合成孔径雷达采集数据有哪些缺点

⑴ 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。

⑵ 脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、相控阵雷达三者有什么区别

脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、相控阵雷达区别工作原理不同。
脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达采用的技术和信号处理的方式。
相控阵雷达是天线扫描方式
脉冲多普勒雷达是根据目标回波信号，用频域过滤的方法选出目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，使雷达从强杂波中分离和检测出目标信号。
合成孔径雷达工作原理和脉冲多普勒雷达一样，通过发射电磁脉冲和接收目标回波之间的时间差测定距离，其分辨率与脉冲宽度或脉冲持续时间有关，脉宽越窄分辨率越高。合成孔径雷达通常装在飞机或卫星上，分为机载和星载两种。合成孔径雷达按平台的运动航迹来测距和二维成像，其两维坐标信息分别为距离信息和垂直于距离上的方位信息。方位分辨率与波束宽度成正比，与天线尺寸成反比，就像光学系统需要大型透镜或反射镜来实现高精度一样，雷达在低频工作时也需要大的天线或孔径来获得清晰的图像。由于飞机航迹不规则，变化很大，会造成图像散焦。必须使用惯性和导航传感器来进行天线运动的补偿，同时对成像数据反复处理以形成具有最大对比度图像的自动聚焦。因此，合成孔径雷达成像必须以侧视方式工作，在一个合成孔径长度内，发射相干信号，接收后经相干处理从而得到一幅电子镶嵌图。雷达所成图像像素的亮度正比于目标区上对应区域反射的能量。
相控阵雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。在一维上排列若干辐射单元即为线阵，在两维上排列若干辐射单元称为平面阵。辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上．这种天线称为共形阵天线。共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点，能以一部天线实现全空域电扫。通常的共形阵天线有环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等。综上所述，相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。

⑶ 合成孔径雷达和相控阵雷达哪个更先进

相控阵雷达是相对于传统雷达机械扫描的革新，也就是完全通过电扫描获得所有信息。 合成孔径雷达主要还是算法，也就是信号处理上和传统雷达的不同，传统雷达是不能成像的，而SAR可以通过专门的软件获得目标的成像。所以说两个概念完全不一样。相控阵雷达完全可以，并且非常适合开发出合成孔径成像功能，比如E8A和F22A的相控阵雷达就有SAR功能。

⑷ 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著，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。

⑸ 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。但是由於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。

⑹ 世界战斗机上的雷达有哪几种各种雷达的优点和缺点

那要看按照什么条件分类 按照雷达采用的技术和信号处理的方式有：脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达。 按照天线扫描方式分类，分为机械扫描雷达、相控阵雷达等。 其中相控阵雷达按功能还分为：有源相控阵雷达和无源相控阵雷达 按照结构还分为：全电扫相控阵和有限电扫相控阵。 脉冲多普勒雷达：如美国现役F-14、F-15、F/A-18和F-16等战斗机分别装备的AWG-9、APG-63、APG-65和APG-66A/B、APG-68C/D等雷达。（优点）窄带滤波器能对回波脉冲列进行相干积累 ，由它选出目标的多普勒谱线。脉冲多普勒雷达的这种信号处理方式可获得近于最佳的信号功率对杂波加噪声功率之比，及较精确的目标距离和径向速度数据。（缺点）脉冲多普勒雷达采用足够高的脉冲重复频率(通常在20千赫以上)，但因此而带来了雷达测量目标距离的最大量程很近，远距离的目标回波跨周期的出现，使目标的距离产生模糊。此外，高的脉冲重复频率使不同距离上的杂波叠加，杂波强度大大增加，增大了抑制杂波的难度，因而对雷达的性能提出了更高的要求。 合成孔径雷达：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。缺点是覆盖范围小，扫描周期长。 边扫描边跟踪雷达：以F-14的AWG-9为例，它能同时跟踪24个分散的目标。将六枚“不死鸟”导弹在时间分隔的基础上几乎同时(2秒内)导向六个分散的目标。此类雷达还未发现缺点。 机械扫描雷达：当今绝大多数战机的配备，从雷达诞生之日起到现在。（缺点）约为整套机械雷达系统造价一半的机械设备最容易发生各种故障，占雷达系统故障的绝大部分，每天都要进行维护。另外，机械设备几乎限制了雷达系统的所有基本性能，包括探测线、被跟踪目标的截获、对抗各种类型干扰的防护性能、通信容量等。“大黄蜂”战斗机装备的APG-73雷达属于机械扫描雷达 相控阵雷达：正在异军突起的雷达种类，优点很多。（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高； （2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；
（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；
（4）对复杂目标环境的适应能力强；
（5）抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。 缺点也有：相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线阵面。安装于F－22上的AN/AGP-77有源相控阵雷达 有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射／接收组件，每一个组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此，也使得有源相控阵雷达的造价昂贵，工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点，大有取代无源相控阵雷达的趋势。 有源和无源相控阵雷达的天线阵相同，二者的主要区别在于发射／接收元素的多少。
有源相控阵雷达最大的难点在于发射／接收组件的制造上，相对来说，无源相控阵雷达的技术难度要小得多。无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达，但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达，不失为一种较好的折中方案。因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前，完全可以采用无源相控阵雷达作为过渡产品。而且，即使有源相控阵雷达研制成功以后，无源相控阵雷达作为相控阵雷达家族的一种低端产品，仍具有很大的实用价值。
全电扫相控阵和有限电扫相控阵：全电扫相控阵又可称固定式相控阵，即在方位上和仰角上都采用电扫，天线阵是固定不动的。有限电扫相控阵是一种混合设计的天线，即把两种以上天线技术结合起来，以获得所需要的效果，起初把相扫技术与反射面天线技术相结合，其电扫角度小，只需少量的辐射单元，因此可大大降低设备造价和复杂程度。 现在的雷达都趋向于多功能化，往往一台雷达继承了多个类别的雷达特性，因此“雷达种类”变成了“雷达功能”。