SARscape Q&A:干涉处理常见问题

Q. – 干涉处理要求SLC产品?必须使用聚焦模块来生成这种产品吗?

A. –SLC数据,是SARscape干涉处理工作流的输入数据(在干涉模块、干涉叠加模块以及ScanSAR的干涉处理模块),要求是标准的SLC数据,用SARscape的数据导入功能import进来,或者是用RAW数据通过聚焦模块处理得到,不要要注意的是,不是所有的原始RAW数据SARscape都支持。

 

Q. –  可以用同一个区域的任意两景SAR数据对进行干涉处理吗?

A. – 一般来说,想对必须来自同一个传感器、相同的获取模式、相同的观测几何(包括同样的轨道、同样的入射角),以及相同的极化方式。像对的基线和多普勒质心的距离也是要考虑的因素,要遵循以下原则:

- ERS-1, ERS-2 和ENVISAT 是可以组成像对的,如果是ENVISAT-ERS/2 像对,在干涉生成的这一步必须选择"Coregistration with DEM"这个选项;还有要提醒的是,只有欧空局的ENVISAT-ERS/2,这组像对是适合做干涉处理的。

-不管是单极化还是多极化的数据,只要极化方式相同,就可以组成像对。

- ASAR Wide Swath 和 Image Mode 可以组成像对。

 

Q. – 可以用不同传感器的SAR数据做InSAR处理吗?

A. – 一般是不可以的,因为不同的传感器的数据,来自不同的平台、不同的中心频率以及其他很多不同参数(如轨道、基线、高度、带宽),目标的地形反射的波谱从一个频率到另一个频率完全是不相关的(即使是很小赫兹的差别), 所以不能用不同中心频率的数据来计算光谱偏移频率。

有一个例外情况就是ERS-2 和ASAR数据,这两个数据的中心频率有30MHz的差,原则上,不能从两个传感器获取的数据(在同一个轨道上获取的数据相差30分钟)得到相干的干涉图,但是因为其带宽是16MHz(小于中心频率的差),所以超出了波谱偏移的限制。然而,对基线约2公里(欧空局做了专门的实验),并知道光谱偏移,可能会补偿这种差异,并取得有趣的干涉。

 

Q. – 可以进行3轨或4轨的干涉处理吗?

A. –两轨、三轨或四轨的干涉都是可以用DInSAR的方法进行处理的,在SARscape中是使用参考的DEM(或平均椭球体高度)从干涉图(_int)中减去地形相位,取决于参考DEM是如生成的(用InSAR的方法得到的或是其他来源),程序执行2、3或4轨的差分干涉。对地形相组分的去除是为了“隔离”形变的相位。

 

Q. – 如何选择数据做双对的差分干涉,是如何处理的?

A. –该模块可以做两景从影像和一或两景主影像(3或4轨的方法),该功能可以自动执行两对像对从干涉生成到相位解缠的步骤,最后,程序会对两个解缠的结果分别生成DEM和形变结果用反相的线性模型(概念类似于在SBAS处理中使用了很强健的算法,因为SBAS用了很多方法来确保结果得精度和可靠性),所有最终结果都进行了地理编码。

关于确定最佳的输入数据,满足的条件为:(1)有一对能生成很好的DEM结果,(时间基线越短越好,能保证高相干性,在两个时相之间没有形变发生,空间基线不能太小以保证高程精度),这一对称之为“DEM像对”,(2)有一对是测量形变的,(同震的像对,地震前后分别获取一期数据,最好选择空间基线短的),这一对称之为“DInSAR像对”,该功能可以根据形变的类型/动力来选择不同的模型,如“线性模型”是描述沉降现象,“阶梯模型”适用于长条的地震现象,“无模型”的情况应用于第一对(用于DEM生产)不能反映任何第二对(用于形变测量)所包含形变的信息。

 

Q. – 可以使用单极化模式和多极化模式获取的同一种极化方式的数据吗?

A. –可以这样结合使用,在一对像对中,如,ALOS PALSAR数据,可以用FBS模式获取的HH极化数据和FBD模式获取的HH极化数据组成一对干涉像对。

 

Q. – 当使用PALSAR FBD 像对做InSAR处理进行DEM生产时,最好选择哪种极化方式的数据?

A. –一般来说,对于独立的波长,最好使用HH或VV极化,其中,HH通常具有较强的后向散射和更好的相干性。

 

Q. –  用InSAR技术得到的DEM的精度如何?

A. –精度取决于干涉像对的相干性,DEM的精度是有几方面决定的,其中重要的是:

◆ 象元间隔,象元间隔越小,水平方向上(x和y方向)的精度越高Pixel spacing (the smaller the better precision in x and y direction).

◆ 模糊高度。模糊高度越小,垂直(z方向)方向上的精度越高,这取决于基线和波长,较好的结果是得到2π模糊度的1/10至1/20这么高的精度

 

Q. –  最后得到的DEM的高程值是相对高程还是绝对高程?

A. – 是绝对高程。最终输出DEM是基于参考(如输入的DEM)椭球体的高度(减去大地水准面),不过要用到将水准面高度添加到DEM的椭球体中的工具。

 

Q. – 用不同版本的软件估算出来的基线的结果都有点差别,而且和数据提供商给的值也有所差别,这是什么原因?会影响干涉处理的准确度吗?

A. – 空间基线本身就是一个具有指示意义的近似值(是从一个特定的参考点进行线性计算得到的,比如给定参考高程的中心点),它给出了一对干涉像对的一些基本信息,但是不会应用于SARscape干涉处理的运算过程,为了不用近似法引入系统误差,在真正的处理中,原始的轨道信息来自于状态向量和沿着整景的变化,其不平行度和其他参数都要认真的考虑,就其几何而言,在SARscape处理中,会使用不同数据的原始距离向多普勒方程,联合使用,不会用任何简化的值(如空间基线)。

 

Q. –  如何选择合适的基线做InSAR或者DInSAR处理?

A. –最优基线(这里指垂直基线)的像对选择标准根据InSAR的目的而有所不同。

要做InSAR处理生产DEM的时候,要选择基线大的,基线越大,对地形高程微小的变化越敏感,理论上的临界基线基本上是不会超过的(参考下面的模糊高程公式),所以一般情况下,基线不应该超过二分之一的临界基线。

Bcr = λ R tan(θ)/ 2 Rr       Hamb = λ R sin(θ)/ 2 Bn   

Bcr 是临界基线; Bn 是垂直基线; λ 是波长; R是斜距的距离; Rr 是斜距上的采样间隔; θ 是入射角; Hamb是模糊高度. 不过土地覆盖/地形条件都对干涉处理有影响,如浓密的植被、陡峭的地形等,更多问题会在用大基线的InSAR数据对中介绍。

进行DInSAR处理获取形变的时候,推荐用小的基线,这样可以受地形的影响小(最好是0,就不受地形的影响)。

可以用基线估算功能得到临界基线、垂直显现、模糊高度的值。

 

Q. – 2π 模糊高程代表什么意思,它是如何计算出来的?

A. – 代表相位变化2π(一个干涉条纹)相应的高程变化,这个值和基线是成反比的,它取决于波长,入射角和其它采集参数。如果我们观察地形相位,就是已经用一个平均的椭球体高度(不是DEM)经过去平的干涉图,这时候的干涉条纹类似于等高线,等高距为2π模糊距离。

 

Q. – 周期性的干涉条纹含义怎么理解?

A. –观察黑白交替的去平后的干涉图,我们能看到所有的相同色调的线条(条纹),就是未解缠的相位。我们来看在山腰上,假设从黑色的象元经过所有灰色的象元到达白色的象元,再回到黑色的象元,我们从一个单向的象元值到另一个相同的象元值,相位变化了2π弧度(或一个干涉条纹),高度已经比开始的高度大了。

 

Q. –  临界基线的意思是什么?

A. – 临界基线是理论上的基线的最大值,输入的数据基线超过该值,就不相干了。即相干性为0。

 

Q. –  如果我有时间序列上的数据(如20景),想在干涉模块中处理,但是我只对全景中的一小部分区域感兴趣,可以在一个区域上定义一个感兴趣区然后把其他的19景都裁剪成同一个区域吗?

A. – 这个可以用干涉模块的工具样区选择功能来进行裁剪,感兴趣区是在第一个输入的数据上定义的,然后其他数据将会和第一景数据作配准,然后也裁剪出相同空间范围的子区域。

 

Q. – 如果选择了PRF校正,会在什么时候进行?是在干涉生成之前的SLC数据进行呢,还是在干涉生成之后的配准后的数据上进行?

A. –我们发现用1个GCP点进行地理编码的Radarsat-1数据,在GCP点附近的地理位置非常精确,而离GCP远的位置定位就会有偏移,这种现象从GCP点沿方位向很明显。我们将这种现象归结为错误的脉冲重复频率(PRF),因此我们引入了PRF校正工具。所以我们建议,可以在只用1个GCP做地理编码,检查下有无上述情况发生,如果没有,就不需要用PRF校正,反之,就需要PRF校正。是在干涉生成之前的步骤进行。

 

Q. –  我在用InSAR对地形起伏大的地方进行处理,我勾选了“Coregistration with DEM”选项,_dint 和_fint 图像上能看到相位斜坡,有什么办法能去除呢?

A. –"Coregistration with DEM"的主要作用是在地形起伏大的区域提高主从影像的配准精度,对下面这些情况非常有效:高分辨率的数据(如 COSMO-SkyMed, TerraSAR-X)、长轨道数据、ENVISAT-ERS/2像对、高纬度的区域、非零多普勒数据(尤其是波段长的)。然而,如果因为轨道的不精确有相位斜坡的话,只能在相位解缠之后,用轨道精炼和重去平处理来去除。在去除了地形或平地组分的相位后有可能还存在,可以选择Default Values>Flattening 面板的"Remove Residual Phase"进行去除,或者是对差分干涉结果(_dint或_fint)执行残余相位去除的工具。

 

Q. – 在进行干涉处理之前,需不需要用基本模块的配准功能对主从影像进行配准?

A. –不需要,在干涉生成的这一步,会进行配准。

 

Q. –  如何查看干涉相对的配准精度?

A. – 首先打开配准之后的结果,然后在两个窗口中进行链接,通过目视判断配准后的主从影像的配准情况。

另一个严谨的方法是分析输出的配准点矢量文件(_winCoh_off.shp),这个文件是在干涉生成的这一步生成,提供了每个配准窗口相应的信噪比和相干性的值,还有方位相和距离向上的偏移。 

 

Q. – 在干涉生成的这一步,程序结束的时候报错是什么原因?

A. – 在干涉生成这一步的报错绝大部分是和主从像对的配准有关,有以下几种情况:

1.轨道误差大,这样会导致在配准初始化的时候计算出错误的偏移量,要解决这个问题,在Default value>Coregistration 面板,选"Initialisation from Orbit"选项。如果配准还是失败的话,就增加"Set Default value>Coregistration"面板中的方位向和距离向的配准窗口(number of coregistration windows in azimuth and range direction)到30、20 或更大.

2.十字交叉相关窗口对计算初始偏移来说不够大,当不选择"Initialisation from Orbit" 选项时可以导致报告该信息,要注意十字交叉相关窗口(Cross Correlation Central Window)至少要大于未配准的主从影像的像素距离的两倍。

3.区域的绝大部分都是均质的区域,如水、森林、土壤,缺乏配准的特征地物,来进行十字交叉配准函数的运算。这种情况下,可以手动选点,提供配准文件,做为配准窗口的中心点 ,这些点要具有十字交叉的特征,如岩石散射体、城市居民区、或其他人工地物。

4.主从影像的多普勒图心差别很大。用了2002年之后的ERS-2数据一般会出现这种情况,因为自2002年后,该传感器运行没有回转仪,也就是卫星轨道稳定性变差,为了检查多普勒图心的偏差,可以用基线估算工具,当多普勒偏差超过临界值(在.sml文件中的Pulse Repetition Frequency字段的值)的时候,说明该像对无法做InSAR。

5.主从影像具有大的时间相关 ,当影像中大多数区域是类似浓密植被或水域等特征时,当不同时间观测的时候会发生变化(SAR干涉多通道),当主从影像获取时间间隔很长的话,时间相关性的问题就会很严重。一般情况下,波长增加(如C到L),时间相关性减小。

6.在精确偏移估算的时候,距离向和方位向的配准窗口不够,(Set Default value>Coregistration>Fine Shift Parameters section),对于相关性差的数据这种情况是典型的。增加距离向和方位向的配准窗口(40或更大)可以解决这个问题。不过要注意的是,相关性差的像对,不会得到理想的干涉处理结果。

7.垂直基线太大,是临界基线的一半或更多

 

Q. –  去平后的干涉图(_dint)看起来只是把弯曲状的地形相位去除了,而不是真实的地形相位,对吗?SARscape在做差分干涉的时候,是把真实的地形相位去除掉了,是吗?

A. –差分干涉是用输入的参考DEM或者椭球体高度(当地的平均海拔)来生成的,在两种情况,都是从原始的干涉图中(_int)去除平地的,只有当输入参考DEM文件的时候,会去除已知的地形相位。

需要说明的是地形相位的去除取决于输入的DEM的质量和精度,必须要和SAR数据的范围一致。

 

Q. –  为什么差分干涉图(_dint)上有很多地形的条纹?不是应该分离出去在合成相位上吗? (_sint)?  

A. –在去平的过程中,输入的参考DEM会投影转换到SAR主影像的获取几何上(斜距),由于轨道误差的存在,这种投影转换是不精确的,斜距DEM和SAR的几何不能完全匹配,这就是去平误差(如去平不彻底或者是过去平的条纹)。因此,强烈建议使用精确的轨道参数。如果无法获得高精度的轨道参数而标准的轨道参数又不够精确的话,在去平的时候使用GCP。需要注意的是,如果手动或自动地做过轨道校正,就可以不用GCP了。

 

Q. – 为什么差分干涉图(_dint)显示出几个很大的条纹,类似于相位斜坡,有规律地分布在整个图像中重复?

A. – 这种情况是由于轨道不精确导致的,如果使用了精确的轨道文件,是不会出现类似相位斜坡(如轨道条纹)的,这些残余相可以在轨道精炼和重去平的这一步去除。

 

Q. – 去除残余相位的步骤包括哪些?

A. –这一步可以在去平的时候自动进行,在默认参数面板中选择相应的选项;也可以手动进行,用干涉处理工具中的相应工具,将_dint或_fint作为输入数据,目的是去除哪些在去平处理之后还残余的条纹(相位斜坡),在频率域中的峰值(在距离和方位角的方向)是对每个窗口(窗口大小在默认设置中设置)做快速傅立叶变换估计出来的,然后为每个窗口上计算的频率值进行拟合,以计算相位斜坡从而整个图像中去除。

 

Q. –  什么是假的GCP?

A. –就是在干涉去平的时候软件自动生成的GCP,是用来修正方位向的开始时间和从影像的距离向上的斜距距离。对主影像不会有任何改变。

在干涉模块,这个功能是自动启动的,当相应的默认参数面板,选择“Automatic Slave Orbit Correction”选项的时候,该选项对PS处理也有效,还有SBAS也会自动做校正。

 

Q. – 有什么方法能找到系统噪声或温度噪声(SNR)的值,残余地形相位噪声值和干涉处理中的噪声值?

A. –SARscape没有对不同类型的噪声进行区别,系统噪声或温度噪声的值和相干性(γ)有关,用下列公式计算: SNR = γ2/1-γ2. 相干性的值就是行滤波和相干性计算得到的"..._cc" 文件,范围是0到1, 这个值和主从影像的系统空间相关的(如附加噪声)和时间相关性是成反比的。

 

Q. – 在滤波和相干性计算这一步,Boxcar、Adaptive 和 Goldstein三种滤波方法应该如何选择?

A. –在很多情况下,一般都用Boxcar(相干性非常高的话)和Goldstein,Adaptive的方法一般用于考虑到后向散射的稳定性而调整滤波窗口。这种方法一般需要多测试几次来确定最优的设置,更适用于高分辨率影像。(如TerraSAR-X or COSMO-SkyMed)

Goldstein方法一般用于条纹比较难以看到时间或基线相关的去相干,或者是土地覆盖类型和形态对相干性影响比较大,这个方法是最常用的,对各种相干性条件。

 

Q. – 在干涉图滤波和相干性生成的时候使用了Goldstein滤波方法,得到的相干性图,每个象元都是1,为什么相干性这么大呢?

A. –当滤波很强,比如使用了Goldstein方法,或者是处理的参数设置能大大减少相位噪声,得到的相干性很多就是1,为了避免这种情况,在生成相干性的时候可以这样设置:

  1. 设置Goldstein滤波参数来减小滤波强度;
  2. 用Boxcar滤波方法;
  3. 不选"Coherence from Fint" 这一项,从未滤波的干涉图(dint)中计算相干性。

在后续的处理中,可以用新生成的相干性图和之前生成的滤波图。

 

Q. –  在干涉图上有异常的“方盒子状的”特征存在,使用了Goldstein方法,这是什么原因?如何避免这种假信号?

A. –这是干涉相对造成的,强的滤波可以造成这种信息,建议减少"Windows Overlap Percentage" 参数。

 

Q. – 在Goldstein滤波的参考文献中,alpha值在[0, 1]之间,为什么在参数设置面板中,(Default Values>Adaptive Filter>Goldstein Interferogram Filtering),默认的alpha的可设置范围可以大于1?

A. – alpha 的值是可以超过[0, 1]范围的. 当相干性很小解缠结果包含很多噪声的时候,事实上,SARscape参数中默认的alpha max值是高于1的(2.5或更高),用于相干性是0 的地方,不过在相干性区域,该值都是小于1的,alpha的值会随着相干性的从高到底,而发生由低到高的线性变化。

 

Q. – 干涉条纹如何显示为彩色的?How the interferometric fringes can be displayed in colour?

A. –可以将干涉图(_int, _dint 或 _fint)转为8位的TIF格式的数据,用SARscape中的工具。就可以用标准的RGB颜色来显示干涉条纹了。

 

Q. – 可以对有重叠区域的InSAR的干涉图进行镶嵌吗?

A. – 镶嵌的功能是用于地理编码之后的真实数据的,这就要求,如果要对InSAR的干涉图进行镶嵌,要先做以下这两步:

◆ 将复数干涉图进行地理编码;

◆ 把干涉图分解为相位和组分

相位和组分会分别镶嵌,之后合并为一个复数相干图。

 

Q. – 可以在两次干涉处理之间做差分吗?

A. –干涉差分就是用做这个的.

 

Q. –  相干性也受地形和后向散射强度的影响,有没有办法消除这些影响?

A. –一个方法就是选择“Spectral Shift Filter”选项,在默认的参数面板中。此外,还可以在面板中修改相应的本振频率去除(Local Frequency Removal)的参数。

 

Q. –  在处理中,不同的步骤都要设置相干性阈值,这个阈值最好是统一设置为一个还是最好用不同的阈值?

A. – 一般来说,最好不要采用不同的阈值,在一些特别的步骤,如:

◆ 在相位解缠的步骤,应选择低的相干性阈值(如0.2),这样能留出更多的自由区域,区域增长算法没有阻碍(即低相干区域)的扩散,这将减少“相位跳变”。

◆在相位转高程/形变和地理编码的步骤,用设置较高的相干性阈值,在最终的干涉结果中,相干性低的区域的相位可信度不高,一般0.3或者更大的相干性阈值可以得到可靠的结果。

 

Q. –  在相位解缠的时候,遇到内存不足的提示,如何解决这个问题?

A. – 这个提示是由于WINDOWS操作系统在大数据量解缠时会遇到的问题,这个问题可以用多视和过采样来解决,用“Decomposition Levels”这个选项。.

 

Q. – 最小费用流的解缠算法采用了SNAPHU算法或者是类似的算法吗?

A. – SARscape中的最小费用刘算法用的是Mario Costantini 发表的"A novel phase unwrapping method based on network programming"这篇文章中的算法。和SNAPHU算法不同,SNAPHU算法是不修改原始的像元间隔直接对图像进行分块处理的。SARscape 是使用了分解等级,这种方法是通过反复迭代来降低分辨率(如对每个分解等级都进行3倍的多视和过采样),这样既能处理大数据量的数据,也能使整个图像范围内的均匀地解缠,用之前的多视和过采样分解等级通过迭代重新生成原始的分辨率。由于相位解缠的特点是具有非常频繁的位移变化,所以设置分解等级需要谨慎,在这种情况下,特别是当分解等级高于2的时候,位移的变化可以混叠。

分解等级的这种方法即能用于区域增长法也能用于最小费用流法。如果低相干性的区域呈分散状分布,可以使用徳劳尼三角剖分方法。

 

Q. – 有没有生成Orbital GCP的简单方法,用于轨道精炼和重去平的步骤, 处理过程是怎样的,程序在这一步如何使用这些控制点?

A. – 收集轨道控制点的最重要的一点概念就是这些点不要位于残余地形相位,而且要远离预期的形变区域,所以去平后的干涉图_dint或滤波后的干涉图_fint是有用的。此外,点不要位于“相位孤岛”,因为算法是在解缠后的干涉图上使用,不正确的相位突变会被错误解读,所以在选点的过程中,还需要参考解缠后的图像_upha。点最好尽可能多地分布在整个图像范围。

控制点可以在地理编码后的SAR图像上找,不需要输入高程或者形变,这种情况下,程序会认为这些点的形变为0,然后写入参考DEM的高度值。也可以输入制图坐标下的点,这种情况是当相同的点用于同一区域的不同像对(如一对升轨一对降轨),这种情况下,每个点在距离向和方位向上都会重投影到SAR的斜距几何。

重去平有两种方法:(1)轨道校正,这种方法更加精确,因为它依于卫星轨道的位置;(2)残余相位去除法,这种方法比较稳健,但是精度要粗些,因为它只能去除相位斜坡或者是由多项式决定的恒定的相位偏移。程序默认的方法是第一种方法,如果轨道修正不是特别精确或是两个轨道很相近(如垂直基线小),会自动选择第二种方法。不过 ,也可以直接手动选择一种方法,也可以修改多项式的次数,程序用来估算GCP位置精度的,这些设置都可以在Refinement and Re-flattening 面板中进行。

控制点的最少个数,这取决于轨道精炼的方法和残余相位多项式系数。当选择"Residual Phase"方法时,控制点至少要等于"Residual Phase Poly Degree"这个值;当选择"Orbital"方法时,至少需要7个控制点;当选择"Default"方法时,程序会根据输入的控制点数量自动选择方法。不管哪种情况,都建议选控制点要多于最小要求的点,这样校正是更加可靠的。

 

Q. – 为什么在解缠之后能看到很多相位孤岛,有没有方法可以避免?

A. –实际上,不论是在孤岛内还是孤岛外,解缠都可以很好的执行,不过,残留了一些不连续的相位(如2π相位周期的有限数)在孤岛的边缘,这种情况容易发生在当沿边缘有相位噪声,或者是干涉条纹非常密集(如相位变化太快)的时候,正确的相位跳变反而被错误估算了。有时候存在相位突变也是正常的,因为此处确实有不连续的相位,用徳劳尼解缠法最有利于抑制这些假相位。

 

Q. – 如何检查轨道精炼和重去平的质量?

A. –当这一步结束之后,会计算出均方根误差(BFRMSerror),是由GCP的高程和对应的干涉相位所提供的值均方根误差在2-10之间,说明轨道精炼和重去平做的比较好(如,GCP点选的好),进一步的目视检查结果的质量,就是查看重去平后的干涉图,和之前的干涉图做对比,看是否去除了轨道条纹。

轨道精炼的这一步,这一步是必做的步骤(即使是用了精确的轨道信息,也需要估算绝对相位偏移),修正轨道到最真实的状态,“精炼”的轨道所描述的相位信息是最好的,和参考DEM相比。

还需要注意的是,轨道精炼和重去平所用的相对具有小的基线(最好小于50米)。

 

Q. – 在轨道精炼和重去平这一步,手动的输入GCP点的精确的坐标和高程(实地测量或从地形图上获取的),或者是用参考DEM转换为主影像的斜距几何?这样会不会更好?

A. – 在这一步,将会对比从SAR相位上获取的GCP点的高程和从参考DEM上获取的高程,我们知道,即使是具有很高的相干性,以及长的基线,我们也无法从SAR的干涉像对中得到精度达到1cm高程,而是几米的精度。这就意味着,如果我们用能达到1cm精度的相位高程和最终预期达到几米精度的结果相比,那就没有必要在GCPs点上追求特别精密的精度,换句话说,有一个好的参考DEM(如SRTM-3)就已经能得到很好的结果了。

还有需要说明的是,当做轨道精炼时,不只是估计相位二维多项式来减去(如估计来自轨道的残余相位),而是用了轨道模型来校正误差。这意味着我们不用所有可能的校正方法,而是用和轨道结构一致的方法。

 

Q. – 对比了SARscape生成的DEM和高精度的DEM,发现两者的高程值存在着系统的差异,这如何解释?

A. –-有两种可能的参数来解释你所描述的SARscape产品和高精度DEM之间的差异:

1、和轨道精炼与重去平这一步的GCP的位置有关,当这一步做完之后,可以进行质量评价,1)用均方根误差(Root Mean Square error),这个值是用GCP点的高程值和相位对应的高程值计算出来的,这个值在2-10之间是比较好的,说明GCP位置选的好;2)绝对相位偏移,这个值是用相位值和GCP高程拟合的值的差;3)"_refinement.shp" 文件,包含了通过输入的GCP计算出来的校正参数(参考在线帮助获取更详细的信息)

2、 这与SARscape产品的参考表面有关,在干涉去平的步骤,已知的合成地形相位(_sint)从差分相位中分离出来(_dint),输入的DEM是和参考椭球体有关的,所以最终的InSAR DEM产品也是和参考椭球体有关,这将会导致和精确DEM之间的差别,精确DEM是参考的大地水准面。值得一提的是,SARscape的DEM产品也是可以加上大地水准面的组分的。

 

Q. – 用相同的数据和相同的设置,只是在轨道精炼和重去平的这一步用了不同的GCP点,做了两次DEM,两次的高程结果是不同的(有大于20米的差别),这种差别是正常的吗?如何避免呢?

A. – 轨道精炼和重去平的这一步是非常“微妙和敏感”的,就像你说的,选了不同的GCP点,这样就会估算出不同的相位偏差,最终生成的两个DEM其平均高程就不同。

所以,GCP的选择非常重要。 两次测量得到不同的结果,是因为一个或多个控制点位于一些残余地形上,在差分相位上(如_dint, _fint 或_upha)。

GCP点可以是SAR几何下的,也可以是制图坐标系下的,如果是制图坐标系下的,软件可以自动将其转到SAR的斜距几何。

 

Q. –  如何检查在轨道精炼和重去平这一步的绝对相位偏移(单位为弧度)。

A. – 轨道精炼和重去平这一步会得到_refinement.shp这个文件.提供了输入GCP点计算出来的校正参数,尤其是"AbsPhDiff" 和 "PhaseDiff"分别代表了真实相位和GCP拟合的相位的绝对偏差和像对偏差。

 

Q. –  从原始的干涉条纹(_int)、差分干涉条纹(_dint)、解缠后的干涉条纹(_upha),一直到最终的DEM产品,每个都具有显著的差异,其整体处理方法和背后的原理是什么?

A. – SARscape采用的不是平地相位+DEM相位的线性组合,目标是反演出所有干涉(绝对)相位,包括_sint、_upha和绝对相位偏移,利用了经典的物理学方法(结合主从影像、地距和多普勒方程)。所以从这个角度来说,InSAR得到的DEM,用参考DEM或者是一个恒定的椭球体高程,基本上意义和精度是差不多的。

 

Q. – 小波合成DEM用了什么方法?

A. –标准的小波合成方法,假设尤其是干涉的高分辨率DEM,大气的组分影响(以及可能的高度偏移量和残余坡道)大多是低频的。这些组分可以用参考的低分辨率DEM(如GTOPO30或其他)来去除或者是减弱,用于校正高分辨率产品的低频,同时高频反应出的空间细节保持不变

 

Q. –  我想用InSAR对喀麦隆的热带区域(有很浓密的植被覆盖)生成DEM,监测对象是海岸线,打算用ALOS PALSAR FBS数据,有什么建议吗?

A. –最主要的问题就是浓密的植被覆盖,建议你的PALSAR像对,尽可能用最小的时间基线(46天),这样能将时间相关性最小化。而且,尽可能选择没有大雨或是持续降雨的时相,最后值得一提的是振幅和相干性的数据也是对海岸线(或土地利用覆盖)监测很有用的数据。

 

Q. – 想用InSAR获取冰岛的DEM,有什么特别的建议吗?

A. –通常要满足以下条件:1)时间基线尽可能小;2)应该选择大气条件稳定、以及不要有主要的气象扰动(如暴风、雪等)的时相;此外,在这种特殊的地方(高纬度地区,如冰岛),一个重要的问题就是冰的移动,冰川区域有些条纹会被认为是地形的变化。

 

Q. – 我用高分辨率的TerraSAR-X 数据,做InSAR生产DEM,想估算建筑物的高度,但是结果不理想,有什么建议吗?

A. – 用SAR数据来进行城市建筑物高度的量算,不是很合适,尤其是由于建筑物本身不断变化的叠掩和阴影区,相位解缠通常需要较多的人工修正(相位编辑)。

 

Q. – 如何将两个地理编码之后的形变结果进行拼接,以最终的一个结果输出?

A. –如果两个形变结果有重叠区且覆盖了不同的区域,可以用镶嵌功能:SARscape>Tools>Mosaicing>Conventional Mosaicing中的“Precision”选项。这种情况下,两幅影像会基于"..._precision"文件根据像素精度的权重进行镶嵌,精度文件是相位转形变及地理编码的这一步生成的。

_precision 文件是由相干性和波长得到的,提供了测量的精度,数值越大,说明测量精度越小。

如果两幅形变结果完全是同一个区域的,想得到一个最好的结果,可以用SARscape>Tools>Mosaicing>Conventional Mosaicing工具中的“Mean”选项,这种方法比如一个图像上存在低相干的区域,在另一幅图上结果不错,那么可以用好的这个结果作为最终结果,对两个结果做平均也可以降低一些噪声。

 

Q. –  视线方向上的形变转换到用户自定义方向上形变的标准和条件是什么?

A. –SAR测量到的是视线方向上的形变(LOS),就是所有的形变D(3维向量上的)都投影到视线方向上,假设LOS和D方向之间有某个角度(β),我们测量到的形变是|LOS| = |D| * cosβ,代表的是LOS和D方向之间的积。这说明,已知D的矢量方向和LOS的观测几何,就可以计算出所有形变的实际大小,公式为:|D| = |LOS| / cosβ。

比如,有一个区域存在沉降现象我们想估算其量级,可以假设D的方向为垂直方向,这样就转换的问题就能容易地解决。

反之,如果真正的形变不是发生在垂直方向(或是一个已知的方向),有无限的方向(每一个都有可能是β),投射到LOS,得到了测量值。当投影到自定义方向上的时候,每个方向都有不同的起始大小和不同的组分,这意味着在这种情况下,仅已知一个观测几何结构,是无法评估的实际位移的。

换句话说,只有能准确的确定地表形变的方向,用自定义的这个选项才是有意义的,否则,不仅重投影的位移方向,并且它的量级也将会被错误地估计

 

Q. – 可以将强度数据和干涉条纹进行融合,显示在某种图像中查看吗?

A. – 可以用RGB合成,将干涉条纹叠加在强度数据上,步骤如下:

  1. 将滤波后的复干涉图(_fint)分解为相位和模块组分,用工具:Tools>Conversion - Complex to Phase and Module
  2. 用振幅数据作为模块组分,然后和上一步得到的相位重新合成一个复数据,工具为: Tools>Conversion - Phase and Module to Complex;为了更加好看振幅数据可以做滤波(_pwr_fil))
  3. 生成Tiff文件,工具为Tools>Generate Tiff,设置适当的"scale" 和"exponent"参数( 0.3和 0.5 是比较合适的),该直方图的最佳拉伸能够将干涉条纹和振幅图像的纹理进行最佳可视化。如果要增强振幅图像,可以减少"scale" 参数,增加"exponent"参数。

 

Q. – 可以用SAR干涉技术得到一条大河的流动速率吗?

A. –如果河流不是结冰的话,任何干涉像对(哪怕是几秒间隔的时间基线)在水面上都是失相干的,所以用InSAR技术是无法得到任何有意义的干涉条纹的。这种情况下唯一的方法就是用“准同步”、“同轨道”获取的数据,可以是(从卫星)TerraSAR-X 和Radarsat-2的实验拆分天线模式来获得,还有一些TanDEM-X装置的轨道。用这样的数据(也可以是航空数据,两个天线有特殊的同轨道基线装置),可以直接用SARscape的InSAR和DInSAR功能来做。

 

Q. – 可以监测到采矿的沉降现象吗?据历史资料显示,沉降量每年最多达到几米。研究区是一片近20年进行采矿的区域,一部分覆盖有茂密的植被和森林,能估计下我们能监测到的大概的精度吗?

A. –你可以用不同的InSAR技术来做,两轨的InSAR方法、高级的PS和SBAS方法。

用InSAR方法得到的测量精度如何,一个重要的因素是SAR数据的波长,虽然可以用X波段、C波段、L波段的数据。一般情况下,我们说经典的两轨InSAR技术得到的精度是cm级的,而干涉叠加技术能得到mm级的精度,需要注意的是,如果要用干涉叠加的方法,是和时间序列有关的,所以需要先确定在研究区能获取到的可用于做个干涉测量的数据有多少。

先要检查研究区所能获取的存档数据(如ENVISAT ASAR, ALOS PALSAR 或其他数据),这些数据对历史形变的测量非常重要。尤其在采矿区域,沉降现象有些延迟,是沿着开采方向的。

之后,需要考虑未来要获取的时相来测量当前的沉降和速率,我认为,在决定选择合适的卫星/波长、和最佳的时间频率之前,最好是分析过去沉降分布及查看与现有的研究区存档数据(见上一条),这对于研究区域的沉降的空间分布提供了一个大概框架,而最终可以决定选择未来的哪些时相。

特别是,考虑到研究区的沉降幅度很大(每年几米),你可以利用较长的波长的数据(如L波段ALOSPALSAR),这能大大减少植被区而引起的低相干问题。

 

Q. – 能不能用TerraSAR-X数据监测滑坡?在数据选择的时候入射角有什么建议?

A. – 用InSAR技术进行滑坡监测具有一定的挑战性,一个是滑坡的斜率、一个是可能会缺少相干性。

如果滑坡不是很陡峭的话,第一个问题可以用适当的入射角来解决。一般来说,当观测面向传感器的斜坡时,用大的入射角(large angles)(避免叠掩的情况),当滑坡发生在背离传感器坡面的时候,用小的入射角(steeper angles)。

第二种情况一般发生于,当滑坡面被植被覆盖,当用短波的时候(你所说的情况就是X波段)即使稀疏的植被都会有时间失相干的问题(相干性低)。

 

在确定用InSAR的数据模式之前,分析滑坡的几何形态非常重要,包括滑坡的方向、倾角和规模。

如果滑坡是可监测的,而且相干性又好,可以考虑获取这样的时相:既能观测到精确的位移,又能反应滑坡的动力,用SBAS或PS的方法。

最重要的一点是可靠的高分辨率的DEM尤其是用高分辨率的SAR数据,能正确地去除地形相位。

posted @ 2022-07-28 14:53  ENVI-IDL技术殿堂  阅读(4599)  评论(1编辑  收藏  举报