文档介绍：合成孔径雷达遥感
合成孔径雷达(SynthetiCApeI’tureRadar,SAR)是一种高分辨率有源微波遥感成像系统,能够全天时、全天候的对地物目标大面积成像,从二十世纪五十年代问世以来,已经逐步发展成为非常重要的遥感工具。尤其是在二十世纪八、九十年代,合成孔径雷达研究中引入极化技术和干涉技术之后,合成孔径雷达技术在刚刚过去的二十年中有了极大发展。在信号处理上从光学处理发展到数字实时处理,工作体制从单频段单极化发展到多频多极化;工作模式上更加多样化,有条带、聚束、扫描、逆SAR、旋转SAR、多波束、干涉SAR等等;成像分辨率由几十米提高到厘米量级;
成像维数从二维发展到三维高程信息的获取;成像目标的研究从静止目标转向运动目标,研究的重点从目标检测和跟踪转移到利用空间分辨率进行目标识别、测绘和成像等领域;特别是近几年星载雷达与空间技术的发展,轻型小卫星合成孔径雷达与小卫星群技术成为目前合成孔径雷达发展的新动向;而合成孔径雷达的应用范围也极大扩展,几乎涉及到遥感领域的方方面面。
一背景
雷达成像作为一个新兴的高科技领域,融合了现代雷达理论、微波技术和计算机技术,是现代遥感领域的一项巨大成就。所谓雷达成像是指物体的物理特性在空间的一种分布。;雷达成像是对应于目标反射特性的反射率空间分布函数。合成孔径雷达是成像雷达的一种,它主要是利用合成孔径原理:雷达沿飞行方向在合成孔径时间内构成一个虚拟阵列即合成孔径阵列,然后在方位向利用回波信号的多普勒相位历史进行匹配滤波。在距离向利用发射大时间带宽积的信号,并对回波信号进行脉冲压缩来达到对目标的二维高分辨成像。由于合成孔径雷达成像不受地域、时间、气候等多种因素的影响,广泛应用于民用和军事领域,带来了巨大的社会效益和经济效益。
二发展史
合成孔径的概念可以追溯到20世纪50年代初。1951年美国古德依而宇航公司的c盯1Wiley首先提出用频率分析方法改善雷达的角分辨力。与此同时,,采用相干机载侧视孔径雷达数据,研究运动目标检测技术。1952年,。1958年,,用光学相关器部件将相干雷达视频信号变成了高分辨的图像。之后,以飞机为平台的机载合成孔径雷达和以卫星为平台的星载合成孔径雷达获得飞跃发展。
长时间以来,人们仅仅利用 SAR 图像的强度(灰度)信息,而抛弃了 SAR 图像的相位信息。早期的雷达遥感大多基于单张 SAR 图像的灰度信息来进行地质调查、极地冰川、土地利用、植被和生态环境监测等。进入上世纪 70 年代,射电天文领域发展成熟的干涉技术被引入,将覆盖同一地区的两张 SAR 图像联合处理并提取对应像素的相位差(干涉相位)信息,以此恢复目标形状如数字高程模型的建立,从而导致了InSAR 的诞生。1969 年,Rodgers 和 Ingalls 首次应用干涉技术对金星观测,1974年,美国 NASA/JPL 的 Graham 首次提出使用雷达干涉对地球表面形状成图的构想。
三发展方向
当前, 合成孔径雷达( SAR) 已成为国际对地观测领域最重要的前沿技术之一。雷达极化测量、干涉测量及多参数极化干涉测量等技术代表了雷达遥感的发展方向。
四极化与干涉 SAR 的技术发展
InSAR 的几何原理
由于入射角的差异使得两幅 SAR 图像不是完全重合,对它进行配准处理后,配准后的图像对进行复共 AVE 相乘就得到了复干涉纹图(interferogram)。
常规 D-InSAR 测量技术
对于多数的重复轨道干涉测量来说,轨道并是完全重合,因此干涉相位信号同时包含地形信息和视线向位移信息。将去除地形信息得到目标运动速度或变形量的方法称为“SAR 差分干涉测量”(DinSAR)。
极化干涉雷达(Pol-InSAR)
传统干涉 SAR 测量除了用于获取高精度的 DEM 和探测地表形变外,另外一个重要的应用就是获取与自然散射机理有关的物理参数。但是,三个因素限制了传统的单频、单极化干涉 SAR领域的应用:很难解决哪怕是用最简单的散射模型表题,因为数据所能提供的独立参数太少;对干涉条纹有很大的困难,因为难以确定有效散射中心的位置;传统干涉 SAR测量无法消除一个分辨率单元内由于散射中心高度差引起的谱相干。
五 SAR的应用情况
国际上在加强干涉理论研究的同时,掀起了干涉应用的高潮。干涉应用可归结为三类:
(1)地形制图和 DEM 建立、
(2)基于 DInSAR 的地球表面形变场探测、
(3)基于干