基于SARscape的D-INSAR数据处理分析

肖宇宁

摘  要：随着社会经济的快速发展，中国城市的灾害风险不断增加。近年来，虽然各城市在灾害监测和治理能力方面取得一定成效，但城市级的灾害防范仍面临不断挑战。合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-INSAR）在城市地表形变监测方面的优势，使得其成为打造智慧城市的重要技术手段。SARscape软件平台功能的不断完善，为D-INSAR数据的高效处理提供了可能性。

关键词：D-INSAR  SARscape  地表形变

中图分类号：TP79   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）06（c）-0043-02

合成孔径雷达差分干涉测量技术（Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar，D-INSAR）是由合成孔径雷达干涉测量技術发展而来的，是一种目前较为新颖的地表形变观测方法[1]。该技术不受天气影响、响应速度快、观测精度高、观测范围广的特点使其在灾害预测、风险防控、应急响应、风险评估、城市治理等领域的应用越来越多。特别是在城市地表形变监测普查方面的优势，使得其成为打造智慧城市的重要技术手段。

SARscape由SARMAP公司研发，是国际知名的雷达图像处理软件。该软件架构于专业的ENVI遥感图像处理软件之上，具有专业的干涉测量技术。SARscape由6个模块组成，即核心模块、聚焦扩展、滤波扩展、扫描式干涉雷达处理扩展、极化雷达处理扩展、干涉叠加扩展。使用者可根据需求选择不同功能模块及其不同组合。

1  D-INSAR数据处理流程

运用SARscape进行雷达差分干涉（D-INSAR）处理包含7个步骤：数据聚焦、基线估算、干涉图生成、自适应滤波和相干生成、相位解缠、轨道精炼与重去平、形变转换。且有若干模块包含不同的操作步骤。如在干涉图生成中，包括干涉数据对配准和多视处理，在处理之后再生成干涉图，而且生成的干涉图是基于参考DEM图像基础上经过去平后的干涉图像。

2  D-INSAR数据处理应用

基于SARscape软件对两幅TerraSAR-X图像进行差分干涉处理来获取该区域在2011年11月21日至2012年1月4日期间的地表形变信息。

2.1 数据聚焦

在运用SARscape软件进行差分干涉测量处理时，其无法直接读取原始的雷达数据，因此需要对原始的雷达数据进行聚焦处理，使其成为单视复影像（Single Look Complex Image，SLC）。SLC指一景SAR图像同时包括了雷达波振幅和相位两部分。在SLC基础上进行一系列的处理。

2.2 基线估算

随着基线长度的增加，两幅图像的相干性会降低，当基线长度达到某一极限值时，图像完全不相干，这一极限值称为临界基线长度，这一效应称为基线去相关[2]。基线长度只能在临界基线之内，不能任意选择。但是随着基线长度的减小，干涉条纹会变得稀疏，反映的地形信息减少，导致高程测量和形变监测的精度降低。因此实际工作中只能在临界基线之内选择合适的基线长度。

2.3 干涉图生成

对两幅精确配准的影像进行复共轭即得到干涉图。所生成的干涉相位中，除了地表起伏信息外还包含了地表曲率效应，因而无法辨识地表信息，为获得纯粹的地表起伏信息，须消除平地效应。SARscape利用相关的轨道参数与参考的DEM数据进行水平地形效应的消除，从而减少了地形要素对形变要素带来的影响。

2.4 自适应滤波与相干性生成

采用在频域上滤除干涉相位噪声的滤波方法，即Goldstein滤波方法[3]。滤波后，残差点的比例有了明显下降，信噪比得到很大提高，有利于相位解缠的进行与精度的提高。且经过滤波处理后，很多斑点噪声被消除，从而可以得到很多细节信息。

在D-INSAR数据处理中，干涉相干是关键量值，它是局部干涉条纹评价的重要指标[4]。干涉图质量可由相干图判断，将主影像和辅影像逐点计算相干系数，进行灰度化处理，生成相干图。相干图中，较暗的区域相干性较低，反之较高。

2.5 相位解缠

相位解缠是D-INSAR数据处理生成形变图像的关键步骤之一。在理想条件下，相位解缠只要提取出相位数据在水平和垂直方向的偏微分并求积即可得到整周数。然而，在实际的处理中，由于噪声和数据不连续，导致了相位的不连续性，简单的积分方法不再适用。该次试验采用的是最小费用流算法来对影像进行相位解缠。

2.6 轨道精炼与重去平

在生成形变图之前，为了保证生成图像的准确性，需要对解缠得到的图像进行轨道精炼与重去平处理。利用精确轨道参数控制点对生成的图像进行处理，使其空间坐标信息更加精确。在轨道精炼处理之前，需使用可靠的控制点文件（GCP Vector File），该实验以相干图像中相干系数大的点作为控制点。

2.7 形变图生成

形变图的生成是本实验的最后一步，也是该实验的目的所在，即运用二轨法差分干涉测量得到研究区域的形变信息。试验结果见图1、图2。

3  结语

该文介绍了合成孔径雷达差分干涉测量基本原理。基于SARscape软件平台，阐述了运用该软件进行D-INSAR数据处理的技术流程，达到监测地表形变信息的目的。SARscape平台在D-INSAR数据处理过程中操作简便，且提供了多样的算法选择，为不同数据源的处理提供了可行性方案。然而，影像质量的影响因素多种多样，因此在数据处理过程中应尽可能减小负面影响。如在轨道精炼过程中可选择多个GCP点作为稳定参考点，从而可减小轨道误差的影响。如缺少实测数据，可用多数据源、多软件处理的方法联合进行验证。

参考文献

[1] 邵泽龙.基于FMCW GBSAR的微形变监测技术研究[D].中国科学院大学：中国科学院国家空间科学中心，2019.

[2] 王琪洁，尹宏杰，朱建军，等.一种修正的Goldstein干涉图滤波方法[J].工程勘察，2009，37（11）：51-55.

[3] 李新武，郭华东，杨虎，等.极化干涉SAR数据地表土地类型分类[J].遥感学报，2002（6）：507-510.

[4] 唐洪城.多基线InSAR仿真干涉图相位解缠技术研究[J].科技视界，2019（32）：7-8.