孔径雷达检测方法

Ⅰ 如何理解孔径雷达中的“孔径”两个字

孔径雷达是一种先进的主动式微波遥感器，一种用于提供地面(水面)固定目标、移动目标位置和地形资料的新型雷达。在众多的空天侦察平台中应用最多，它可安装在有人驾驶和无人驾驶飞机上，也可安装在航天飞行器(卫星、飞船)上。其探测目标的真实性、准确性、可靠性和及时性是其它雷达无法比拟的，不失为空中探测的夺目“名星”。

这种雷达在设计中通过雷达与目标的相对运动及单元雷达波合成技术，使其在普通雷达中可傲视群雄。因为就理论而言，雷达天线越大，其探测监视范围也越大，但从隐藏性、机动性和生存需要等因素考虑，又不能将天线做得过大，而合成孔径雷达正是在这样一种技术需求与客观现实的矛盾中另辟蹊径，它在方位探测上采用合成孔径技术，即利用雷达与目标的相对运动，把尺寸较小的真实天线孔径——“小眼”用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径，解决了雷达发展中的天线难题，世界“美景”便可一览无余。

孔径雷达的分辨率高，与可见光、红外传感器比较具有独特的优势和无法替代的作用，被广泛应用于工农业生产、科研和军事等领域。目前在航空测量、遥感、卫星海洋观测、航天侦察、图像匹配制导中正发挥着突出作用
甚么是孔径?
正如我们已经知道的，镜头的速度是指镜头传送光线的能力。如果我们不希望镜头接纳最大的光量,就需要一种减少通过镜头光量的方法。我们是利用改变镜头孔径大小的方法达到这一目的的。孔径就是由可变光圈（叶片组）在镜头中央产生的圆孔如下图所示

光圈好比是水龙头。如果把它开大，就能有大量的光线进入；如果把它关小，就只会进入较少的光线。

希望能对你有帮助!!!

Ⅱ 什么是合成孔径雷达

雷达的波束宽度由频率及天线的大小所决定。为提高清晰度，必须加大天线的尺寸。但不必在纵横两个坐标方向加大，只要左右加大就可以了。但是这种天线在飞机机头部分并不妥当，因此装在侧面，能够以高清晰度“看”飞行沿线的地面。这就是“侧视雷达(SLR)”。其代表性的产品有美国摩托罗拉公司所开发而悬挂在OV—1“莫霍克”观测／侦察机之机身下的APS—94。此种雷达使用I／J波段。

另外，固特异公司所开发的UPD—4及UPD—6两种侧视雷达，配置在美国空军的RF—4C“鬼怪”式飞机上，以及西德空军和日本航空自卫队的RF—4E飞机上。雷达所获得的影像可以记录在宽度241毫米的摄影底片上，侧视雷达所使用的频率越高，或是天线的尺寸越大，其清晰度也越好。但是由于天线的尺寸不可能任意加大，因此就转而使用“合成孔径雷达(SAR)”这种方法。

其方法是：将一定时间内侧视雷达所获得的信号加以贮存，并利用电脑处理，则其所获得的效果，等于拥有与该时间内飞机所飞行的长度相当的天线尺寸。清晰度依使用频率而定，在I／J波段中大约是3米左右。使用最低频率——例如合成孔径雷达使用波段为J波段的话，则能够穿过森林或伪装物而“看见”目的物。频率低，也就是波长长的话，电波就能绕射而穿过树叶或小树枝，因而此种雷达称为“穿叶雷达”。在70年代末期已经证实其可行性，但是仍有测定费时的缺点。

Ⅲ 真实孔径雷达是什么

真实孔径雷达是合成孔径雷达的基础技术型号.真实孔径雷达探测目标，是借直接加大天线孔径和发射窄脉冲的办法来提高雷达图像分辨率。60年代后，采用合成孔径雷达技术，使雷达探测分辨率提高几十倍至几百倍。

Ⅳ 简述真实孔径雷达和合成孔径雷达的区别

RAR真实孔径雷达是单个雷达，SAR合成孔径雷达是指雷达移动，目标固定不动。RAR和SAR的概念就完全不一样。

1、植被覆盖度（VFC）：植被（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比，基于像元二分模型计算，假定由由植被覆盖地表和无植被覆盖地表构成一个像元，基于像元二分模型的混合像元法可以利用两个参数削弱大气。

土壤背景和植被类型的影响。VFC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)NDVIsoil为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值。

即纯植被像元的NDVI值，Soil和lveg值受大气、地表湿度、太阳光、植被类型的影响，所以不能取影像NDVI的最大值和最小值，而应该取置信度区间内的最大值和最小值。

2、植被覆盖度计算过程：首先计算NDVI，使用TM3和4波段计算归一化植被指数，突出显示植被部分（输出后图像高亮的部分就是植被区域）-1<=NDVI<=1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等。

正值，表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大；NDVI=（近红外-红）/（近红外+红）=（TM4-TM3）/(TM3+TM4)，若TM34都是0，则NDVI为-1，然后根据置信区间计算NDVIveg和NDVIsoil，接着计算植被覆盖度。

3、各种植被指数：NDVI可以指示植被生长状况和覆盖度，根据地物光谱信息推算地表的植被状况定量值。RVI比值植被指数可以监测和估算生物量，PVI垂直植被指数可以消除土壤背景与GVI物理意义相同，GVI绿度植被指数是各波段辐射亮度的加权和，使得植被和土壤的光谱特性分离。

4、反演植被覆盖度方法：如植被指数法、像元分解模型法、决策树分类法、经验模型法，经验模型法受观测条件、局限性大，植被指数法估算精度低，像元分解法所依据的原理需要进一步考证、决策树需要大量实测数据。

工作量大，属于定量遥感范畴，提升估测精度。目前没有较好的分割算法，制约了变化检测方法发展，对植被覆盖度变化监测可以提高不同地物间的类间可分性，采用多尺度、多源数据融合监测。

Ⅳ 雷达的工作原理，你知道是什么吗

雷达是我们周围使用的东西，虽然它通常是看不见的。空中交通管制使用雷达来追踪飞机都在地面和空中，并引导飞机在着陆平稳。警方使用雷达探测通过驾驶者的速度。美国宇航局使用雷达来绘制地球和其他行星的地图，跟踪卫星和空间碎片，并帮助进行对接和机动等操作。军方用它来探测敌人并引导武器。气象学家使用雷达跟踪风暴，飓风和龙卷风。当门自动打开时，您甚至会在许多杂货店看到一种雷达形式！显然，雷达是一种非常有用的技术。

使用雷达时，大家一般会尝试进行三件事儿之一：检测远方物件的存在。一般是像飞机场一样，有“一个物品”在挪动，可是雷达还可以用于检测埋在地底的静止不动物件。有一些状况下，雷达也可以鉴别物件；比如，它能鉴别所检测到的飞机类型。检测总体目标的速率，这就是警察应用雷达的缘故。航天飞船和路轨通讯卫星在地图上用一种称为合成孔径雷达的物品来为大行星和通讯卫星表层制作详尽的地图。

使用特殊的信号处理设备，雷达组还可以非常精确地测量多普勒频移并确定飞机的速度。在地面雷达中，潜在的干扰远远大于空基雷达。消除所有这种混乱的最简单方法是通过识别它不是多普勒频移来过滤掉它。警用雷达仅查看多普勒频移信号，并且由于雷达波束紧密聚焦，因此只能击中一辆汽车。警方现在正在使用激光技术来测量汽车的速度。这种技术被称为激光雷达，它使用光而不是无线电波。有关激光雷达技术的信息，请参见雷达探测器的工作原理。

Ⅵ 基于合成孔径雷达差分干涉测量的地面沉降监测

(一)算法选择与数据处理流程

差分干涉的数据处理流程为:首先获取实验区DEM以及SAＲ干涉影像数据，检查数据是否满足算法要求，然后进行影像配准，计算相干系数并生成干涉图，在方位向上进行5视处理;去除平地相位以及地形相位，对差分干涉图进行滤波，根据成像几何关系，获得沿斜距向的形变信息，并投影到垂直方向，即生成所需的沉降图。

从物理角度上将干涉相位分解，可以写为下式:

退化废弃地遥感信息提取研究

式中:φ_flat为平地效应引起的相位，通过成像几何关系消除平地效应;φ_topo为地形引起的相位;φ_def为最后剩余的形变信号;φ_orb为轨道误差引起的相位，可用精密轨道以减少误差;φ_atm为对流层及电离层延迟引起的相位，天气晴朗的情况下可以忽略;φ_noi为噪声引起的相位，可对干涉图进行平滑去噪处理。

根据地形相位φ_topo的消除方式，差分干涉分为二轨法、三轨法和四轨法。

二轨法使用两幅SAＲ图像以及外部DEM数据(例如SＲTMDEM)，外部DEM数据用来消除地形相位，消除的过程即差分处理。二轨法的优点是不需要对DEM数据进行相位解缠，因此也不会引入与其相关的误差，缺点是得到的形变图分辨率受到DEM数据空间分辨率的影响。

三轨法使用三幅 SAＲ 图像，一主两副。图像1 和图像2 一般时间间隔较短，以保证两次成像期间地表几乎没有变化，形成的第一幅干涉图可近似地认为只含有地形产生的干涉相位，用来消除地形信息，三轨法可用于无 DEM 的区域。然后对图像 1 和图像 3 进行干涉处理，生成包含地形相位以及形变信号的第二幅干涉图，后者与前者的差分即为图像 1和图像 3 之间的位移。

四轨法使用四幅 SAＲ 图像，两主两副。第一幅干涉图与三轨法相同，由图像1 和图像2 生成，不同的是第二幅干涉图用图像 3 和图像 4 生成，减去第一幅干涉图即为图像 3 和图像 4 之间的形变。四轨法类似于三轨法，不同的是地形干涉图与形变干涉图相互独立，选择空间更大，应用更加灵活，常用于有 Tandem 像对的情况。

考虑到数据成本及结果精度，本研究使用二轨法进行矿区沉陷监测。

二轨法数据处理流程如图 6 －15 所示。

图 6 －15 二轨法数据处理流程图

( 二) 影响因素分析

干涉处理中的去相干因素包括时间失相干、空间失相干、数据处理失相干、对流层及电离层影响。因此，总的相干可以表示为:

退化废弃地遥感信息提取研究

1. 时间失相干

很多情况下，星载 SAＲ 顺轨干涉图像的获取时间不同，间隔短则一天，长则数月甚至数年。在此期间，地面可能会发生变化，而任何变化都有可能改变雷达信号的相位及其统计分布，由此引起的相干性减弱甚至消失称为时间失相干。引起时间失相干的主要因素有: 植物生长或因收获、耕作、大风等引起的植被变化; 液体表面的不断运动，例如海洋、湖泊、池塘等，混同于沼泽或者不稳定区; 地面滑坡、地震等突发事件; 人类活动，例如商业中心停车场地在空间上的发展、建筑工程、森林砍伐等引起的其他变化; 降水、冰雪覆盖以及融化等环境变化。简而言之，地表位移以及环境因子是造成时间失相干的主要因素。

假设地表位移为高斯分布，那么相干性可以用散射体的 ＲMS 位移来近似替代 ( Zebker，1994) :

退化废弃地遥感信息提取研究

式中:σ_y和σ_z分别为沿交轨和垂直方向的位移。对于EＲS－1/2C波段卫星，取λ=5.7cm，参考入射角θ=23°，JEＲS－1L波段卫星，λ=23.5cm，参考入射角θ=35°，图6－16和图6－17反映了EＲS卫星及JEＲS－1的水平及垂直ＲMS位移变化与时间失相干的关系。

图6－16 时间失相干与散射体ＲMS位移的关系图(EＲS－1/2)

图6－17 时间失相干与散射体ＲMS位移的关系图(JEＲS－1)

从图 6 －16 和图 6 －17 中可以发现，约 3cm 的 ＲMS 位移足够使得 EＲS －1/2 C 波段的数据完全失相干。JEＲS －1 卫星达到约 10cm 的 ＲMS 位移，才造成完全的时间失相干，其相干性所容许的最大 ＲMS 位移要远远高于 EＲS 卫星，这充分说明 C 波段的雷达波比 L 波段的雷达波对地面变化更加敏感，也可以说同样的 ＲMS 位移 L 波段的雷达波能够保持比 C波段的雷达波更高的相干性。

2. 空间失相干

地面分辨单元内各个散射体回波的矢量和构成了回波振幅和相位。如果两次获取地面图像时几何条件相同，而且散射体的位置没有发生任何变化，那么两次成像振幅和相位相同; 如果几何条件发生变化，例如天线入射角发生了变化，那么回波相位就会发生改变，这种现象即为空间失相干。任何干涉仪都不可避免地会遇到此类问题。

对于 ENVISAT ASAＲ，名义临界基线距为1. 1km。对于 ALOS PALSAＲ，名义临界基线距为12. 6km。假设有效基线长度已知，那么基线导致的空间失相干可由式 ( 6 －14) 计算:

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3. 数据处理失相干

数据处理失相干包括很多方面，例如配准失相干、插值失相干、干涉图滤波以及相位解缠等，一般配准失相干的影响作用最为显着，其他可通过相应的方法来抑制，如果方法不当则会导致配准失败或误差过大。配准过程引入的误差会降低干涉图的相干性，进而引入相位噪声，当配准误差达到 1 个像素，两幅影像将完全不相干。Just 和 Bamler ( 1994)给出了距离向和方位向的配准失相干公式:

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式中:μ_r为配准误差，介于0和1之间。

(三)研究数据与方法

本研究利用二轨法对影像数据进行处理以获取地面沉降信息。首先，利用两幅SAＲ成像时的几何关系，将DEM反演成只含地形信息的干涉图并将其投影到SAＲ影像坐标系下。然后与由两幅SAＲ影像得到的含有地表形变信息的干涉图做差分，从而求得形变信息。由以上分析可知获取精度满足要求的DEM数据是二轨法的关键。2000年2月，美国进行了航天飞机测图任务(SＲTM)，该任务对北纬60°到南纬54°间的广大区域进行了干涉测量，可以提供分辨率30m、高程精度优于16m的覆盖陆地表面80%的DEM数据(图6－18、图6－19)。

研究所用雷达数据为欧洲太空局的ENVISAT－1卫星ASAＲ(AdvancedSyntheticApertureＲadar)合成孔径雷达传感器获取的徐州地区的二景影像数据。SＲTMDEM数据的发布为两通差分干涉测量的广泛应用提供了数据保证。所以本次所用数据为ASAＲ数据产品中成像模式的0级原始数据，产品代码为ASA_IM_0C，以及SＲTMDEM数据提供的高程数据。

图6－18 徐州市DEM平面示意图

图6－19 徐州市沛县附近实验区DEM三维示意图

数据名称如下:

ASA_IM__0CNPDE20090120_022105_000000642075_00404_36029_9461.N1

ASA_IM__0CNPDE20070327_022114_000000792056_00404_26510_1403.N1

N34E116.hgt

N34E117.hgt

从ASAＲ数据的文件名可以看出这两景数据都是N1格式文件，两景影像获得时间分别是2009年1月20号和2007年3月27号，Track(轨迹)号都是404，第一个轨道号是36029，第二个轨道号是26510。通过GAMMA软件处理，把2009年1月20号和2007年3月27号的0级原始数据处理成单视复图像(SLC)，获得的两景影像的垂直基线为271.95m、时间基线665d，在SLC上截取所需要的研究区范围，进行数据处理以获得区域形变量。

(四)徐州市区地面沉降监测

截取了徐州市区影像，范围为北纬34°11ƍ.58″～34°24Ɔ.34″，东径117°23Ƈ.19″～117°17ཬ.62″(图6－20)，以2009年1月20号的影像为主影像(图6－21为强度图)，2007年3月27号的为副影像，对外部DEM进行二轨法分析。

图6－20 徐州市区的地貌图

由图6－22的相干系数图看，整体的相干性比较好，大部分地区的相干系数都大于0.5。由图6－23的沉降图可知，徐州市区存在地面沉降，沉降量达到10mm左右，有的区域的沉降量达到38mm左右。从沉降的分布来看，市区中心的沉降比较小，主要分布在市区中心的外围地区，这也符合了徐州市这个煤矿大城市的地理分布情况，一般徐州市的煤矿远离市区中心，分布在市区中心以外的四周。在图6－24中的①处沉降量较大，达到38mm，结合当地的地理环境分析，附近有大型现代化矿井———庞庄煤矿，该煤矿由庞庄、张小楼三对井口组成，井田面积18.3km²，工业广场面积1.36km²。张小楼新大井成功改扩建以后深度达－1025m，为华东地区第一深井。每年采煤量达到260万t。可能由于每年的采煤以及地下水的不断开采，导致所在地以及周围区域出现了地面沉降的现象，还呈现出向东北沉降的趋势。从图6－24中还可以看到，在庞庄煤矿那一带的沉降比市区中心地带的沉降明显许多，但是整个徐州市的平均沉降量还是比较小的。

图6－21 徐州市区强度图(左右倒置)

图6－22 徐州市区相干系数图(左右倒置)

图6－23 徐州市区沉降图(左右倒置)

图6－24 沉降漏斗(左右倒置)

(五)大屯镇地面沉降监测

大屯镇是徐州市的“十强镇”之一，已探明煤炭储量24亿t，能均衡开采100年，年产原煤1200万t，大屯煤电集团公司坐落于镇区腹地，拥有龙东煤矿、姚桥煤矿、徐庄煤矿和孔庄煤矿，大屯中心区是煤矿城市徐州市的一个典型区域。图6－25是截取的大屯中心区的影像，范围是北纬34°45ུ.78″～34°53ྲྀ.23″，东经116°51ན.46″～117°0Ɖ.27″，由于龙东煤矿不在SLC上，所以截取的范围只包括其他三座煤矿。在图6－26上看到明显的煤矿区，其相干系数很高，一般大于0.6(图6－27)，采用二轨法获取的大屯中心形变图如图6－28所示。

图6－25 大屯中心区的地貌图

图6－26 大屯中心区强度图(左右倒置)

图6－27 大屯中心区相干系数图(左右倒置)

图6－28 大屯中心区形变图(左右倒置)

将差分得到的形变图左右倒置后，可得到大屯中心区的沉降图(图6－29)，从沉降图中可以看出，从2007年3月27日到2009年1月20日共665天的时间跨度里，大屯中心区大部分地区存在着明显的沉降趋势，沉降分布与矿区分布基本一致，姚桥、徐庄、孔庄煤矿都出现了地面沉降，70%以上区域的沉降量大于10mm。图6－29中三角形标示区域为大屯中心区，沉降量最大达到61mm，平均沉降量为3mm，年平均最大沉降累积量达到33.5mm。

图6－29 大屯中心区沉降图

根据上文对大屯中心区基于水准测量的结果可知，到2010 年预计最大累计沉降量将达到753mm，在这五年期间的年平均最大沉降累积量达到30. 6mm，比较水准测量和D-InSAＲ 二轨法监测的结果，两者仅相差2. 9mm，由此可知，用D-InSAＲ 二轨法监测徐州市大屯中心区的年平均最大沉降累积量与水准测量得到的结果具有一致性( 表6 － 15) 。

表6－15 两种监测方法结果的比较单位:mm

随着大屯中心区经济的发展，人口逐渐增多，煤矿资源的不断开采，地面沉降的趋势必然加剧，而地面沉降所带来的城镇防洪抗洪能力降低、地下基础设施破坏等危害，必将影响该地区的生产和生活，造成巨大的经济损失。因此，大屯中心区应合理利用地下水资源，合理地开采煤矿资源，完善地面沉降动态监测系统，尽早采取措施减缓沉降趋势。

Ⅶ 合成孔径雷达检测是检测地面沉降的方法吗

合成孔径雷达检测是检测地面沉降的方法；

合成孔径雷达作为一种高分辨率成像雷达，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，也称综合孔径雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。

(7)孔径雷达检测方法扩展阅读：

合成孔径雷达(Sy nthetic Aperture Radar :SAR)是利用一个小天线沿着长线阵的轨迹等速移动并辐射相参信号, 把在不同位置接收的回波进行相干处理, 从而获得较高分辨率的成像雷达，可分为聚焦型和非聚焦型两类。

作为一种主动式微波传感器, 合成孔径雷达具有不受光照和气候条件等限制实现全天时、全天候对地观测的特点, 甚至可以透过地表或植被获取其掩盖的信息。这些特点使其在农、林、水或地质、自然灾害等民用领域具有广泛的应用前景, 在军事领域更具有独特的优势。

尤其是未来的战场空间将由传统的陆、海、空向太空延伸, 作为一种具有独特优势的侦察手段, 合成孔径雷达卫星为夺取未来战场的制信息权, 甚至对战争的胜负具有举足轻重的影响。