基于SARscape的D-INSAR數據處理分析

肖宇寧

摘 ?要：隨著社會經濟的快速發展，中國城市的災害風險不斷增加。近年來，雖然各城市在災害監測和治理能力方面取得一定成效，但城市級的災害防范仍面臨不斷挑戰。合成孔徑雷達差分干涉測量技術（D-INSAR）在城市地表形變監測方面的優勢，使得其成為打造智慧城市的重要技術手段。SARscape軟件平臺功能的不斷完善，為D-INSAR數據的高效處理提供了可能性。

關鍵詞：D-INSAR ?SARscape ?地表形變

中圖分類號：TP79 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（c）-0043-02

合成孔徑雷達差分干涉測量技術（Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar，D-INSAR）是由合成孔徑雷達干涉測量技術發展而來的，是一種目前較為新穎的地表形變觀測方法[1]。該技術不受天氣影響、響應速度快、觀測精度高、觀測范圍廣的特點使其在災害預測、風險防控、應急響應、風險評估、城市治理等領域的應用越來越多。特別是在城市地表形變監測普查方面的優勢，使得其成為打造智慧城市的重要技術手段。

SARscape由SARMAP公司研發，是國際知名的雷達圖像處理軟件。該軟件架構于專業的ENVI遙感圖像處理軟件之上，具有專業的干涉測量技術。SARscape由6個模塊組成，即核心模塊、聚焦擴展、濾波擴展、掃描式干涉雷達處理擴展、極化雷達處理擴展、干涉疊加擴展。使用者可根據需求選擇不同功能模塊及其不同組合。

1 ?D-INSAR數據處理流程

運用SARscape進行雷達差分干涉（D-INSAR）處理包含7個步驟：數據聚焦、基線估算、干涉圖生成、自適應濾波和相干生成、相位解纏、軌道精煉與重去平、形變轉換。且有若干模塊包含不同的操作步驟。如在干涉圖生成中，包括干涉數據對配準和多視處理，在處理之后再生成干涉圖，而且生成的干涉圖是基于參考DEM圖像基礎上經過去平后的干涉圖像。

2 ?D-INSAR數據處理應用

基于SARscape軟件對兩幅TerraSAR-X圖像進行差分干涉處理來獲取該區域在2011年11月21日至2012年1月4日期間的地表形變信息。

2.1 數據聚焦

在運用SARscape軟件進行差分干涉測量處理時，其無法直接讀取原始的雷達數據，因此需要對原始的雷達數據進行聚焦處理，使其成為單視復影像（Single Look Complex Image，SLC）。SLC指一景SAR圖像同時包括了雷達波振幅和相位兩部分。在SLC基礎上進行一系列的處理。

2.2 基線估算

隨著基線長度的增加，兩幅圖像的相干性會降低，當基線長度達到某一極限值時，圖像完全不相干，這一極限值稱為臨界基線長度，這一效應稱為基線去相關[2]。基線長度只能在臨界基線之內，不能任意選擇。但是隨著基線長度的減小，干涉條紋會變得稀疏，反映的地形信息減少，導致高程測量和形變監測的精度降低。因此實際工作中只能在臨界基線之內選擇合適的基線長度。

2.3 干涉圖生成

對兩幅精確配準的影像進行復共軛即得到干涉圖。所生成的干涉相位中，除了地表起伏信息外還包含了地表曲率效應，因而無法辨識地表信息，為獲得純粹的地表起伏信息，須消除平地效應。SARscape利用相關的軌道參數與參考的DEM數據進行水平地形效應的消除，從而減少了地形要素對形變要素帶來的影響。

2.4 自適應濾波與相干性生成

采用在頻域上濾除干涉相位噪聲的濾波方法，即Goldstein濾波方法[3]。濾波后，殘差點的比例有了明顯下降，信噪比得到很大提高，有利于相位解纏的進行與精度的提高。且經過濾波處理后，很多斑點噪聲被消除，從而可以得到很多細節信息。

在D-INSAR數據處理中，干涉相干是關鍵量值，它是局部干涉條紋評價的重要指標[4]。干涉圖質量可由相干圖判斷，將主影像和輔影像逐點計算相干系數，進行灰度化處理，生成相干圖。相干圖中，較暗的區域相干性較低，反之較高。

2.5 相位解纏

相位解纏是D-INSAR數據處理生成形變圖像的關鍵步驟之一。在理想條件下，相位解纏只要提取出相位數據在水平和垂直方向的偏微分并求積即可得到整周數。然而，在實際的處理中，由于噪聲和數據不連續，導致了相位的不連續性，簡單的積分方法不再適用。該次試驗采用的是最小費用流算法來對影像進行相位解纏。

2.6 軌道精煉與重去平

在生成形變圖之前，為了保證生成圖像的準確性，需要對解纏得到的圖像進行軌道精煉與重去平處理。利用精確軌道參數控制點對生成的圖像進行處理，使其空間坐標信息更加精確。在軌道精煉處理之前，需使用可靠的控制點文件（GCP Vector File），該實驗以相干圖像中相干系數大的點作為控制點。

2.7 形變圖生成

形變圖的生成是本實驗的最后一步，也是該實驗的目的所在，即運用二軌法差分干涉測量得到研究區域的形變信息。試驗結果見圖1、圖2。

3 ?結語

該文介紹了合成孔徑雷達差分干涉測量基本原理。基于SARscape軟件平臺，闡述了運用該軟件進行D-INSAR數據處理的技術流程，達到監測地表形變信息的目的。SARscape平臺在D-INSAR數據處理過程中操作簡便，且提供了多樣的算法選擇，為不同數據源的處理提供了可行性方案。然而，影像質量的影響因素多種多樣，因此在數據處理過程中應盡可能減小負面影響。如在軌道精煉過程中可選擇多個GCP點作為穩定參考點，從而可減小軌道誤差的影響。如缺少實測數據，可用多數據源、多軟件處理的方法聯合進行驗證。

參考文獻

[1] 邵澤龍.基于FMCW GBSAR的微形變監測技術研究[D].中國科學院大學：中國科學院國家空間科學中心，2019.

[2] 王琪潔，尹宏杰，朱建軍，等.一種修正的Goldstein干涉圖濾波方法[J].工程勘察，2009，37（11）：51-55.

[3] 李新武，郭華東，楊虎，等.極化干涉SAR數據地表土地類型分類[J].遙感學報，2002（6）：507-510.

[4] 唐洪城.多基線InSAR仿真干涉圖相位解纏技術研究[J].科技視界，2019（32）：7-8.