insar相位解缠算法研究

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1、西南交通大学硕士学位论文INSAR相位解缠算法研究姓名：付进朋申请学位级别：硕士专业：地图制图学与地理信息工程指导教师：刘国祥20060201西南交通大学硕士研究生毕业论文第l页第一章绪论1．1合成孔径雷达干涉测量概述1．1．1InSAR技术及应用合成孔径雷达干涉(syntheticApertufeRadarInterferometry，InSAR)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(differentialInsAR，Din-SAR)劳应用于微小的地表形变，它已在研究地震形变、火

2、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【1J。目前，欧美国家对这一技术正竟相研究，我国对雷达干涉的研究仍处于起步阶段，但已引起了国内测绘界与地学界同仁们的极大兴趣和广泛关注。InSAR是利用SAR技术获得的两幅或多幅影像中的相位信息来获取地表的三维信息和变化信息的一项技术，如图1．1所示，A1、A2分别为卫星的天线，R为卫星到地面的斜距，H为卫星到星下点的高度，P为地面上的一点，z为P点到地球参考面的距离。天线A1和A2分别向P点发射电磁波信号，然后分别接收P点反射的电磁波信号，此两幅天线接收到的电磁波复信号经过共轭相乘后的相位即为干涉相位。其干涉的原理与杨氏干"x

3、西南交通大学硕士研究生毕业论文第2页系，以及由此产生的阴影、顶底倒置和迎坡缩短等特征来测定地物目标的位置和高度，但这只在特定条件下对某个别目标可行【2叫。目前，这方面图1．1S^且干涉成像示意图【‘】图a杨氏双狭缝干涉图bInSAR干涉图图1-2杨氏与lns^R干涉示意图西南交通大学硕士研究生毕业论文第3页的应用主要集中在InSAR影像自动提取DEM，地物的特征提取和识剐两个方面的研究。lnSAR技术应用的第二个领域是城市目标显示和城市形态分析。街道和建筑物结构及走向在不同波段、不同极化的SAR影像上的特征不同，可以为城市规划提供新的重要证据。InsAR技术可以用来生成城市的三维模型。也

4、有学者利用干涉测量进行城市结构方面的研究15J。InsAR技术应用的第三个领域是海洋表面状态监测。InSAR技术可以用于检测海洋表面的运动，如对海洋洋流、锋面和船只的尾迹等的监测。InsAR技术应用的第四个领域是极地冰况监测。冰川运动可以通过干涉铡量技术检测到，精度达米级16J。lnSAR技术应用的第五个领域是农业和资源调查。通过sAR影像特有韵文理特征，可以识别线性构造和宏观地貌，在资源调查方面很早就有了应用。近年来发现干涉数据可以用来估计农作物的高度【_”：利用千涉数据进行土地利用制图，可以有效的改善sAR影像计算机自动分类的结果18】。InSAR技术应用的第六个领域是地表变形检测。

5、利用D．InSAR技术来检测地震引起的地表变形I¨10】和地表沉降监测ln】是InSAR技术两个非常重要的应用。1．1．2合成孔径雷达干涉(InSAR)高程溯量基本原理合成孔径雷达有两种成像模式，第一种模式是单轨道双天线模式，第二种模式是单天线重复轨道模式。这里以重复轨道测量为错来介绍InsAR的基本原理。重复轨道干涉测量的卫星天线与地面目标的几何关系如图1．1所示。在图1．1中，Al和A2分别表示两幅天线位置，天线之间的距离用基线B表示，基线与水平方向的夹角为n，H表示平台的高度，地面一点P到天线A1的路径甩R表示。eo是第一"x西南交通大学硕士研究生毕业论文第6页灿趔掣t嵩(1-15

6、)公式(1．15)表明了相位差卸和高度差△z之问豹关系，这就是合成孔径雷达干涉测量的理论依据。图l-3干涉相位随高度变化几何示意图1．1．3合成孔径雷达干涉差分干涉形变测量原理西南交通大学硕士研究生毕业论文第7页地区成像时天线的位置，在地表未发生形变前获取第一幅sAR图像，则由P点返回的复信号为：吡)-k。假)f唰一等蜀)b，僻』为复信号s。(R)的模，蜀为获取第一幅图像时卫星天线与地面点P的距离，^为卫星发射信号的波长．在地表发生形变后获取第二幅SAR图像(假设这种形变与雷达分辨单元相比很小，可认为雷达信号仍是相关的)，此时P点返回的信号为：如俾：)-Is：俾：Ⅺ懿“一等@：+觚一))

7、b：(如)

8、为复信号岛慨)的模，恐+蝇为获取第二幅留像时卫星天线与地面点P的距离，蝇为地面视线向形变量。这两幅SAR图像所形成的干涉纹图的相位A既包含了区域的地形信息，又包含了观测期间地表的形变信息，魂一一等q一等△R。一一等丑出以q)一等觇上式中B为第一次与第二次成像时的基线长，q为基线的平行分量，矗．为基线的垂直分量。假设在形变发生前获取第三幅凰像，则接收到的P点的信号为：如(焉)-{s，俾，)

9、exp(一等玛)k(焉l为复信号