合成孔徑雷達採集數據有哪些缺點

⑴ 簡述真實孔徑雷達和合成孔徑雷達的區別

RAR真實孔徑雷達是單個雷達，SAR合成孔徑雷達是指雷達移動，目標固定不動。RAR和SAR的概念就完全不一樣。

1、植被覆蓋度（VFC）：植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統計區總面積的百分比，基於像元二分模型計算，假定由由植被覆蓋地表和無植被覆蓋地表構成一個像元，基於像元二分模型的混合像元法可以利用兩個參數削弱大氣。

土壤背景和植被類型的影響。VFC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)NDVIsoil為完全是裸土或無植被覆蓋區域的NDVI值，NDVIveg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值。

即純植被像元的NDVI值，Soil和lveg值受大氣、地表濕度、太陽光、植被類型的影響，所以不能取影像NDVI的最大值和最小值，而應該取置信度區間內的最大值和最小值。

2、植被覆蓋度計算過程：首先計算NDVI，使用TM3和4波段計算歸一化植被指數，突出顯示植被部分（輸出後圖像高亮的部分就是植被區域）-1<=NDVI<=1，負值表示地面覆蓋為雲、水、雪等，對可見光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等。

正值，表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大；NDVI=（近紅外-紅）/（近紅外+紅）=（TM4-TM3）/(TM3+TM4)，若TM34都是0，則NDVI為-1，然後根據置信區間計算NDVIveg和NDVIsoil，接著計算植被覆蓋度。

3、各種植被指數：NDVI可以指示植被生長狀況和覆蓋度，根據地物光譜信息推算地表的植被狀況定量值。RVI比值植被指數可以監測和估算生物量，PVI垂直植被指數可以消除土壤背景與GVI物理意義相同，GVI綠度植被指數是各波段輻射亮度的加權和，使得植被和土壤的光譜特性分離。

4、反演植被覆蓋度方法：如植被指數法、像元分解模型法、決策樹分類法、經驗模型法，經驗模型法受觀測條件、局限性大，植被指數法估算精度低，像元分解法所依據的原理需要進一步考證、決策樹需要大量實測數據。

工作量大，屬於定量遙感范疇，提升估測精度。目前沒有較好的分割演算法，制約了變化檢測方法發展，對植被覆蓋度變化監測可以提高不同地物間的類間可分性，採用多尺度、多源數據融合監測。

⑵ 脈沖多普勒雷達、合成孔徑雷達、相控陣雷達三者有什麼區別

脈沖多普勒雷達、合成孔徑雷達、相控陣雷達區別工作原理不同。
脈沖多普勒雷達、合成孔徑雷達採用的技術和信號處理的方式。
相控陣雷達是天線掃描方式
脈沖多普勒雷達是根據目標回波信號，用頻域過濾的方法選出目標的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，使雷達從強雜波中分離和檢測出目標信號。
合成孔徑雷達工作原理和脈沖多普勒雷達一樣，通過發射電磁脈沖和接收目標回波之間的時間差測定距離，其解析度與脈沖寬度或脈沖持續時間有關，脈寬越窄解析度越高。合成孔徑雷達通常裝在飛機或衛星上，分為機載和星載兩種。合成孔徑雷達按平台的運動航跡來測距和二維成像，其兩維坐標信息分別為距離信息和垂直於距離上的方位信息。方位解析度與波束寬度成正比，與天線尺寸成反比，就像光學系統需要大型透鏡或反射鏡來實現高精度一樣，雷達在低頻工作時也需要大的天線或孔徑來獲得清晰的圖像。由於飛機航跡不規則，變化很大，會造成圖像散焦。必須使用慣性和導航感測器來進行天線運動的補償，同時對成像數據反復處理以形成具有最大對比度圖像的自動聚焦。因此，合成孔徑雷達成像必須以側視方式工作，在一個合成孔徑長度內，發射相干信號，接收後經相干處理從而得到一幅電子鑲嵌圖。雷達所成圖像像素的亮度正比於目標區上對應區域反射的能量。
相控陣雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，「相控陣」由此得名。相位控制可採用相位法、實時法、頻率法和電子饋電開關法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上．這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點，能以一部天線實現全空域電掃。通常的共形陣天線有環形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述，相控陣雷達因其天線為相控陣型而得名。

⑶ 合成孔徑雷達和相控陣雷達哪個更先進

相控陣雷達是相對於傳統雷達機械掃描的革新，也就是完全通過電掃描獲得所有信息。 合成孔徑雷達主要還是演算法，也就是信號處理上和傳統雷達的不同，傳統雷達是不能成像的，而SAR可以通過專門的軟體獲得目標的成像。所以說兩個概念完全不一樣。相控陣雷達完全可以，並且非常適合開發出合成孔徑成像功能，比如E8A和F22A的相控陣雷達就有SAR功能。

⑷ 基於合成孔徑雷達差分干涉測量的地面沉降監測

(一)演算法選擇與數據處理流程

差分干涉的數據處理流程為:首先獲取實驗區DEM以及SAＲ干涉影像數據，檢查數據是否滿足演算法要求，然後進行影像配准，計算相干係數並生成干涉圖，在方位向上進行5視處理;去除平地相位以及地形相位，對差分干涉圖進行濾波，根據成像幾何關系，獲得沿斜距向的形變信息，並投影到垂直方向，即生成所需的沉降圖。

從物理角度上將干涉相位分解，可以寫為下式:

退化廢棄地遙感信息提取研究

式中:φ_flat為平地效應引起的相位，通過成像幾何關系消除平地效應;φ_topo為地形引起的相位;φ_def為最後剩餘的形變信號;φ_orb為軌道誤差引起的相位，可用精密軌道以減少誤差;φ_atm為對流層及電離層延遲引起的相位，天氣晴朗的情況下可以忽略;φ_noi為雜訊引起的相位，可對干涉圖進行平滑去噪處理。

根據地形相位φ_topo的消除方式，差分干涉分為二軌法、三軌法和四軌法。

二軌法使用兩幅SAＲ圖像以及外部DEM數據(例如SＲTMDEM)，外部DEM數據用來消除地形相位，消除的過程即差分處理。二軌法的優點是不需要對DEM數據進行相位解纏，因此也不會引入與其相關的誤差，缺點是得到的形變圖解析度受到DEM數據空間解析度的影響。

三軌法使用三幅 SAＲ 圖像，一主兩副。圖像1 和圖像2 一般時間間隔較短，以保證兩次成像期間地表幾乎沒有變化，形成的第一幅干涉圖可近似地認為只含有地形產生的干涉相位，用來消除地形信息，三軌法可用於無 DEM 的區域。然後對圖像 1 和圖像 3 進行干涉處理，生成包含地形相位以及形變信號的第二幅干涉圖，後者與前者的差分即為圖像 1和圖像 3 之間的位移。

四軌法使用四幅 SAＲ 圖像，兩主兩副。第一幅干涉圖與三軌法相同，由圖像1 和圖像2 生成，不同的是第二幅干涉圖用圖像 3 和圖像 4 生成，減去第一幅干涉圖即為圖像 3 和圖像 4 之間的形變。四軌法類似於三軌法，不同的是地形干涉圖與形變干涉圖相互獨立，選擇空間更大，應用更加靈活，常用於有 Tandem 像對的情況。

考慮到數據成本及結果精度，本研究使用二軌法進行礦區沉陷監測。

二軌法數據處理流程如圖 6 －15 所示。

圖 6 －15 二軌法數據處理流程圖

( 二) 影響因素分析

干涉處理中的去相干因素包括時間失相干、空間失相干、數據處理失相干、對流層及電離層影響。因此，總的相干可以表示為:

退化廢棄地遙感信息提取研究

1. 時間失相干

很多情況下，星載 SAＲ 順軌干涉圖像的獲取時間不同，間隔短則一天，長則數月甚至數年。在此期間，地面可能會發生變化，而任何變化都有可能改變雷達信號的相位及其統計分布，由此引起的相乾性減弱甚至消失稱為時間失相干。引起時間失相乾的主要因素有: 植物生長或因收獲、耕作、大風等引起的植被變化; 液體表面的不斷運動，例如海洋、湖泊、池塘等，混同於沼澤或者不穩定區; 地面滑坡、地震等突發事件; 人類活動，例如商業中心停車場地在空間上的發展、建築工程、森林砍伐等引起的其他變化; 降水、冰雪覆蓋以及融化等環境變化。簡而言之，地表位移以及環境因子是造成時間失相乾的主要因素。

假設地表位移為高斯分布，那麼相乾性可以用散射體的 ＲMS 位移來近似替代 ( Zebker，1994) :

退化廢棄地遙感信息提取研究

式中:σ_y和σ_z分別為沿交軌和垂直方向的位移。對於EＲS－1/2C波段衛星，取λ=5.7cm，參考入射角θ=23°，JEＲS－1L波段衛星，λ=23.5cm，參考入射角θ=35°，圖6－16和圖6－17反映了EＲS衛星及JEＲS－1的水平及垂直ＲMS位移變化與時間失相乾的關系。

圖6－16 時間失相干與散射體ＲMS位移的關系圖(EＲS－1/2)

圖6－17 時間失相干與散射體ＲMS位移的關系圖(JEＲS－1)

從圖 6 －16 和圖 6 －17 中可以發現，約 3cm 的 ＲMS 位移足夠使得 EＲS －1/2 C 波段的數據完全失相干。JEＲS －1 衛星達到約 10cm 的 ＲMS 位移，才造成完全的時間失相干，其相乾性所容許的最大 ＲMS 位移要遠遠高於 EＲS 衛星，這充分說明 C 波段的雷達波比 L 波段的雷達波對地面變化更加敏感，也可以說同樣的 ＲMS 位移 L 波段的雷達波能夠保持比 C波段的雷達波更高的相乾性。

2. 空間失相干

地面分辨單元內各個散射體回波的矢量和構成了回波振幅和相位。如果兩次獲取地面圖像時幾何條件相同，而且散射體的位置沒有發生任何變化，那麼兩次成像振幅和相位相同; 如果幾何條件發生變化，例如天線入射角發生了變化，那麼回波相位就會發生改變，這種現象即為空間失相干。任何干涉儀都不可避免地會遇到此類問題。

對於 ENVISAT ASAＲ，名義臨界基線距為1. 1km。對於 ALOS PALSAＲ，名義臨界基線距為12. 6km。假設有效基線長度已知，那麼基線導致的空間失相干可由式 ( 6 －14) 計算:

退化廢棄地遙感信息提取研究

3. 數據處理失相干

數據處理失相干包括很多方面，例如配准失相干、插值失相干、干涉圖濾波以及相位解纏等，一般配准失相乾的影響作用最為顯著，其他可通過相應的方法來抑制，如果方法不當則會導致配准失敗或誤差過大。配准過程引入的誤差會降低干涉圖的相乾性，進而引入相位雜訊，當配准誤差達到 1 個像素，兩幅影像將完全不相干。Just 和 Bamler ( 1994)給出了距離向和方位向的配准失相干公式:

退化廢棄地遙感信息提取研究

式中:μ_r為配准誤差，介於0和1之間。

(三)研究數據與方法

本研究利用二軌法對影像數據進行處理以獲取地面沉降信息。首先，利用兩幅SAＲ成像時的幾何關系，將DEM反演成只含地形信息的干涉圖並將其投影到SAＲ影像坐標系下。然後與由兩幅SAＲ影像得到的含有地表形變信息的干涉圖做差分，從而求得形變信息。由以上分析可知獲取精度滿足要求的DEM數據是二軌法的關鍵。2000年2月，美國進行了太空梭測圖任務(SＲTM)，該任務對北緯60°到南緯54°間的廣大區域進行了干涉測量，可以提供解析度30m、高程精度優於16m的覆蓋陸地表面80%的DEM數據(圖6－18、圖6－19)。

研究所用雷達數據為歐洲太空局的ENVISAT－1衛星ASAＲ(AdvancedSyntheticApertureＲadar)合成孔徑雷達感測器獲取的徐州地區的二景影像數據。SＲTMDEM數據的發布為兩通差分干涉測量的廣泛應用提供了數據保證。所以本次所用數據為ASAＲ數據產品中成像模式的0級原始數據，產品代碼為ASA_IM_0C，以及SＲTMDEM數據提供的高程數據。

圖6－18 徐州市DEM平面示意圖

圖6－19 徐州市沛縣附近實驗區DEM三維示意圖

數據名稱如下:

ASA_IM__0CNPDE20090120_022105_000000642075_00404_36029_9461.N1

ASA_IM__0CNPDE20070327_022114_000000792056_00404_26510_1403.N1

N34E116.hgt

N34E117.hgt

從ASAＲ數據的文件名可以看出這兩景數據都是N1格式文件，兩景影像獲得時間分別是2009年1月20號和2007年3月27號，Track(軌跡)號都是404，第一個軌道號是36029，第二個軌道號是26510。通過GAMMA軟體處理，把2009年1月20號和2007年3月27號的0級原始數據處理成單視復圖像(SLC)，獲得的兩景影像的垂直基線為271.95m、時間基線665d，在SLC上截取所需要的研究區范圍，進行數據處理以獲得區域形變數。

(四)徐州市區地面沉降監測

截取了徐州市區影像，范圍為北緯34°11ƍ.58″～34°24Ɔ.34″，東徑117°23Ƈ.19″～117°17ཬ.62″(圖6－20)，以2009年1月20號的影像為主影像(圖6－21為強度圖)，2007年3月27號的為副影像，對外部DEM進行二軌法分析。

圖6－20 徐州市區的地貌圖

由圖6－22的相干係數圖看，整體的相乾性比較好，大部分地區的相干係數都大於0.5。由圖6－23的沉降圖可知，徐州市區存在地面沉降，沉降量達到10mm左右，有的區域的沉降量達到38mm左右。從沉降的分布來看，市區中心的沉降比較小，主要分布在市區中心的外圍地區，這也符合了徐州市這個煤礦大城市的地理分布情況，一般徐州市的煤礦遠離市區中心，分布在市區中心以外的四周。在圖6－24中的①處沉降量較大，達到38mm，結合當地的地理環境分析，附近有大型現代化礦井———龐庄煤礦，該煤礦由龐庄、張小樓三對井口組成，井田面積18.3km²，工業廣場面積1.36km²。張小樓新大井成功改擴建以後深度達－1025m，為華東地區第一深井。每年採煤量達到260萬t。可能由於每年的採煤以及地下水的不斷開采，導致所在地以及周圍區域出現了地面沉降的現象，還呈現出向東北沉降的趨勢。從圖6－24中還可以看到，在龐庄煤礦那一帶的沉降比市區中心地帶的沉降明顯許多，但是整個徐州市的平均沉降量還是比較小的。

圖6－21 徐州市區強度圖(左右倒置)

圖6－22 徐州市區相干係數圖(左右倒置)

圖6－23 徐州市區沉降圖(左右倒置)

圖6－24 沉降漏斗(左右倒置)

(五)大屯鎮地面沉降監測

大屯鎮是徐州市的「十強鎮」之一，已探明煤炭儲量24億t，能均衡開采100年，年產原煤1200萬t，大屯煤電集團公司坐落於鎮區腹地，擁有龍東煤礦、姚橋煤礦、徐庄煤礦和孔庄煤礦，大屯中心區是煤礦城市徐州市的一個典型區域。圖6－25是截取的大屯中心區的影像，范圍是北緯34°45ུ.78″～34°53ྲྀ.23″，東經116°51ན.46″～117°0Ɖ.27″，由於龍東煤礦不在SLC上，所以截取的范圍只包括其他三座煤礦。在圖6－26上看到明顯的煤礦區，其相干係數很高，一般大於0.6(圖6－27)，採用二軌法獲取的大屯中心形變圖如圖6－28所示。

圖6－25 大屯中心區的地貌圖

圖6－26 大屯中心區強度圖(左右倒置)

圖6－27 大屯中心區相干係數圖(左右倒置)

圖6－28 大屯中心區形變圖(左右倒置)

將差分得到的形變圖左右倒置後，可得到大屯中心區的沉降圖(圖6－29)，從沉降圖中可以看出，從2007年3月27日到2009年1月20日共665天的時間跨度里，大屯中心區大部分地區存在著明顯的沉降趨勢，沉降分布與礦區分布基本一致，姚橋、徐庄、孔庄煤礦都出現了地面沉降，70%以上區域的沉降量大於10mm。圖6－29中三角形標示區域為大屯中心區，沉降量最大達到61mm，平均沉降量為3mm，年平均最大沉降累積量達到33.5mm。

圖6－29 大屯中心區沉降圖

根據上文對大屯中心區基於水準測量的結果可知，到2010 年預計最大累計沉降量將達到753mm，在這五年期間的年平均最大沉降累積量達到30. 6mm，比較水準測量和D-InSAＲ 二軌法監測的結果，兩者僅相差2. 9mm，由此可知，用D-InSAＲ 二軌法監測徐州市大屯中心區的年平均最大沉降累積量與水準測量得到的結果具有一致性( 表6 － 15) 。

表6－15 兩種監測方法結果的比較單位:mm

隨著大屯中心區經濟的發展，人口逐漸增多，煤礦資源的不斷開采，地面沉降的趨勢必然加劇，而地面沉降所帶來的城鎮防洪抗洪能力降低、地下基礎設施破壞等危害，必將影響該地區的生產和生活，造成巨大的經濟損失。因此，大屯中心區應合理利用地下水資源，合理地開採煤礦資源，完善地面沉降動態監測系統，盡早採取措施減緩沉降趨勢。

⑸ 什麼是合成孔徑雷達

雷達的波束寬度由頻率及天線的大小所決定。為提高清晰度，必須加大天線的尺寸。但不必在縱橫兩個坐標方向加大，只要左右加大就可以了。但是這種天線在飛機機頭部分並不妥當，因此裝在側面，能夠以高清晰度「看」飛行沿線的地面。這就是「側視雷達(SLR)」。其代表性的產品有美國摩托羅拉公司所開發而懸掛在OV—1「莫霍克」觀測／偵察機之機身下的APS—94。此種雷達使用I／J波段。

另外，固特異公司所開發的UPD—4及UPD—6兩種側視雷達，配置在美國空軍的RF—4C「鬼怪」式飛機上，以及西德空軍和日本航空自衛隊的RF—4E飛機上。雷達所獲得的影像可以記錄在寬度241毫米的攝影底片上，側視雷達所使用的頻率越高，或是天線的尺寸越大，其清晰度也越好。但是由於天線的尺寸不可能任意加大，因此就轉而使用「合成孔徑雷達(SAR)」這種方法。

其方法是：將一定時間內側視雷達所獲得的信號加以貯存，並利用電腦處理，則其所獲得的效果，等於擁有與該時間內飛機所飛行的長度相當的天線尺寸。清晰度依使用頻率而定，在I／J波段中大約是3米左右。使用最低頻率——例如合成孔徑雷達使用波段為J波段的話，則能夠穿過森林或偽裝物而「看見」目的物。頻率低，也就是波長長的話，電波就能繞射而穿過樹葉或小樹枝，因而此種雷達稱為「穿葉雷達」。在70年代末期已經證實其可行性，但是仍有測定費時的缺點。

⑹ 世界戰斗機上的雷達有哪幾種各種雷達的優點和缺點

那要看按照什麼條件分類 按照雷達採用的技術和信號處理的方式有：脈沖多普勒雷達、合成孔徑雷達、邊掃描邊跟蹤雷達。 按照天線掃描方式分類，分為機械掃描雷達、相控陣雷達等。 其中相控陣雷達按功能還分為：有源相控陣雷達和無源相控陣雷達 按照結構還分為：全電掃相控陣和有限電掃相控陣。 脈沖多普勒雷達：如美國現役F-14、F-15、F/A-18和F-16等戰斗機分別裝備的AWG-9、APG-63、APG-65和APG-66A/B、APG-68C/D等雷達。（優點）窄帶濾波器能對回波脈沖列進行相干積累 ，由它選出目標的多普勒譜線。脈沖多普勒雷達的這種信號處理方式可獲得近於最佳的信號功率對雜波加雜訊功率之比，及較精確的目標距離和徑向速度數據。（缺點）脈沖多普勒雷達採用足夠高的脈沖重復頻率(通常在20千赫以上)，但因此而帶來了雷達測量目標距離的最大量程很近，遠距離的目標回波跨周期的出現，使目標的距離產生模糊。此外，高的脈沖重復頻率使不同距離上的雜波疊加，雜波強度大大增加，增大了抑制雜波的難度，因而對雷達的性能提出了更高的要求。 合成孔徑雷達：特點是解析度高，能全天候工作，能有效地識別偽裝和穿透掩蓋物。缺點是覆蓋范圍小，掃描周期長。 邊掃描邊跟蹤雷達：以F-14的AWG-9為例，它能同時跟蹤24個分散的目標。將六枚「不死鳥」導彈在時間分隔的基礎上幾乎同時(2秒內)導向六個分散的目標。此類雷達還未發現缺點。 機械掃描雷達：當今絕大多數戰機的配備，從雷達誕生之日起到現在。（缺點）約為整套機械雷達系統造價一半的機械設備最容易發生各種故障，占雷達系統故障的絕大部分，每天都要進行維護。另外，機械設備幾乎限制了雷達系統的所有基本性能，包括探測線、被跟蹤目標的截獲、對抗各種類型干擾的防護性能、通信容量等。「大黃蜂」戰斗機裝備的APG-73雷達屬於機械掃描雷達 相控陣雷達：正在異軍突起的雷達種類，優點很多。（1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高； （2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能；
（3）目標容量大，可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標；
（4）對復雜目標環境的適應能力強；
（5）抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。 缺點也有：相控陣雷達設備復雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當需要進行全方位監視時，需配置3～4個天線陣面。安裝於F－22上的AN/AGP-77有源相控陣雷達 有源相控陣雷達的每個輻射器都配裝有一個發射／接收組件，每一個組件都能自己產生、接收電磁波，因此在頻寬、信號處理和冗度設計上都比無源相控陣雷達具有較大的優勢。正因為如此，也使得有源相控陣雷達的造價昂貴，工程化難度加大。但有源相控陣雷達在功能上有獨特優點，大有取代無源相控陣雷達的趨勢。 有源和無源相控陣雷達的天線陣相同，二者的主要區別在於發射／接收元素的多少。
有源相控陣雷達最大的難點在於發射／接收組件的製造上，相對來說，無源相控陣雷達的技術難度要小得多。無源相控陣雷達在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控陣雷達，但是在功能上卻明顯優於普通機械掃描雷達，不失為一種較好的折中方案。因此在研製出實用的有源相控陣雷達之前，完全可以採用無源相控陣雷達作為過渡產品。而且，即使有源相控陣雷達研製成功以後，無源相控陣雷達作為相控陣雷達家族的一種低端產品，仍具有很大的實用價值。
全電掃相控陣和有限電掃相控陣：全電掃相控陣又可稱固定式相控陣，即在方位上和仰角上都採用電掃，天線陣是固定不動的。有限電掃相控陣是一種混合設計的天線，即把兩種以上天線技術結合起來，以獲得所需要的效果，起初把相掃技術與反射面天線技術相結合，其電掃角度小，只需少量的輻射單元，因此可大大降低設備造價和復雜程度。 現在的雷達都趨向於多功能化，往往一台雷達繼承了多個類別的雷達特性，因此「雷達種類」變成了「雷達功能」。