InSAR应用中角反射器研究.doc

InSAR中人工角反射器研究 摘 要： 传统的差分干涉测量（DInSAR）受到时间和空间失相干以及大气效应影响，在应用上受到很大限制，人工角反射器（CR）在SAR图像上能够显示稳定的、清楚的、较高的振幅信息，特别适合于低相干区域的形变监测，近年来得到了广泛的应用。本文基于西安市布设的三面角反射器，研究了城市中角反射器的识别问题，同时应用CR对地理编码后的影像通过仿射模型进行了校正，最后求解了CR点间的形变量。 关键词： InSAR 人工角反射器 地理编码 LAMBED 地表形变 1 引 言 差分合成孔径雷达干涉测量技术（DInSAR)在最近10来年有了很大的发展。但是，由于时间和空间的失相干以及大气效应的影响，传统的差分干涉测量的应用受到很大的限制。基于此，一些学者提出了利用离散的、相位稳定的目标点作为研究对象的新技术[1]。人工角反射器（CR）由于可人为地控制其几何形状、尺寸、结构和安放位置，因此在SAR图像上显示出稳定的、清楚的、较高的振幅信息，能够实现在低相干区域进行InSAR技术监测地表微量形变的潜力，近年来得到了广泛的应用和发展。CR被安装在研究区域，雷达入射光线照射到CR相互垂直的两个或三个表面，经过几次反射，入射光线将沿原路径的逆方向反射回去，在图像上形成十字丝形状的亮点，亮点尺寸和亮度宽度均为一个分辨单元[2]。目前，许多InSAR机构已经开始研究利用CR来探测城市地表微量形变、滑坡变形监测等，也相继布设了一系列的CR点。然而很多时候在SAR图像上找不到相应的CR点，特别是在城市布设的CR点，由于周围地物的强反射特性，很难准确识别出真正的CR点。为此，需要专门对城市布设的CR点做探测研究。同时，CR本身被当做地面控制点，还可以对地理编码后的结果进行校正，以满足SAR图像平面上的精度要求。基于CR原理求解形变量的理论目前还处于研究阶段，其中的难点就是CR点的相位解缠问题，LAMBED法可以快速准确求解出GPS整周模糊度,在CR解算中同样可以采用这种方法来解决相位缠绕问题[3]。 2 CR的探测 研究表明，即使三面角反射器物理大小大于SAR的空间分辨率，它在SAR图像上仍然表现为一个单独的点目标[4]。为了准确地找出这个点目标，可以根据CR安装前后的SAR影像的强度信息进行对比研究，进而确定CR点[5]。为此，需要对获得的包含研究区域的6景Envisat ASAR影像进行处理以探测CR点，具体影像以及CR安装情况如下表所示： 表1 六幅影像CR安装情况 CR点名200703102007111020090314 XJ07 没安装 没安装 安装 安装 安装 安装 XJ08 没安装 没安装 没安装 没安装 安装 安装 从表中可以看到，影20090314上全部安装了角反射器，20070310影像两个角反射器都没有安装20071110影像只安装了XJ07。下图1为安装在西安污水处理厂的XJ07和XJ08两个角反射器在Google earth上的大体位置，图2为具体的CR示意图。 CR的初始坐标由GPS精确测定，单视复数影像图（SLC）经过裁剪、配准、重采样、坐标转换、提取强度偏差后[6],得到了XJ07和XJ08两个角反射器在上述六景SAR图像上的位置(图3)。 图 1 Google earth上CR的位置 图 2 安装的CR 图3：CR点在强度图上的影像 3 利用CR做地理编码校正 经过成像和干涉处理得到的InSAR数据在方位-距离成像几何坐标系中可以表示为(i, j,H,σ),其中: i表示方位向的序号; j表示距离向的序号;H表示该像素对应的高程;σ表示雷达的后向散射量,即图像的灰度。地学编码处理就是将成像几何坐标系中的数据变成(x,y,H,σ),x,y表示通用的参考坐标系(我国一般都采用高斯平面坐标)[7]。目前地理编码采用的方法很多，多项式、共线方程和雷达成像几何模型是经常采用的方法。多项式模型和共线方程模型都必须依赖地面控制点来反演出模型参数,然后才能进行图像的定位纠正,是一种“地-空-地”的地理编码处理方法,不能直接进行地学编码处理,必须依赖一定的地面控制点。在InSAR地理编码中由于很难找到一定数量的地面控制点，因此经常采用距离-多普勒的地理编码方法[8]。