[SARscape] InSAR技术基础应用

文章目录

InSAR技术反演DEM
- 数据要求
- 反演DEM的步骤
- - 一、基线估算
  - 二、配准
  - 三、生成干涉图&干涉去平
  - 四、自适应滤波&相干性计算
  - 五、相位解缠
  - 六、轨道精炼&重去平
  - 七、相位转高程&地理编码
  - 八、结果说明

【InSAR】InSAR技术是利用雷达系统获取同一地区两幅SAR影像所提供的相位信息进行干涉处理，来获取地表的三维信息，可以建立目标地区的数字高程模型。另外一个重要应用是获取地表的形变

InSAR技术反演DEM

【思路】利用一对SAR数据的相干相位信息反演DEM

数据要求

若要反演DEM，则必须满足以下5个要求的数据对

SLC数据对，要具有相位信息。例如做多视处理后相位信息就丢失了
数据拍摄的几何形态要一致，即入射角要一致
极化方式（VV、VH）要一致
轨道方向（升轨、降轨）要一致
数据覆盖范围具有重叠区

反演DEM的步骤

可先利用默认参数将过程跑一边，查看结果的快视图，判断哪个地方出了问题，再根据帮助文档（在工具左下角的问号图标打开帮助文档）修改相应参数

【工具位置】SARscape提供反演DEM的工具流，方便流程化处理：SARscape-->Interferometry-->InSAR DEM workflow

【使用前的准备工作】

【设置工作的默认文件夹】使用此工具流之前，设置系统参数，将数据缓存地址，输出地址等提前设置好，默认缓存数据的文件夹在C盘（C:\Users\PasserQi\AppData\Local\Temp\SARsTmpDir_***）
【设置符合数据源的系统参数】使用此工具流之前，选择你使用数据的系统参数。例如此选择的是COSMO SkyMed HIMAGE 3米的数据，则选用VHR的系统参数：SARscape-->Preferences-->Load Preference-->VHR(better than 10m)
【设置制图精度】即DEM反演结果的分辨率，例如COSMO SkyMed HIMAGE 3米的数据可选择5米：SARscape-->Preferences-->General parameters-->Cartographic Grid Size(m)-->修改为5
【事先导入】使用此工具前，数据要先导入成slc数据
【保存工程】此工具流可以保存成工程（工具中间下放有一个保存按钮），方便随时打开重做
【生成快视图】在每一步中，可以在Global参数中，将Generate Quick Look设置成True，即生成快速图，方便查看和出图

一、基线估算

（1）基线估算的背景
【空间基线】卫星两次拍摄的位置是有一定的距离的，这个距离称为空间基线
【失相干】如果空间基线较长，两个数据就有可能失相干（即相位之间没有干涉信息）。故空间基线要满足一定的阈值，才能够进行InSAR分析
【时间基线】两次拍摄的时间相隔太长也会导致失相干（此为时间失相干）
只有在获得地面反射至少有两个天线重叠的时候才可以产生干涉，当基线垂直分量超过了临界值的时候，没有位相信息，相干性丢失，就无法做干涉

（2）基线估算的作用
用来评价干涉影像对的质量，检查数据是否满足基线阈值。计算基线、轨道偏移（距离向和方位向）和其他系统参数。
1.时间基线：越短越好
2.空间基线：在一定范围内越长（但要一定要远小于阈值），对地形、高程的探测敏感越高

（3）基线估算的工具
基线估算有两个工具

两景数据：SARScape-->Interferometry-->Interferometric Tools-->Baseline Estimation
多景数据：SARscape-->Interferometry-->Interferometric Tools-->Multi Baseline Calculation

（4）Baseline Estimation工具（两景数据的基线估算）说明
工具位置：SARScape-->Interferometry-->Interferometric Tools-->Baseline Estimation
操作说明：

Input Master File：输入主影像，一般更早的那景为主影像
Optional Files-->Output Baseline Root Name：可选，即输出结果。若不填即表示计算完打印一下就好，不输出到文件中

结果说明：

结果	说明
`Normal Baseline(m) = 180.504`	空间基线，在拍摄时两个传感器间隔的距离180.504米
`Critical Baseline min-max(m) = [-6400.098] - [6400.098]`	临界基线，即若空间基线大于6400.098表示两个数据失相干了。一般在应用中需要小于临界基线的十分之一
`Absolute Time Baseline (Days)=1`	时间基线
`Range Shift (pixels) = 0.515 Azimuth Shift (pixels)=0.038`	数据在方面向、距离向的偏移量，之后可以通过配准来校正
`2 PI Ambiguity height (InSAR) (m) = 58.925`	2PI模糊高程（即一周期的相位变化对应的高程变化）。相位变化是周期性的，相位变化2PI对应的高程变化量是58.925。此参数越小，高程测量的精度越高。此参数与空间基线是反比关系。
`2 PI Ambiguity displacement (DInSAR) (m) = 0.016`	DInSAR精度为0.016
`1 Pixel Shift Ambiguity height(Stereo Radargrammetry) (m) = 6285.378`	立体量测的精度6285.378m（哨兵数据适合做InSAR、不适合应用于立体量测）
`1 Pixel Shift Ambiguity displacement (Amplitude Tracking (m) = 1.666`	振幅偏移量测，做大的形变（完全失相干的形变，如滑坡、冰川移动等）的精度是1.666米
`Master Incidence Angle = 48.963 Absolute Incidence Angle difference = 0.011`	主影像入射角48.963，主从影像相差0.011

二、配准

【配准】主辅影像基于相位的配准
【作用】将多幅SAR影像进行地理配准，统一栅格单元的位置
【工具位置】SARscape-->Basic-->Intensity Processing-->Coregistration
【配准结果】_rsp文件。若没有配准好，将多景进行彩色显示，会产生重影
【说明】
1.Input File List：参与配准的SAR影像（_pwr强度数据）
2.Input Reference File：配准的主影像（_pwr强度数据）
3.DEM File：可选项（_dem文件）。若是Sentinel数据必须提供，哨兵数据就是基于DEM进行配准的
4.Coregistration With DEM：是否用DEM配准，设置为True

三、生成干涉图&干涉去平

【生成干涉图&干涉去平】两个相位共轭相乘所得结果即为干涉图。但干涉图具有平地效应，需要干涉去平

【干涉条纹】：即是干涉相位图形化显示的结果，可以打开*_int_ql.tif干涉快视图进行查看

一个颜色周期就代表相位的一次2π变化：红色-黄色-蓝绿色为一个完整的2PI变化周期
干涉条纹越密集，此地方的地表高程变化越大，起伏的越厉害。这些是要保留下来的地形相位
间隔相同，有规律的条纹是由于平地效应所造成的，可以通过去平工具去除

【去平之后的干涉图像】：去除间隔相同，由平地效应造成的干涉条纹。保留因地形起伏、高程起伏所导致的干涉条纹。可以打开*_dint_ql.tif来查看。接下来就是进行滤波，去除一些噪声，让干涉条纹变得更加平滑。

四、自适应滤波&相干性计算

【自适应滤波&相干性计算】对干涉图进行滤波，抑制斑点噪声，提高相干性，使干涉条纹更加平滑。得到相干性图（_cc_ql.tif）、滤波后的干涉图（_fint_ql.tif)

【工具说明】
1.Adaptive Filter and Coherence Generation-->Filtering-->Goldstein Min Aplha、Goldstein Max Alpha
若要增加滤波强度，可同步增加这两个参数，Max不要超过4，Min可以改为1

【滤波后干涉图】

【相干性图】代表每个像元的相干性，值处于0到1之间

值越大（图中亮的区域），表示相干性越好，得到的结果越精确
黑色区域代表无意义、无信号的区域，噪声很大，都是不可信，需要利用插值进行处理

五、相位解缠

（1）相位解缠
得到连续的地形变化

（2）分解等级
Unwrapping Decomposition Level
解缠会对数据进行过采样，即先采样成低的分辨率，再进行解缠，解缠结束后，再采样成高分辨率。
分解等级即是指此采样的倍数，最高不能超过3。倍数越大，重采样更粗，处理的速度更快，可以避免一些解缠的错误。一般对特殊地形采取更高的采样倍数。若保持原有分辨率进行采样，可设置为-1

（3）解缠相干性阈值
Unwrapping Coherence Threshold
表示：相干性小于此阈值的区域不具有意义，故不进行解缠。这个值设的越大，代表对相干性越严格，解缠结果就越少

（4）结果
解缠结果（*_upha.tif）出现类似状况，可以增大解缠相干性阈值，忽略噪声区域，让结果更平滑

六、轨道精炼&重去平

（1）轨道精炼&重去平
【背景】当轨道参数不够精确，影响从干涉相位转变为地形高度

使用GCP重新定义基线参数
计算相位偏移（如获取绝对相位值）
重新修改解缠图像的头文件中的轨道参数

【轨道优化】通过人为添加的GCP点，进行轨道重计算
【效果】轨道参数不精确会导致干涉图上有大的轨道残差（即分布在整个干涉图上的大条纹），通过GCP控制，轨道误差去除的效果是非常明显的

（2）工具使用说明
【步骤一】创建控制点

【步骤二】选择参考文件

【步骤三】选择控制点
背景：在光学遥感中GCP代表的是已知坐标的点（如河流拐点、道路交点等地表特征点）。但在SAR影像中，GCP选的是相位稳定的点，相干性高，相位没有发生变化的点，即平地点
GCP点个数：轨道精炼是基于多项式，若GCP点太少，程序会将默认的三次多项式降到二次多项式，建议选择10个以上
选择原则：选高程没有变化的地方（即平地）

在_fint滤波后干涉图像中，平地即是条纹未变化区域，即要避免选择条纹变化区域（地形起伏的区域），用彩色显示干涉条纹辅助观察（右键out_fint数据-->Change Color Table->Rainbow）
由于upha解缠结果即代表地形起伏，则在解缠结果中，平地即是比较平滑点，要避开噪声点

【步骤四】选择GCP之后，即是Refinement and Re-flattening

（3）结果说明
重去平结果：_reflat_upha即根据新的轨道参数重新去平的结果
结果报告：若精度较差，可在刚才的基础上再次选择GCP，再做一两次

七、相位转高程&地理编码

（1）产品的相干性阈值
Product Coherence Threshold：此要大于等于解缠的阈值。小于此阈值的不转换为高程
（2）小波等级
【地形残差】参考的DEM一般分辨率是比较粗的（比如SRTM的90米分辨率的DEM），但通过此工具反演的分辨率可以达到5米，而90米作为5米的参考，就会导致一个地形残差（可以理解为数据空洞）
【小波等级】Wavelet number of levels，利用此方法修正的地形残差
【公式】SAR数据的分辨率∗2n≈参考DEM的分辨率SAR数据的分辨率*2^n ≈ 参考DEM的分辨率SAR数据的分辨率∗2n≈参考DEM的分辨率，求出n即是此参数的值
例如：SAR分辨率为3米，参考的DEM使用的是90米的分辨率，可以解算出n=5（3∗25≈903*2^5≈903∗25≈90），则Wavelet number of levels设成5
（3）输出类型
1.Ellipsoidal：椭球高
2.Ellipsoidal and Geoidal
（4）设置内插
对小于产品相干性阈值的部分，用内插的方法进行填充。
在Geocoding参数中，Relax Interpolation设置为True
Dummy Removal：有效数据之外的边框数据是否去除，设置为True（将边框外的值改为NoData）

八、结果说明

【结果文件说明】

【结果预览】