干涉雷達

干涉雷達指採用干涉測量技術的合成孔徑雷達，也有稱雙天線SAR或相干SAR。它通過兩條側視天線同時對目標進行觀測（單軌道雙天線模式），或一定時間間隔的兩次平行觀測（單天線重複軌道模式），來獲得地面同一區域兩次成像的復圖像對（包括強度信息和相位信息）。由於目標與兩天線位置的幾何關係，地面目標回波形成相位差信號，經兩個復圖像的複相關形成干涉紋圖。 ^[1] 

干涉文圖包含了斜距方向上的圖像點與兩天線位置差得精確信息（回波相位的改變）。因此，利用遙感器高度、雷達波長、波束視向及天線基線距之間的幾何關係，可以獲取距離信息，精確地測量出圖像上每一點的高程信息，從而獲得高分辨率的地表三維圖像。在航天平台往往用重複軌道來實現雙天線達到的效果。

干涉雷達可分為距離向（或稱空間模式）、方位向（或稱時間模式）、重軌三種模式。

距離向模式指干涉雷達兩個天線的基線距與飛行方向垂直，重軌模式的成像幾何關係實際與距離向模式相仿。如圖1所示，圖1中x軸為方位方向，y軸為距離方向，假設有兩條天線接收同一目標產生的回波信號，且視向相同，則兩條天線接收信號的路徑分別為r₁,r₂，則其路徑差△r為△r=〡r₂-r₁〡。若考慮系統使用同一天線作為發射源（如重複軌道干涉處理），則路徑差產生的相位差

Φ=4π/λ·△r=4πf/c·△r，△r=Bcos(θ-θ_b)

式中：λ為波長，f為頻率；c為雷達傳播速度，即光速；B為兩天線間基線距；θ為入射角，θb為天線基線與飛行水平面法線間的夾角。

由此，可根據成像幾何參數推出地面任一點的高度，即

式中：h為目標高程；H為雷達平台高度；r為斜距。

方位向模式指干涉雷達兩個天線的基線距與飛行方向平行。此模式下相位差是由觀測期間地面目標的移動引起的，常用於運動目標觀測、海流速度和定向波浪譜的測量等。其相位差Φ可表示為

Φ=4πuB/λv

式中：u為地面目標的運動速度；v為平台的飛行速度；其他參數同上。

在干涉測量中，干涉相位的精度是影響DEM精度的重要因素，而兩幅圖像的相干性或相關度是決定相位差精度的重要因素。

干涉雷達可以全天時、全天候、近實時地獲得大面積地球表面三維地形信息，空間分辨率高，對大氣和季節的影響不敏感。

干涉雷達提取三維信息（數字高程模型）的主要步驟如下：

①干涉雷達原始信號處理、幾何分析；

②圖像高精度幾何配準——將輔圖像（或稱從圖像）配準到主圖像；

③計算干涉紋圖，即根據幾何關係獲得回波相位差和圖像相關，生成干涉圖，它是總相位差經2π調製到的結果；

④去平地效應，即平坦地形相位糾正（減去平地相位），則原始干涉圖經去平處理後得到去平干涉相位圖；

⑤增強幹涉圖和計算相干圖，即對整個干涉圖中的各局部區域計算主輔圖像間的相關性；

⑥相位解纏，即求解相位的2π模糊性問題，從而算出影像的真實相位值；

⑦變換解開的相位到高度，以獲得數字高程模型DEM；

⑧地形高畸變的校正和地理編碼；

⑨地面控制點的高度偏差等校正；

⑩生成合成圖像產品——地理編碼的主SAR圖像和配準的輔SAR圖像、地理編碼的相干圖像等。

差分干涉雷達技術（D-InSAR）——利用三次觀測（兩張干涉圖），進行微小運動或變化測量，對地表垂向運動和運動目標十分敏感，精度可達毫米量級 ^[2]  ，在地形變測量、地形制圖、軍事應用、海況監測、冰川運動監測、地質災害（滑坡、泥石流、地震、火山）監測、森林高度測量、作物生長變化等方面具有很大的應用潛力。

一系列星載InSAR計劃的實施，例如，美國的航天飛機干涉雷達地形測圖SRTM，獲得除極區以外約佔地球表面80%的三維雷達數據，測量地形精度達16m（C波段垂直精度為10m，X波段垂直精度為6m），這是首次對全球表面最精確、最全面的一次測圖；美國NASA的地形衞星（TOPSAT）利用InSAR技術獲取全球高精度的數字高程數據庫，地面精度為2m（高度）和30m（水平）；歐洲空間局的Light SAR為L波段、多極化、具有干涉測量、掃描模式的實用化成像雷達等。這些星載多波段、多極化干涉雷達可以方便地生成描述地形的數字高程模型及研究地表三維形變，將大大推動雷達遙感和遙測製圖的新發展。