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InSAR技术提取DEM数据的应用

分类:地理论文   更新:2016/8/11   来源:本站原创

    合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术是极具潜力的微波遥感新技术。本文介绍了InSAR的基本原理、数据处理流程,通过对卫星提供的真实SAR数据进行干涉处理。结果表明,利用InSAR技术可以有效获取大范围的地面数字高程模型。

    【关键字】 InSAR 数据处理流程 干涉图像 数字高程模型

    1 引言

    合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术是极具潜力的微波遥感新技术,它是合成孔径雷达遥感成像与电磁波干涉两大技术融合的结果。其基本思路是通过两副天线同时观测(单轨双天线模式)或两次平行观测(重复轨道模式),获得同一地区的重复观测数据(复数影像对),提取同一目标对应的两个回波信号之间的相位差,结合观测飞行平台的轨道数据提取高程信息,可以获取高精度、高分辨率的地面高程信息。在InSAR 基础上进一步发展了差分干涉技术(Differential Interferometric Synthetic Aerture Radar,D_InSAR),利用D_InSAR技术可以精密测定地表的微小形变,精度可达厘米级甚至毫米级[1]。InSAR技术在地形测绘、城市目标探测和城市形态分析、海洋表面及其流速场探测、极地冰川监测、农业和资源调查等领域有着极其广阔的应用前景。而D_InSAR技术在地震、地面沉降、火山活动、冰川漂移、山体滑坡等大范围地面形变的监测和研究方面表现出极大的潜力[2]。

    2 InSAR基本原理

    InSAR技术主要利用SAR影像的后向散射强度进行两幅SAR图像的相关性计算和图像配准,而利用其相位信息,根据雷达波长和周期以及雷达天线位置推算出地面散射单元的位置,即利用SAR干涉影像的相位成分来算出地面散射单元的位置从而形成有关地球表面的地形图。

    如图1所示,设A1和A2是卫星两天线位置,天线之间的距离即基线距用B表示,其平行和垂直于视线向分量分别为和。基线与水平方向的夹角为α,H表示天线飞行高度,地面一点O到天线A1,A2的路径分别为R1,R2(R2=R1+ΔR),θ是雷达波入射角,O点高程为z。设S1是在位置A1被拍摄到的相位为Φ1的影像, S2是在位置A2被拍摄到的相位为Φ2的影像。根据合成孔径雷达成像原理有:

    图1 InSAR成像示意图

    在由天线A1,A2和地面点O组成的三角形中,利用余弦定理,经计算整理有:

    由于在星载系统中,R>>B,所以有ΔR≈,则(2)式可近似的写成:

    于是,干涉测量中的雷达波入射角计算公式应该为:

    在合成孔径雷达干涉测量处理中,雷达天线飞行高度H、基线B和基线倾角α都可以从雷达系统参数辅以卫星星历等信息获得,ΔΦ和斜距R可以从干涉图上求得,通过公式(5)可求得精确的θ值,由公式(6)可计算得到目标的精确高程。其精度在理论上可达到波长的量级(cm级)。

    以上给出的解释模型是针对两部天线分别独立的发射与接收回波的系统推导而来的,对于一部天线发射、两部天线同时接收回波的系统,只要把公式中的4π代之以2π就可以了。

    3 InSAR数据处理过程

    经过多年的研究,InSAR数据的主要处理过程已基本形成[3],主要包括以下几个部分: SAR数据的读取、基线估计、图像配准和重采样、生成干涉图、相位解缠、地理编码。从预处理后的两幅复数图像出发,整个过程大致如图2所示:

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