InSAR中数据处理中关键技术的若干问题

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摘要：合成孔径雷达是近20年发展起来的一种空间对地观测技术，因其具有全天时、全天候和高精度的特点而被广泛应用于地学、海洋、资源探测和灾害监测等众多领域。但仍有若干理论和技术问题还没有解决，这限制了该项技术的大规模实际应用。本文在简要介绍insar原理的基础上，重点讨论数据处理中关键技术，分析影响InSAR测量精度的主要环节。

关键词：合成孔径雷达干涉配准解缠

中图分类号：TN95文献标识码： A 文章编号：

1.InSAR基本原理

InSAR通过对地物点的两个视向的观测实现，一般有三种工作方式或工作模式，即：距离向干涉测量、方位向干涉测量和重复轨道干涉测量。其中重复轨道干涉测量的基本原理是：通过对两副天线平行的对地面同一地物目标进行两次观测，获取两幅SAR复图像；再利用该目标与两副天线位置的几何关系，通过干涉处理复图像之间存在的相位差，生成干涉图，最后通过分析飞机平台，基线之间的几何关系，即可得到地表的高程信息。

2. 数据处理中的主要环节

从单视复数影像直到生成地面高程模型的干涉处理流程可分为：1.影像预滤波；2.复数影像配准；3.干涉图计算；4.去平地效应；5.干涉纹图滤波；6.相位解缠；7.基线确定；8.地面高程提取等主要步骤。

3.复数影像的配准对干涉测量的影响

单视复数影像对匹配的精度是干涉测量检测精度的关键因素之一。配准结果和质量评价是非常重要的工作，关系到能否进行下一步即干涉图的生成以及后续处理，普拉蒂等人1993年提出采用相干系数作为配准质量评价的量化标准，相干系数的定义为：

(1)

的绝对值范围为[0,1]，将它作为配准质量的评价标准，或在配准基础上生成的干涉图的质量评价标准，若的绝对值为0，意味着两景数据完全不相关，而当的绝对值为1，则完全相关，没有噪声，重复轨道的观测期间没有任何变化。通过逐点计算以其为中心的nm窗口内的值，其结果是相干系数文件，每一点的相干系数表明在这点上的配准精度。在成像质量好的条件下用相干系数法能使单视复数影像匹配到子像素级，但此种算法有一定的局限性，如在一些植被覆盖率高，地形变化剧烈，大部分地区相干性保持较差，只有极少数个别区域可以形成明显的干涉条纹，此时用相干系数作为匹配测度则很难匹配成功，此时该如何有效的选择匹配区域、或者充分利用能量信息进行配准是InSAR投入大规模应用前迫切需要解决的问题。

4.相位解缠算法对干涉测量的影响

相位解缠是InSAR的关键及难点之一，到目前为止，一般相位解缠方法分为路径跟踪法和最小范数法两大类，但是两类算法各有所长，也有一定的局限性。

路径跟踪算法主要针对相位局部信息，首先识别相位不连续点，即残差点，分别计算正负残差点，并生成支切线，连接邻近的两个或多个残差点，实现残差点的电荷平衡并作为原则，找到最佳的支切线，在局部相位不存在残差点的前提下通过对缠绕相位进行积分实现解缠，再根据一定的搜索策略绕过支切线实现全局解缠，此方法可以抑制局部噪声向全局的传播。其不足之处为：尽管解缠结果在某局部范围是精确的，但对全局来讲会存在不确定性，可见枝切法只能在残差点数较少的时候正常工作，而当残差点较多时，不能得到正确的解缠结果。

最小范数算法则是基于全局的算法，它不用识别残差点和设置积分路径，而是寻求一个全局的连续光滑的相位去逼近真实相位。此过程可表示为：

(2)

也就是说像零点干涉相位梯度与真实相位梯度的差应趋于最小才是最合理的。其中较为成功的是最小二乘法。从数学上讲，在给定边界条件下，方程一定有解，且解是唯一的，因此，此类算法突出的有点是具有全剧最优化，无论相位质量如何，均可以获得一个全局的相位解缠结果，其缺点是不识别残差点，将所有的像元等同对待，因而局部质量差的相位误差会扩散到邻近区域，是的整幅影像的解缠相位均有一定的误差。为了限制局部误差的传播，加权最小二乘法是一个好的解决途径，权重来自相干图，相位差分图等。

因此，两种解缠方法虽各有特点，但都不能很好的解决解缠问题，在实际处理过程中，要根据实际地形情况合理的选择解缠算法。

5.结论

合成孔径雷达干涉测量正在迅速发展中，在此情况下，我国深入开展InSAR理论研究和试验工作，建立完整的理论体系与应用方案，对国家空间信息科学和三维测图，城市地面沉降监测，矿区塌陷监测，地震后形变的反演，促进国民经济建设具有深远意义。本文在简要介绍InSAR原理的基础上，重点讨论了数据处理中的关键步骤，特别着重分析了影像配准，相位解缠中存在的问题，期望在推动该项技术的普及应用方面做一些先导作用。

参考文献

1.舒宁.关于雷达影像干涉测量的若干理论问题[J].武汉大学学报自然科学版，2001，26（2）：155-159

2.王超，张红，刘智.星载合成孔径雷达干涉测量[M].北京：科学出版社，2002

3.于晶涛，陈鹰.INSAR数据处理的若干关键技术探讨[J].理论研究，2005

作者简介：贺婧（1988-）女，青海西宁人，长安大学地质工程与测绘学院，大地测量与测量工程专业，2010级硕士研究生。