干涉雷達
採用干涉測量技術的合成孔徑雷達
干涉雷達指採用干涉測量技術的合成孔徑雷達(InSAR),是新近發展起來的空間對地觀測技術,是傳統的SAR遙感技術與射電天文干涉技術相結合的產物。它利用雷達向目標區域發射微波,然後接收目標反射的回波,得到同一目標區域成像的SAR復圖像對,若復圖像對之間存在相干條件,SAR復圖像對共軛相乘可以得到干涉圖,根據干涉圖的相位值,得出兩次成像中微波的路程差,從而計算出目標地區的地形、地貌以及表面的微小變化,可用於數字高程模型建立、地殼形變探測等。
干涉雷達指採用干涉測量技術的合成孔徑雷達,也有稱雙天線SAR或相干SAR。它通過兩條側視天線同時對目標進行觀測(單軌道雙天線模式),或一定時間間隔的兩次平行觀測(單天線重複軌道模式),來獲得地面同一區域兩次成像的復圖像對(包括強度信息和相位信息)。由於目標與兩天線位置的幾何關係,地面目標回波形成相位差信號,經兩個復圖像的復相關形成干涉紋圖。
干涉文圖包含了斜距方向上的圖像點與兩天線位置差得精確信息(回波相位的改變)。因此,利用遙感器高度、雷達波長、波束視向及天線基線距之間的幾何關係,可以獲取距離信息,精確地測量出圖像上每一點的高程信息,從而獲得高解析度的地表三維圖像。在航天平台往往用重複軌道來實現雙天線達到的效果。
圖1 干涉雷達成像原理示意
距離向模式指干涉雷達兩個天線的基線距與飛行方向垂直,重軌模式的成像幾何關係實際與距離向模式相仿。如圖1所示,圖中x軸為方位方向,y軸為距離方向,假設有兩條天線接收同一目標產生的回波信號,且視向相同,則兩條天線接收信號的路徑分別為,則其路徑差。若考慮系統使用同一天線作為發射源(如重複軌道干涉處理),則路徑差產生的相位差
式中:λ為波長,f為頻率;c為雷達傳播速度,即光速;B為兩天線間基線距;θ為入射角,θb為天線基線與飛行水平面法線間的夾角。
由此,可根據成像幾何參數推出地面任一點的高度,即
式中:h為目標高程;H為雷達平台高度;r為斜距。
式中:u為地面目標的運動速度;v為平台的飛行速度;其他參數同上。
干涉雷達可以全天時、全天候、近實時地獲得大面積地球表面三維地形信息,空間解析度高,對大氣和季節的影響不敏感。
提取三維信息
圖2 干涉雷達數據提取數字高程模型
①干涉雷達原始信號處理、幾何分析;
②圖像高精度幾何配准——將輔圖像(或稱從圖像)配准到主圖像;
③計算干涉紋圖,即根據幾何關係獲得回波相位差和圖像相關,生成干涉圖,它是總相位差經2π調製到的結果;
④去平地效應,即平坦地形相位糾正(減去平地相位),則原始干涉圖經去平處理后得到去平干涉相點陣圖;
⑤增強幹涉圖和計算相干圖,即對整個干涉圖中的各局部區域計算主輔圖像間的相關性;
⑥相位解纏,即求解相位的2π模糊性問題,從而算出影像的真實相位值;
⑦變換解開的相位到高度,以獲得數字高程模型DEM;
⑧地形高畸變的校正和地理編碼;
⑨地面控制點的高度偏差等校正;
⑩生成合成圖像產品——地理編碼的主SAR圖像和配準的輔SAR圖像、地理編碼的相干圖像等。
差分干涉雷達技術