合成孔径雷达原理与应用讲座.pdf
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1、合成孔径雷达干涉测量合成孔径雷达干涉测量合成孔径雷达干涉测量合成孔径雷达干涉测量原理、发展与应用原理、发展与应用原理、发展与应用原理、发展与应用廖 明 生廖 明 生测绘遥感信息工程国家重点实验室(武汉大学)2010年5月13日测绘遥感信息工程国家重点实验室(武汉大学)2010年5月13日什么是合成孔径雷达(什么是合成孔径雷达(SAR)?合成孔径合成孔径?主动成像传感器主动成像传感器SAR影像影像城市城市机场机场SAR影像影像火山火山SAR Image of Mount VesuviusSAR影像影像峡谷峡谷为什么要用为什么要用 SAR?SAR 影像影像全天时全天时全天候全天候相位信息(干涉测量
2、,相位信息(干涉测量,InSAR)光学影像光学影像SAR干涉测量(干涉测量(InSAR)利用两次成像距离差和轨道参数提取地面高程信息利用两次成像距离差和轨道参数提取地面高程信息遥感测量遥感测量 影像测量学影像测量学222()sin()2r drrBrB+=cosz H r=InSAR 技术几何模型技术几何模型由干涉图至数字高程模型由干涉图至数字高程模型埃特纳火山埃特纳火山InSAR技术的典型应用技术的典型应用航天飞机雷达测图计划(航天飞机雷达测图计划(SRTM)11天获取地表大部分区域数字高程模型天获取地表大部分区域数字高程模型分辨率分辨率 30m,高程精度高程精度16mPerspective
3、 with Landsat Overlay,Mount Kilimanjaro,TanzaniaGTOPO30,USGS SRTM DEMEastern-center Tibet(Xizang,China)SRTM DEM 实例(中国,西藏)实例(中国,西藏)差分干涉测量(差分干涉测量(D-InSAR)量测地表形变量测地表形变巴姆地震地表形变相位巴姆地震地表形变相位D-InSAR技术的两大限制:技术的两大限制:1,时间去相干,时间去相干2,大气效应,大气效应D-InSAR技术的两大限制:技术的两大限制:永久散射体技术(永久散射体技术(PS-InSAR)探测稳定点目标(探测稳定点目标(PS点)点
4、)在在PS点上求解大气效应,估计形变速率点上求解大气效应,估计形变速率PS 技术的应用技术的应用-油田沉降油田沉降PS 技术的应用技术的应用-滑坡监测滑坡监测PS 技术的应用技术的应用-城市地表模型城市地表模型InSAR技术研究进展技术研究进展?城市地表沉降监测研究城市地表沉降监测研究?非城市地区地质灾害监测研究非城市地区地质灾害监测研究?高分辨率高分辨率InSAR影像研究进展影像研究进展PART A.城市地表沉降监测城市地表沉降监测上海地区为例上海地区为例在中国,地面沉降是许多城市,特别是沿海的城市,面临着的突出的地质灾害在中国,地面沉降是许多城市,特别是沿海的城市,面临着的突出的地质灾害.
5、随着人口和经济的发展,这一问题逐渐凸现。随着人口和经济的发展,这一问题逐渐凸现。地面沉降地面沉降实验区概况实验区概况开发区开发区老商业区老商业区上海城市地图上海城市地图1.应用应用PS技术进行长时间序列干涉影像形变场估算技术进行长时间序列干涉影像形变场估算SensorDateBnBtERS119930417 474.92-2439.0ERS119930731 377.29-2334.0ERS119950619-235.69-1646.0ERS119951002 430.82-1541.0ERS119951211 559.97-1471.0ERS119960115-428.12-1436.0ER
6、S219960116-919.52-1435.0ERS219960220 781.46-1400.0ERS119960325-829.64-1366.0ERS219960326-928.87-1365.0ERS119960603-600.72-1296.0ERS219960604-682.94-1295.0ERS219971111-353.96-770.0ERS219980224-689.71-665.0ERS219980331-120.41-630.0ERS219980505 387.19-595.0ERS219990420 504.88-245.0ERS219990525 245.13-2
7、10.0ERS219990629 290.08-175.0ERS219991116 46.72-35.0ERS219991221 0.00 0.0ERS220000125 61.68 35.0ERS220000229-430.69 70.0ERS220000509 738.58 140.0ERS220000613-75.89 175.0ERS220000926 503.11 280.026 imagesprocessed85 Km85 Km上海地区上海地区26景景SAR影像后向散射系数图影像后向散射系数图长时间序列长时间序列PS 结果结果20-200mm/yr沉降速率经过拉伸处理。上海地区上世
8、纪最大沉降速率实际达到沉降速率经过拉伸处理。上海地区上世纪最大沉降速率实际达到40毫米毫米/年年Reference point,assumed motionlessMore than 20.000 PS identified长时间序列长时间序列PS 结果结果长时间序列长时间序列PS 结果结果40-400mm/yrPS 技术,时间序列形变结果技术,时间序列形变结果PS 结果 验证结果 验证PS反演的沉降形变场 与上海地质调查研究院提供的上海沉降分别图沉降趋势基本一致反演的沉降形变场 与上海地质调查研究院提供的上海沉降分别图沉降趋势基本一致40-400mm/yr+40+200-20-40-60-8
9、0-200-400-600mm1990-1998cumulating subsidence -800(a)(b)2.小数据集上进行形变场的提取小数据集上进行形变场的提取研究目的研究目的?在在 PS 技术中,需要获取大量的影像数据技术中,需要获取大量的影像数据(大约大约 20 景景)?基于时间序列干涉影像的形变场估算局限于长时间序列基于时间序列干涉影像的形变场估算局限于长时间序列如何从小数据集上提取地表的形变变化?如何从小数据集上提取地表的形变变化?在小数据集上提取的相关点目标在小数据集上提取的相关点目标处理流程处理流程数据输入数据输入InSAR处理处理D-InSAR处理处理参数估计参数估计可视
10、化可视化定标配准定标配准PS探测探测形变形变DEM误差误差实验数据和实验区实验数据和实验区OrbitDateDoppler Frequency(Hz)556820030325265.44653907520031125102.013931158020040518132.776551208120040622380.32261408520041109146.2111458620041214122.945491558820050222146.70931608920050329136.225971809320050816156.0035285 Km85 Km9 景景ENVISAT-ASAR 影像,影像,
11、2003年年-2005年年干涉组合选取干涉组合选取+策略策略:根据时间基线、空间基线和多普勒频率差选取最优的干涉对组合根据时间基线、空间基线和多普勒频率差选取最优的干涉对组合17 景干涉图景干涉图解译结果解译结果水准点分布水准点分布reference pointLB(mm/yr)结果验证(最近邻方法)结果验证(最近邻方法)Mean:1.08mm STD :4.22mmPART B.非城市地区地质灾害监测非城市地区地质灾害监测三峡地区为例三峡地区为例Qutang Gorge(瞿塘峡瞿塘峡)Wu Gorge(巫峡巫峡)Xiling Gorge(西陵峡西陵峡)三峡水利枢纽工程三峡水利枢纽工程?防洪防
12、洪?发电发电?提高通航能力提高通航能力地形相关的三峡大坝的鸟瞰图地形相关的三峡大坝的鸟瞰图三峡地区为什么需要三峡地区为什么需要InSAR技术技术?三峡地区属于多云多雨地区,传统的摄影测量技术难以实施。三峡地区属于多云多雨地区,传统的摄影测量技术难以实施。?由于三峡工程造成的地表变化需要不间断的连续监测。由于三峡工程造成的地表变化需要不间断的连续监测。?此外,地表几何形变的监测对该地区地质灾害防治十分重要。此外,地表几何形变的监测对该地区地质灾害防治十分重要。?InSAR技术是最适合解决上述问题的技术手段之一。技术是最适合解决上述问题的技术手段之一。?实验区实验区:巴东巴东坝区坝区实验区和实验数
13、据实验区和实验数据Dam20kmT347T75Badong20m3000m实验区和实验数据实验区和实验数据Track347 Frame 2979:Track75 Frame 2979:?实验数据及长江水位变化情况实验数据及长江水位变化情况?三峡工程修建前后雷达幅度影像差异三峡工程修建前后雷达幅度影像差异已有外部低分辨率地形数据辅助下的已有外部低分辨率地形数据辅助下的InSAR DEM 生成技术生成技术?系统性误差系统性误差(轨道误差和大气效应误差轨道误差和大气效应误差)能够进行建模并部分去除能够进行建模并部分去除?粗差粗差(相位解缠误差和低相干区域误差相位解缠误差和低相干区域误差)能够被剔除能
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- 合成孔径雷达 原理 应用 讲座
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