合成孔径雷达原理与应用(二)
2. 应用
近20年来,SAR技术得到快速发展,其穿透特性使它获取的影像基本不受云、雾的影响,而且能够透过地表和植被获取地表以下信息,因此,其应用受到国内外学者的重视。
InSAR技术已在地形测绘、重大工程变形监测(铁路、桥梁、大坝和超高层建筑等)、全球环境变化(冰川消融、冻土退化、冰川漂移、极地冰层变化等)、灾害监测评估(地震地壳形变、火山运动、山体滑坡、区域地面沉降等)、能源资源勘查(油气田开采、矿藏资源开采、地下水抽采等)等相关领域得到了广泛应用,取得了一系列重要成果。InSAR已经成为测绘学、地球物理学、冰川学和水文学等相关学科研究的重要技术手段之一。
PolSAR在农业(分辨不同的农作物耕地)、森林(植被高度、衰减系数等生物量的估计、物种识别)、地质(地质结构描述)、水文(表面粗糙度和土壤湿度估计、雪湿度估计)、海冰监测(冰龄和厚度估计)和海洋学(波特性估计,热和波前探测)等很大范围内都得到广泛的研究和应用。以下是SAR及其相关技术在不同领域的应用。
2.1. 图像分类
极化雷达是指在极短的间隔中发射H、V极化波脉冲,并同时接收H、V 回波。因此,它既记录了相干回波信号的振幅变化,又记录了不同极化回波间的相位变化(相位差)。也就是说,它记录了地面每个分辨单元的后向回波散射信息,包括每种极化状态的散射振幅和相位差。
通过极化合成,可以获得被测地物像元的极化散射矩阵;再通过极化响应的数据分析,采用目标分解方法,可以分离出目标的散射特性,求得目标的散射系数,以及地物不同极化特征的散射系数的变化。
由于极化散射矩阵将目标散射的能量特性、相位特性和极化特性统一起来,相对完整地描述了雷达目标的电磁散射特性,增强了成像雷达对目标信息的获取能力。
本质上,极化SAR 图像分类就是模式分类, 其基本流程为“ 预处理—特征提取—分类—后处理”。其中, 特征提取是关键。
2.2. 土壤水分估测
技术:极化SAR,利用土壤水分和雷达后向散射系数之间的关系进行。
与其他微波遥感相比, SAR具有更高的空间分辨率(1m~1km),可以获取较大范围更为精细尺度上的土壤水分含量信息,广泛地应用于中小尺度的土壤水分反演。此外,利用多频率、多极化、多角度、可变工作模式的雷达数据在很大程度上可以提高监测土壤水分含量的准确性和可靠性。
常用的两种土壤水分反演方法,一是统计分析的经验模型,二是基于微波散射模型的反演算法。
2.3. 林业应用
2.3.1. 树高估算
利用极化干涉SAR进行森林高度反演,能够区分出地面、树干和树冠散射差异的散射特征量,从而获取树冠与地面的相位中心,进而求得树高。
树高反演算法主要分为3 类,基于极化干涉复相干的森林树高反演算法、ESPRIT( Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)森林树高反演算法和层析相干技术森林树高反演算法。
2.3.2. 砍伐监测
技术: SAR或极化SAR,基于分类与变化监测技术
2.4. 测绘应用
2.4.1. DEM生产
技术:InSAR
DEM:数字高程模型
利用InSAR生产DEM流程:
干涉雷达信号处理,几何分析
高精度配准
计算干涉条纹
去平地效应
增强干涉图与计算相干图
滤波
相位解缠
变换解开的相位到高度
地形高度畸变校正和地理编码
选择控制点高度偏差校正
生产合成图像产品
在干涉测量中,干涉相位的精度是影响DEM精度的重要因素,而两幅图像的相干性或相关性是决定相位差精度的重要因素。目前,全球有多种DEM产品发布,如SRTM DEM等。
2.4.1. 地形测绘
为地形图测绘提供辅助信息。