xiàn)多個極大(小)值(峰值或谷點)的情況。而且計算結(jié)果受噪聲或隨機干擾影響比較大，其中的最大(小)值可能并不是實際的同名匹配點。2. 以整像素間隔為移動距離，然后對定位結(jié)果進行多項式擬合，求出最佳點。這種后處理方法要達到子像元級的精度較為困難。在信噪比較高時，理論精度可達0.150.2像

22、素；信噪比較低時，并不能保證精度的明顯提高，擬合出來的極值位置甚至還可能落在所取窗口之外。3. 基于最大頻譜法的干涉影像配準從干涉條紋圖的質(zhì)量出發(fā)，以干涉圖的效果為判據(jù)，理論上最適合干涉影像配準。但這種算法需要反復(fù)生成局部的干涉圖，計算量巨大，而且根據(jù)信噪比引導(dǎo)配準也需要較高的信噪比條件。4. 配準方法多級配準流程，配準指標，粗匹配到精匹配的過程1.多級配準流程在 SAR 影像上選取一些滿足特定條件的控制點，然后再根據(jù)控制點的信息擬合出整幅圖像的配準信息，最后對圖像進行重采樣得到配準圖像。為了達到 InSAR 配準的精度要求，通常采用從粗到精的多級配準策略2.粗配準粗配準階段主要是為了得到主圖

23、像與輔圖像間的偏移。該偏移量的精度要求在30像素以內(nèi)。可以采用用戶在兩幅影像上選擇一個同名點，然后分別得到該點在各自影像上的坐標，將坐標相減就可以得到兩幅影像的偏移值。3.像元級配準像元的配準可以在影像的空間域或者頻率域進行。通常在主圖像上選取匹配窗口，根據(jù)粗匹配結(jié)果在輔圖像上選取搜索窗口，然后根據(jù)配準評價指標計算兩個窗口的相似程度，通過移動搜索窗得到最佳配準點。對于所有的配準點，經(jīng)過一致性檢驗剔除粗差，最終達到像元級的配準精度。4.方位向濾波（可選）由于多普勒效應(yīng)的影響，主輔圖像間會存在由于多普勒頻移導(dǎo)致的去相干，為此在進行精配準前可以對兩幅影像進行方位向濾波，以減少這種去相干影響。5.子像

24、元級精配準子像元級配準主要方法有兩類，一類基于原始圖像過采樣數(shù)據(jù)進一步尋找更加精確的配準位置，稱之像元過采樣匹配法；另一類算法基于粗配準點周圍若干像元的相關(guān)系數(shù)插值求取最大相關(guān)系數(shù)，以之確定更加精確的配準位置，稱之相干系數(shù)插值法。前者有精度上的優(yōu)勢，后者有速度上的優(yōu)勢。1）像元過采樣匹配法步驟1：對已獲得的每一個控制點采用雙線性插值等方法對相應(yīng)主圖像、輔圖像塊作過采樣處理。插值的間隔決定過采樣程度步驟2：進行最大相干估算。與像元級的配準相似，采用基于窗口的搜索方法，尋找可靠的相對偏移量估算值。步驟3：選取最大相干系數(shù)的匹配位置即該控制點亞像元配準位置。2）相關(guān)系數(shù)擬合法插值相關(guān)系數(shù)法并不是對像

25、素本身進行過采樣，而是對周圍像元的相關(guān)系數(shù)值進行 高精度的插值來獲得子像元級配準精度。實相關(guān)系數(shù)過采樣運算量比較大，利用FFT算法，在頻率域進行插值，可以大大提高運算效率。與像元級配準方法相比，該方法主要做了三點修改：1 需要對配準圖像進行插值，因而配準中的點變?yōu)閬喯袼攸c，搜索圖不再是直接從配準圖中截取連續(xù)的一小塊，而是從插值后的配準圖中抽取相應(yīng)點而得到。2 不再使用整體的位移矢量，而是使用局部位移矢量。先計算一些像素點的位移矢量，再由這些位移矢量插值得到每一個像素的位移矢量。起初選擇的那些像素點被稱為控制點。 3 配準的結(jié)果不是由配準圖整體位移得到，而是根據(jù)每一個像素點的位移矢量，從插值后的

26、配準圖中抽取對應(yīng)點，得到配準結(jié)果。6. 多項式擬合，配準函數(shù)的確定在完成子像素級別配準后，就會得到一系列同名點對，這個時候就可以用多項式來描述主輔影像之間的變換關(guān)系，通常采用二次多項式。7. 輔圖像重采樣8. 配準實驗及分析4. InSAR影像數(shù)字攝影測量配準方法以振幅影像為對象，多種配準方法的結(jié)合，逐步精細。多級配準的三個重要步驟（1）基于特征點的配準在參考影像或基準影像上首先確定一個格網(wǎng)，以格網(wǎng)點為中心，在其鄰域搜索特征點，對于每一個特征點，在待配準影像上搜索待選同名點，搜索中以相關(guān)系數(shù)作為確定待選點的測度。在確定特征點的過程中可以采取各種各樣的方法 比如采用Föstner算子法

27、 該方法首先計算一點與其四鄰點灰度差分絕對值 只要有任意兩方向上差分絕對值大于給定的閾值T 就可將該點作為待選點 然后在以待選點（i,j）為中心的3×3窗口內(nèi) 按Föstner算子法計算協(xié)方差矩陣N和誤差橢圓的園度q：根據(jù)誤差橢圓度閾值Tq計算待選點(i,j)的權(quán)：最后在一個適當選取的窗口內(nèi)，取權(quán)值最大的待選點為特征點（2）基于松弛迭代方法的整體影像匹配在第一級配準結(jié)果基礎(chǔ)上 對待選點作進一步的分析 特別是對多峰點作深入的分析（3）最小二乘匹配在第二步配準結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮待配準影像相對于參考影像的幾何畸變和輻射畸變 通過最小二乘方法逐步迭代以精確確定配準點位多級配準方法的

28、完善（1）相干系數(shù)的估計用于精確配準在最小二乘匹配中迭代終止條件用相干系數(shù)的估計值替代相干系數(shù)（2）基于相位差分的最小二乘匹配第三步采取最小二乘匹配方法。在誤差方程式中以相位差分代替影像灰度差分5. 基于結(jié)構(gòu)信息的配準方法（上課講得很少）根據(jù)SAR影像特點，以影像中結(jié)構(gòu)信息為基礎(chǔ)，采取逐級匹配和多種信息相結(jié)合的方式 第一步進行影像分割，提取多邊形結(jié)構(gòu)信息，在多邊形匹配的基礎(chǔ)上，取得配準的初步控制信息第二步作影像邊緣信息結(jié)構(gòu)的檢測，在初步控制匹配信息的支持下，作邊緣影像匹配 得到初步的同名點集合第三步利用影像紋理匹配以剔除誤配的數(shù)據(jù)，最后以高斯濾波和最小二乘匹配相結(jié)合，得到具有子像元匹配精度的結(jié)

29、果1） 影像分割和多邊形匹配2） 邊緣提取和邊緣匹配3） 紋理特征提取和紋理匹配第四章 干涉圖的生成和處理§4.1 干涉圖的生成及其信息特點1. 干涉條紋的計算和干涉圖的生成n干涉圖的生成兩復(fù)數(shù)共軛相乘得到像元干涉后的復(fù)數(shù)表示形式。對所有像元進行共軛相乘即可生成干涉圖。每一個點的（fai）計算出來之后，將相位差數(shù)據(jù)灰度化顯示出來就是干涉圖干涉圖以干涉條紋表現(xiàn)出來。干涉圖具有條紋狀，是由相位差的周期性變化而產(chǎn)生的相位差由最近點至最遠點逐漸增大 主值周期變化2. 干涉條紋周期的高差估計干涉圖中的條紋是相位差數(shù)據(jù)周期性的表現(xiàn)，這種周期性與高差相關(guān)由天線S1引出的水平線與基線B的夾角為，S1

30、的入射角為，S1和 S1相對地面點P的斜距差為r，有 其中T在雙天線工作方式下為1；在重復(fù)軌道工作方式下為2基線垂直分量越長，單位周期的干涉條紋所表示的高差越小干涉圖特點：干涉圖以干涉條紋表現(xiàn)出來。干涉圖具有條紋狀，是由相位差的周期性變化而產(chǎn)生的；亮的地方表示相干系數(shù)大，干涉圖在這些點位的質(zhì)量好；暗的地方表示相干系數(shù)小，干涉圖在這些點位的質(zhì)量差（干涉條紋的特點1. 相位值的周期性: 由于復(fù)數(shù)對其相位的周期性，干涉條紋的相位值，只能在(-,之間出現(xiàn)。2. 各象素點上相位值的可信度不同: 影響相干性的因素很多，機理各不相同，對不同象素的作用也不相同。3. 噪聲的統(tǒng)計特性污染嚴重: 這在干涉過程中帶

31、入干涉圖中的相干斑，將成為野值。野值的存在，污染了相位噪聲的統(tǒng)計特性，使其分布產(chǎn)生拖尾）3. 干涉圖的質(zhì)量估計和影響質(zhì)量的因素一般以相干系數(shù)作為干涉圖質(zhì)量評價的依據(jù)其中M，N 為估計時所采用的窗口大小參量對每一點均按該式估計1. Ø電子設(shè)備噪聲一般在實驗室中預(yù)先進行檢校在運行過程中也需要通過檢校加以去除一般每過一段時間都需要作檢校工作2. Ø大氣的影響主要表現(xiàn)在大氣層的非均勻性對信號傳播的影響將大氣層劃分為若干大體均勻的層面以簡化數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)據(jù)處理克服大氣影響3. Ø重復(fù)觀測期間散射體物理特征性的變化比如植被含水量的變化會降低數(shù)據(jù)相關(guān)性4. Ø地形的

32、變化是影響相關(guān)性的重要原因如滑坡、地震，常常造成數(shù)據(jù)配準不準確但是反過來為地形變化監(jiān)測分析提供了信息5. Ø配準過程中的問題包括配準點、塊的質(zhì)量很差甚至由于所用算法如幾何變換方法和重采樣方法的不妥當，也會影響干涉圖生成質(zhì)量6. Ø體散射效應(yīng)如稠密樹冠因穿透所造成的多路徑散射和體散射，影響信號傳播路徑的一致性4. 干涉圖生成的數(shù)據(jù)處理方法1） 過采樣在計算干涉條紋前，先作過采樣，至少采樣因子為2 ，采樣在頻域進行，即先作付里葉變換，過采樣后再作逆變換2）多視處理先進行過采樣，其因子為4；然后作多視處理，方位向20，距離向4§4.2 平地效應(yīng)及去除干涉相位中包含了地形

33、信息和由于距離變化引起的相位變化信息。去平地效應(yīng)就是消除無高程變化的平地所產(chǎn)生的線性變化干涉相位。高程相等的兩個點間也存在著相位差；而且，相位差的數(shù)值隨著與天線距離的變大逐漸遞增。從平地上各點相位差分析可以知道，平地各點上的相位差是不同的，且具有一定的變化規(guī)律在分析相鄰兩點相位差時，若兩點高程不同，其相位差的差異就可能包含兩個成分：其一是兩點為平地上兩點時的相位差；其二是因兩點間存在高差造成的相位差平地效應(yīng)公式推導(dǎo)兩天線對于P1和P2的斜距差的差為兩天線對兩鄰點（同一水平）P1 P2的相位差的差由于（其中q是P1和P2的高差）兩天線對兩鄰點（不同水平）P1 P2的相位差的差右邊第一項為兩點處于

34、同一水平面時的相位差的差；第二項為由高差所致相位差的差將相位差的差稱為干涉相位的梯度；它應(yīng)當包括平地分量和高差分量去除平地效應(yīng)的方法： 距離向補償相位差：需要幾何參數(shù) 頻譜分析法：FFT 然后作頻域的圓周位移其中獲得幾何參數(shù)的方法：1.基于精密軌道參數(shù)平地效應(yīng)的去除選擇基準面，在同一參照坐標系下，確定基準面中任一點的坐標和該點所對應(yīng)的兩次成像衛(wèi)星的位置，就可以直接計算場景內(nèi)基準面上的點到兩衛(wèi)星的距離差，進而得到基準面的平地相位。缺點：計算量大改進：衛(wèi)星在成像時間段內(nèi)運行相對平穩(wěn)，基線變化很小。故對一景影像的平地效應(yīng)可以通過計算影像中幾個離散的點的平地相位后，通過多項式來擬合來求取整幅影像中各點

35、的平地相位。2.基于粗精度的DEM數(shù)據(jù)的平地效應(yīng)的去除（1）讀取并計算DEM的點間隔，同時計算干涉圖象元點的間隔,計算兩者的比值；（2）根據(jù)干涉紋圖與DEM之間的比值，對DEM點進行采樣，利用最近鄰插值法得到其象元值；（3）基于多普勒方程、斜距方程和地球模型方程，利用軌道參數(shù)將DEM轉(zhuǎn)換到地心坐標系；（4）利用最鄰近插值法，對轉(zhuǎn)換后的DEM數(shù)據(jù)進行賦值；（5）將DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相位值；（6）從干涉條紋中減去參考DEM數(shù)據(jù)計算的相位值。§4.3 干涉條紋的特點4. 相位值的周期性: 由于復(fù)數(shù)對其相位的周期性，干涉條紋的相位值，只能在(-,之間出現(xiàn)。5. 各象素點上相位值的可信度不同:

36、影響相干性的因素很多，機理各不相同，對不同象素的作用也不相同。6. 噪聲的統(tǒng)計特性污染嚴重: 這在干涉過程中帶入干涉圖中的相干斑，將成為野值。野值的存在，污染了相位噪聲的統(tǒng)計特性，使其分布產(chǎn)生拖尾§4.4 干涉圖濾波方法1.簡單的濾波方法：1）直接對相位差數(shù)據(jù)進行濾波處理，或中值濾波，或方向濾波2）在生成干涉圖之前進行處理，實部、虛部分別進行 直接對干涉圖濾波效果不如對實部和虛部分別先濾波2.基于坡度估計的自適應(yīng)濾波方法1）在局部窗口作相位解纏估計局部坡度：坡度大干涉條紋密集取小窗濾波；坡度小條紋稀疏取較大窗2）條紋邊緣處，沿邊緣方向濾波3）兩種實施方案：對解纏后的相位; 對實部，虛

37、部分別進行實際操作十分復(fù)雜：須解纏，須檢測條紋邊緣，及邊緣方向3.基于梯度的自適應(yīng)平滑濾波邊緣處梯度變大，權(quán)系數(shù)減小，可以將權(quán)系數(shù)置零非邊緣處，權(quán)系數(shù)增大，需要作平滑處理對突變點：歸入其鄰近區(qū)域，即與它相位值相差很小的區(qū)域4.中值濾波自適應(yīng)濾波二級去噪方案噪聲處，梯度會因大于k而保留。故采取二級處理方案，先去噪，再作保留邊緣的平滑效果：僅自適應(yīng)濾波 有噪聲存在；二級濾波 去掉了噪聲 解纏結(jié)果好第五章 基線估計5.1基線時間基線：重復(fù)軌道獲取影像對時兩幅圖像成像的時間間隔。時間基線的存在會使兩幅圖像的相干性減小，這一現(xiàn)象被稱為時間失相干。空間基線：兩天線之間的距離。基線距的存在使得兩次飛行時照射

38、同一區(qū)域的視角存在差異，減弱了兩次飛行得到的兩幅圖像之間的相干性從而造成了空間失相干。5.1.2 基線要素對測高的精度分析垂直基線分量與高程模糊度的關(guān)系假設(shè)地物點在兩次觀測期間散射特性沒有發(fā)生變化，則相位量測只反映其幾何成像關(guān)系。雷達干涉相位與 DEM 誤差、衛(wèi)地距R1、雷達波長、垂直基線距B、波束視向角是緊密相關(guān)的。高程模糊數(shù)：表示引起一個2相位變化所對應(yīng)的高度變化，以此來表征干涉測量對高度變化的敏感程度。平行基線對形變監(jiān)測精度的影響雷達干涉相位與平行基線的微分關(guān)系只跟雷達波長相關(guān)衛(wèi)星軌道誤差和雷達視線方向的地表形變對相位貢獻的敏感程度在同一個數(shù)量級。水平基線和垂直基線的不確定性對測高精度的

39、影響基線長度的微小誤差可能導(dǎo)致大幅度地區(qū)的高度誤差，這些誤差隨著地面距離的變化而變化，尤其對于地形坡度變化較大的地區(qū)，高程誤差將更大1) 垂直基線越大，地形高度變化靈敏度越大。因此一般要求較大的垂直基線，但當垂直基線超過某一個限值時，兩幅天線輸出的信號完全獨立，其形成的 SAR 圖像會影響測高精度。垂直基線可以用高程模糊度來描述，高程模糊度越小，垂直基線值越大；2) 在給定掃描帶內(nèi)所要求的高度誤差情況下，可以通過高度估計誤差來對基線長度誤差的靈敏度算出基線長度精度的限制。5.2基線估計的方法基于軌道參數(shù)的的基線估計方法（再看一下書）基于干涉條紋頻率的估計方法條紋變化率：圖像在斜距向的偏移隨斜距

40、的變化率。如何從 FFT 的功率譜得到K？K=·f/2（其中f為條紋頻率對于地面上的平坦區(qū)域， 基線幾何引起的平地相位的最大功率譜的峰值頻率即為條紋頻率）其中R0為傳感器到選取圖像區(qū)域中心像素的斜距，0為傳感器與選取圖像中心像素的視角。要估計初始的垂直基線分量B，需要求參數(shù)K基于配準偏移量的估計方法 通常情況下獲取各像素點的精確高程值比較困難，一般以研究區(qū)域的平均高程值代替。利用配準偏移量文件中像素點的斜距向偏移量得到斜距差dR及其由主影像衛(wèi)星參數(shù)估算的衛(wèi)星平臺高度H和斜距R，結(jié)合算式即可估算出基線的水平分量By和豎直分量Bz?；€B是隨方位向時間的變化而變化，即沿方位向上像素的基線

41、值是不同的,因此在用該模型進行基線估計時，利用不同方位向上的像素點就可以得到干涉對的時變基線?；诳刂泣c的精確基線估計方法選擇控制點：影像坐標 圖上坐標；用最小二乘法求解 B和為了解決控制點精度不高的缺陷，可以采用天線位置參量和控制點影像坐標的整體平差的方法。幾種不同基線估計方法比較不是垂直分量越大，高程模糊度越小，地物敏感度越大么？（動態(tài)檢測是方位向的，不是距離向的）第六章 相位解纏躍變?yōu)槭裁床荒艹^2答：如果真實相位梯度超過2,干涉相位梯度不能反映真實相位遞推規(guī)律，也就無法遞推出相位真值，即無法進行相位解纏。6.1基本原理1.相位解纏的概念從干涉相位的變化規(guī)律（梯度）中獲取真實相位的變化規(guī)

42、律（梯度），進而從某個真實相位已知的點（控制點）出發(fā)，遞推出每個點的相位真值相位關(guān)系式：干涉相位主值（干涉圖）=解饞相位值±2K相位真值的整周數(shù)被截斷后所剩的部分即為干涉相位（干涉相位在-到之間）計算法則：1. 按某一方向（如距離向）進行解纏時，第一點的數(shù)值不變，且在出現(xiàn)周期突變前個點的數(shù)值不變，即個點的數(shù)值作為累計值2. 在數(shù)值躍變方向為到-時，該點和以后各點依次在累計值上加2作為各點計算值結(jié)果，直到出現(xiàn)下一個躍變點3. 在數(shù)值躍變方向為-到時，該點和以后各點依次在累計值上減2作為各點計算值結(jié)果，直到出現(xiàn)下一個躍變點4. 在每一個點上的計算完成之后，根據(jù)起始點的真實相位值與該點累計

43、值的差值d，在每個點上再加上d，完成解纏全部計算該方法（確定性法）有效的前提條件：相位值是連續(xù)的；突變處相位梯度不能超過2解纏路徑：干涉相位數(shù)據(jù)時連續(xù)性數(shù)據(jù)，無論從哪個方向，區(qū)哪條路徑來進行解纏都應(yīng)當?shù)玫较嗤慕Y(jié)果，所以是方向、路徑無關(guān)的基于路徑的前提：干涉相位在一個周期內(nèi)相位值的梯度很小,一個周期那至少有兩個點,兩點之間的相位差不應(yīng)大于1/2 周期.再纏繞假設(shè)W是纏繞函數(shù)，真實相位經(jīng)該函數(shù)纏繞后的值在之間。因此， k(n)是一組整數(shù)，它的選取是為了保證。對纏繞相位作差分運算得到下式， 對獲得的結(jié)果再次運用纏繞函數(shù)得， 這里的k1和k2用來區(qū)分兩次作纏繞運算的整數(shù)序列。是纏繞相位差的重新纏繞。

44、由于相位經(jīng)纏繞函數(shù)W運算后，其纏繞相位值在之間，如果 則這就要求等式右邊的第二項必須等于零。 對上式兩邊求和則可以得到， 對纏繞相位的差分結(jié)果再次進行纏繞運算后進行求和運算就可以把纏繞相位解開，得到干涉圖所包含的真實相位。但是如果相鄰相位的差分不滿足式 時，就不能夠完全正確恢復(fù)真實相位。6.2解纏方法分類1. 基于路徑跟蹤的解纏方法：該方法通過計算殘差點，選擇適當幾份路徑避開殘差點和低質(zhì)量數(shù)據(jù)點，來達到解纏相位的目的，將殘差點連起來后形成枝切線，在由枝切線分成的每個小區(qū)域都是滿足一致性的，解纏時只需通過積分可達到目的，這類解纏能在局部區(qū)域解纏正確，并限制誤差不向全局傳播。優(yōu)缺點：對于全局而言，因為枝切線額存在可能產(chǎn)生隔絕區(qū)域，由初始點解纏無法到達那里，對于殘差點無法解纏，對于質(zhì)量好的數(shù)據(jù)，該類方法較好。對于信噪比小，局部殘差點過密集的區(qū)域