地形对InSAR相干性的影响分析

2022-10-06王亚男王宗伟

现代测绘 2022年4期

王亚男，王宗伟，张汛

(江苏省测绘工程院，江苏南京 210013)

0 引言

InSAR(合成孔径雷达干涉测量)技术将合成孔径雷达成像技术与干涉测量技术成功地进行了结合。利用该技术不仅可以测量图像中地物的三维坐标，还可以测量形变信息，因此InSAR的应用较为广泛，目前已经在地表沉降、地震、滑坡以及冰山移动等监测中得到广泛应用。随着该技术的发展，其应用将会越来越广[1]。对于涉及雷达干涉测量的应用来说，干涉相干性是SAR数据最重要的质量评价指标之一。相干性是干涉性能的本质表现，也是SAR卫星成像质量最直接的衡量标准。相干性的丢失，使得InSAR技术无法正常提取地面高程模型和地表形变信息等需要利用干涉来进行的应用，特别是在山区，这一问题更为突出。文章针对不同地形的影像对其相干性进行了计算和统计，分析了不同地形的影像相干性特点。

1 InSAR信噪比

信噪比，简单地说就是信号和噪声之比，它是衡量图像质量好坏较为常用的一个指标[2]：信噪比高的图像质量好，反之，信噪比低的图像质量差。SAR影像干涉图的信噪比指的是地形或者形变相位与相位噪声功率的比值，它与SAR影像的相干系数关系非常密切，但与相干系数相比，它能更加全面地反映相位噪声和干涉图的质量情况[3]。

2 InSAR相干系数

为了对InSAR干涉测量数据的相干特性进行描述，特引入相干系数这个参数。对于复数干涉SAR数据，其相干系数的定义如下：

(1)

InSAR相干系数是干涉相位图质量的直观描述，又由于相干系数还体现了地物的后向散射特性，因此它也是地物分类的有效参数。InSAR相干系数与其信噪比有着直接的代数关系：

(2)

式中，γ为相干系数，SNR为信噪比。

由式(2)可知，相干系数与信噪比呈正比关系，SAR影像的信噪比越高，干涉图的质量就越好，相干系数也就越大。因此，相干系数的大小能够用来表明干涉图质量的好坏[4]。

3 实验分析

3.1 实验区域和实验数据

本次实验采用的是ALOS PALSAR影像，前后两景影像的拍摄时间分别是2009年8月6日和2009年9月21日，以8月6日的影像为主影像，以9月21日的影像为辅影像，空间基线为596.23 m。具体的实验区域如图1所示，涉及句容市、丹阳市以及常州市金坛区。

3.2 实验结果及分析

由于本次研究的内容是SAR影像相干性受地形起伏变化的影响，因此从实验结果中裁切了一个包含平地、丘陵等地形比较复杂的区域作为研究区。首先，计算研究区影像的相干图，结果如图2所示。其次，获取研究区域的DEM，如图3所示，然后，计算出研究区域的地形坡度，并对计算的坡度结果按照每10°进行分级，共分为4级，结果如图4所示。最后，分别计算和统计影像相干图中对应地形坡度等级的相干性，统计结果如表1所示。

表1 不同坡度对应的相干系数值

从统计结果中可知，随着坡度的增大，相干性均呈现出减小的趋势，这与我们的先验知识相吻合，PALSAR相干图在0°到20°的相干性相对较好，但是，随着地形坡度的增加，影像的相干性迅速减小，说明地形坡度的增加对InSAR相干性的影响还是很严重的，这是因为随着SAR影像坡度的增加，影像的畸变就会随之增大，影像的信噪比也就随之减小，信噪比变小直接导致了影像相干性的下降。