[科普中國]-干涉雷達(dá)

定義

干涉雷達(dá)指采用干涉測量技術(shù)的合成孔徑雷達(dá)，也有稱雙天線SAR或相干SAR。它通過兩條側(cè)視天線同時對目標(biāo)進(jìn)行觀測（單軌道雙天線模式），或一定時間間隔的兩次平行觀測（單天線重復(fù)軌道模式），來獲得地面同一區(qū)域兩次成像的復(fù)圖像對（包括強(qiáng)度信息和相位信息）。由于目標(biāo)與兩天線位置的幾何關(guān)系，地面目標(biāo)回波形成相位差信號，經(jīng)兩個復(fù)圖像的復(fù)相關(guān)形成干涉紋圖。1

干涉文圖包含了斜距方向上的圖像點與兩天線位置差得精確信息（回波相位的改變）。因此，利用遙感器高度、雷達(dá)波長、波束視向及天線基線距之間的幾何關(guān)系，可以獲取距離信息，精確地測量出圖像上每一點的高程信息，從而獲得高分辨率的地表三維圖像。在航天平臺往往用重復(fù)軌道來實現(xiàn)雙天線達(dá)到的效果。

干涉雷達(dá)可分為距離向（或稱空間模式）、方位向（或稱時間模式）、重軌三種模式。

距離向模式指干涉雷達(dá)兩個天線的基線距與飛行方向垂直，重軌模式的成像幾何關(guān)系實際與距離向模式相仿。如圖1所示，圖中x軸為方位方向，y軸為距離方向，假設(shè)有兩條天線接收同一目標(biāo)產(chǎn)生的回波信號，且視向相同，則兩條天線接收信號的路徑分別為r1,r2，則其路徑差△r為△r=〡r2-r1〡。若考慮系統(tǒng)使用同一天線作為發(fā)射源（如重復(fù)軌道干涉處理），則路徑差產(chǎn)生的相位差

Φ=4π/λ·△r=4πf/c·△r，△r=Bcos(θ-θb)

式中：λ為波長，f為頻率；c為雷達(dá)傳播速度，即光速；B為兩天線間基線距；θ為入射角，θb為天線基線與飛行水平面法線間的夾角。

由此，可根據(jù)成像幾何參數(shù)推出地面任一點的高度，即

式中：h為目標(biāo)高程；H為雷達(dá)平臺高度；r為斜距。

方位向模式指干涉雷達(dá)兩個天線的基線距與飛行方向平行。此模式下相位差是由觀測期間地面目標(biāo)的移動引起的，常用于運動目標(biāo)觀測、海流速度和定向波浪譜的測量等。其相位差Φ可表示為

Φ=4πuB/λv

式中：u為地面目標(biāo)的運動速度；v為平臺的飛行速度；其他參數(shù)同上。

性質(zhì)在干涉測量中，干涉相位的精度是影響DEM精度的重要因素，而兩幅圖像的相干性或相關(guān)度是決定相位差精度的重要因素。

干涉雷達(dá)可以全天時、全天候、近實時地獲得大面積地球表面三維地形信息，空間分辨率高，對大氣和季節(jié)的影響不敏感。

應(yīng)用提取三維信息干涉雷達(dá)提取三維信息（數(shù)字高程模型）的主要步驟如下：

①干涉雷達(dá)原始信號處理、幾何分析；

②圖像高精度幾何配準(zhǔn)——將輔圖像（或稱從圖像）配準(zhǔn)到主圖像；

③計算干涉紋圖，即根據(jù)幾何關(guān)系獲得回波相位差和圖像相關(guān)，生成干涉圖，它是總相位差經(jīng)2π調(diào)制到的結(jié)果；

④去平地效應(yīng)，即平坦地形相位糾正（減去平地相位），則原始干涉圖經(jīng)去平處理后得到去平干涉相位圖；

⑤增強(qiáng)干涉圖和計算相干圖，即對整個干涉圖中的各局部區(qū)域計算主輔圖像間的相關(guān)性；

⑥相位解纏，即求解相位的2π模糊性問題，從而算出影像的真實相位值；

⑦變換解開的相位到高度，以獲得數(shù)字高程模型DEM；

⑧地形高畸變的校正和地理編碼；

⑨地面控制點的高度偏差等校正；

⑩生成合成圖像產(chǎn)品——地理編碼的主SAR圖像和配準(zhǔn)的輔SAR圖像、地理編碼的相干圖像等。

差分干涉雷達(dá)技術(shù)差分干涉雷達(dá)技術(shù)（D-InSAR）——利用三次觀測（兩張干涉圖），進(jìn)行微小運動或變化測量，對地表垂向運動和運動目標(biāo)十分敏感，精度可達(dá)毫米量級2，在地形變測量、地形制圖、軍事應(yīng)用、海況監(jiān)測、冰川運動監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、泥石流、地震、火山）監(jiān)測、森林高度測量、作物生長變化等方面具有很大的應(yīng)用潛力。

一系列星載InSAR計劃的實施，例如，美國的航天飛機(jī)干涉雷達(dá)地形測圖SRTM，獲得除極區(qū)以外約占地球表面80%的三維雷達(dá)數(shù)據(jù)，測量地形精度達(dá)16m（C波段垂直精度為10m，X波段垂直精度為6m），這是首次對全球表面最精確、最全面的一次測圖；美國NASA的地形衛(wèi)星（TOPSAT）利用InSAR技術(shù)獲取全球高精度的數(shù)字高程數(shù)據(jù)庫，地面精度為2m（高度）和30m（水平）；歐洲空間局的Light SAR為L波段、多極化、具有干涉測量、掃描模式的實用化成像雷達(dá)等。這些星載多波段、多極化干涉雷達(dá)可以方便地生成描述地形的數(shù)字高程模型及研究地表三維形變，將大大推動雷達(dá)遙感和遙測制圖的新發(fā)展。