GAMMA软件新用户手册中文版-2019.pdf

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书资料大小：15.56M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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引言瑞士 GAMMA 公司（GAMMA Remote Sensing AG）是由 Dr. Charles Werner 和 Dr. Urs Wegmuller 于 1995 年成立的专门进行雷达信号处理与服务的公司。 GAMMA 合成孔径雷达干涉测量软件即是由该公司开发的用于干涉雷达数据处理的全功能软件平台，GAMMA 软件包括了整个雷达处理过程的全功能模块：从 SAR 原始信号处理到 SLC 成像、单视/多视处理、基于雷达信号滤波、正射纠正/配准、DEM 提取（干涉）、形变分析（差分干涉、点目标干涉分析）、土地利用等，可以处理各种星载、机载及地基雷达数据(GPRI-II 便携式雷达干涉仪)。自 2014 年 12 月 10 日起，北京地空软件技术有限公司正式取得 GAMMA 合成孔径雷达干涉测量软件独家代理授权，负责 GAMMA 软件在中国地区所有销售及技术支持服务。为了更好的服务国内用户，北京地空软件技术有限公司将 GAMMA 软件中自带英文操作文档按照不同模块翻译成此用户手册。手册主要包括：GAMMA 软件 ISP、DIFF&GEO、MSP、LAT、IPTA 五大模块操作手册及 Sentinel-1、 PALSAR2 等数据的操作手册，在翻译过程中得到中国地质大学（北京）杨红磊博士、中南大学许兵博士的大力支持和帮助，在此表示感谢。由于时间仓促，翻译过程中不免出现错误，欢迎广大用户批评指正！北京地空软件技术有限公司 2019 年

GAMMA 用户手册《干涉 SAR 处理器(ISP)模块》 1

目录字母缩写表.................................................................................................................... 5 简介........................................................................................................................... 6 1. 预处理....................................................................................................................... 8 2. 2.1 数据转录与修正.............................................................................................. 8 2.2 生成 ISP SLC 参数文件 .................................................................................. 9 2.2.1 ERS ....................................................................................................... 10 2.2.2 ENVISAT ASAR .................................................................................. 10 2.2.3 JERS-1 .................................................................................................. 11 2.2.4 ALOS PALSAR（-1 与-2） ................................................................. 11 2.2.5 RADARSAT-1 ...................................................................................... 12 2.2.6 SIR-C .................................................................................................... 12 2.2.7 TerraSAR-X and TanDEM-X ............................................................... 13 2.2.8 RADARSAT-2 ...................................................................................... 13 2.2.9 COSMO-SkyMed ................................................................................. 13 2.2.10 KOMPSAT-5 ....................................................................................... 14 2.2.11 IECAS 机载 SAR ............................................................................... 14 2.2.12 RISAT ................................................................................................. 14 2.2.13 UAVSAR ............................................................................................. 15 2.2.14 SETHI ONERA 机载 SAR ................................................................. 15 2.2.15 Sentinel-1 SAR ................................................................................... 15 2.3 轨道状态向量处理........................................................................................ 15 2.3.1 附加状态向量生成.............................................................................. 15 2.3.2 状态向量修正...................................................................................... 16 2.4 定标................................................................................................................ 17 2.4.1 ERS ....................................................................................................... 18 2.4.2 ENVISAT ASAR .................................................................................. 18 2.4.3 JERS-1 .................................................................................................. 18 2.4.4 PALSAR ................................................................................................ 18 2.4.5 TerraSAR-X 与 TanDEM-X ................................................................. 19 2.4.6 Cosmo-SkyMed .................................................................................... 19 2.4.7 RADARSAT-2 ...................................................................................... 19 2.4.8 Sentinel-1 SAR ..................................................................................... 19 2.5 多视处理........................................................................................................ 19 2.6 其它预处理工具............................................................................................ 21 2.6.1 复制/截取 SLC 影像文件 ................................................................... 21 2.6.2 SLC 过采样 ......................................................................................... 22 2.6.3 影像脚点坐标检索.............................................................................. 22 2.6.4 方位向频谱计算.................................................................................. 22 2.6.5 地距向斜距的重采样（斜距向地距的重采样）.............................. 22 2.7 Sentinel-1 TOPS 模式 SLC 数据的预处理工具 ........................................... 23 配准......................................................................................................................... 24 3.1 生成偏移量参数文件.................................................................................... 24 3. 2

4. 5. 6. 7. 8. 9. 3.2 偏移量估计.................................................................................................... 25 3.2.1 偏移量转换为沉降量.......................................................................... 26 3.3 偏移量多项式计算........................................................................................ 26 3.4 重采样............................................................................................................ 27 3.5 精化偏移量.................................................................................................... 28 基线估计................................................................................................................. 28 公共带滤波与干涉计算......................................................................................... 29 干涉去平地效应..................................................................................................... 30 相干性估计............................................................................................................. 30 干涉图滤波............................................................................................................. 31 相位解缠................................................................................................................. 32 9.1 枝切法相位解缠............................................................................................ 32 9.1.1 掩膜低相干区域.................................................................................. 33 9.1.2 生成中子.............................................................................................. 33 9.1.3 确定残差.............................................................................................. 33 9.1.4 采用中子树连接残差.......................................................................... 33 9.1.5 解缠干涉相位...................................................................................... 33 9.1.6 不连续区域间架桥.............................................................................. 34 9.1.7 解缠不连续区域.................................................................................. 34 9.2 最小费用流相位解缠.................................................................................... 34 9.2.1 相位解缠有效掩膜的生成.................................................................. 35 9.2.2 掩膜的自适应降采样.......................................................................... 35 9.2.3 相位解缠.............................................................................................. 35 9.2.4 加权内插填补解缠相位数据空隙...................................................... 37 9.2.5 采用解缠相位模型进行解缠.............................................................. 37 9.2.6 掩膜解缠相位影像.............................................................................. 37 精确基线估计....................................................................................................... 37 10.1 SUNraster 或 bmp 格式影像的生成............................................................ 38 10.2 地面控制点选取.......................................................................................... 38 10.3 干涉基线的最小二乘估计.......................................................................... 38 高程计算/标准正交化 .......................................................................................... 38 11. 点目标工具........................................................................................................... 39 12. 分束干涉测量工具............................................................................................... 39 13. 附加工具............................................................................................................... 40 14. 参考文献...................................................................................................................... 41 处理示例...................................................................................................................... 42 A. 干涉处理 ................................................................................................................ 43 A.1 处理设置 ....................................................................................................... 43 A.2 SLC 预处理/生成 ISP 参数文件 .................................................................. 44 A.2.1 轨道状态向量修正 .............................................................................. 45 A.3 初始偏移量估计 ........................................................................................... 46 A.4 偏移量多项式的精密估计 ........................................................................... 47 A.4.1 偏移量估计 ......................................................................................... 47 10. 3

A.4.2 偏移量多项式生成 ............................................................................. 48 A.4.3 偏移量多项式的改进 ......................................................................... 49 A.5 干涉图计算 ................................................................................................... 49 A.6 干涉基线估计 ............................................................................................... 54 A.7 去除地球曲率相位趋势（“去平地效应”） ............................................... 54 A.8 相干性估计 ................................................................................................... 55 A.9 干涉图滤波 ................................................................................................... 57 A.10 相位解缠 ..................................................................................................... 58 A.10.1 基于枝切树区域增长法的相位解缠 ............................................... 59 A.10.2 最小费用流相位解缠 ....................................................................... 63 A.11 最小二乘估计基线 ..................................................................................... 69 A.11.1 选择地面控制点 ............................................................................... 69 A.11.2 提取地面控制点的解缠相位 ........................................................... 70 A.11.3 最小二乘估计基线 ........................................................................... 70 A.12 干涉估计基线和高程 ................................................................................. 70 A.13 重采样干涉高程图到正交坐标系 ............................................................. 71 B. 定标 SAR 影像产品的生成 .................................................................................. 74 B.1 ERS SLC 产品的定标处理 ........................................................................... 74 B.2 ENVISAT ASAR 的 SLC 产品的定标 ......................................................... 75 B.3 ERS 和 ENVISAT ASAR PRI 产品的定标 .................................................. 76 B.4 PALSAR 数据的定标 .................................................................................... 76 C. 偏移量追踪 ............................................................................................................ 77 C.1 确定双线性多项式函数 ............................................................................... 78 C.2 精确估计偏移量 ........................................................................................... 81 C.3 计算距离向和方位向位移 ........................................................................... 82 C.4 结果显示 ....................................................................................................... 83 C.5 偏移量追踪技术相关参考文献 ................................................................... 84 4

字母缩写表缩略词 ALOS AP ASAR ASF ASI CEOS 中文高级陆地观测卫星交替极化高级合成孔径雷达阿拉斯基 SAR 基地意大利航天局地球观测卫星委员会加拿大遥感中心 CCRS COSMO-SkyMed 观测地中海流域的小卫星星座 DEM DEOS DIFF&GEO DISP DLR ENVISAT EORC ERS ERSDAC ESA ESRIN FFT GCP IECAS IM ISP JAXA JERS JPL KC MCF MLI MSP PAF PALSAR PRI RISAT RSI SAR SCS SIR SLC SRTM TanDEM-X TCN TIN 数字高程模型地球观测和空间系统部差分干涉测量和地理编码软件显示工具德国地球科学研究中心环境卫星地球观测研究中心欧洲遥感卫星地球遥感数据分析中心欧洲空间局欧洲空间研究协会快速傅立叶变换地面控制点中国科学院电子研究所图像模式雷达干涉测量处理器日本宇宙航空研究开发机构日本地球资源卫星喷气推进实验室京都和碳最小费用流多视强度图组件式 SAR 处理器数据处理与归档机构（D=德国 I=意大利相控阵 L 波段合成孔径雷达 UK=英国）精密图像雷达成像卫星国际 Radarsat 合成孔径雷达单视复数斜距数据航天飞机成像雷达单视复数影像航天飞机雷达地形测绘任务 TerraSAR-X-Add-on 数字高程测量轨迹交叉轨迹正常（参考系统）不规则三角网 5 英文全称

地形观测与方位扫描无人飞行器合成孔径雷达美国地质调查局 TOPS UAVSAR USGS 1. 简介 GAMMA 干涉 SAR 处理器（ISP）包括生成干涉图、高程图、相干图与差分干涉产品所需的全方位算法。主要包括以下操作步骤：利用轨道数据进行基线估计，干涉影像对的精确配准，干涉图的生成（包括公共频谱带滤波），干涉相干性估计，地球曲率影响趋势去除，干涉图自适应滤波，相位解缠，利用地面控制点精确估计干涉基线，地形高程图生成，影像纠正，干涉高程图内插。除此之外，ISP 模块还提供了 SLC 辐射定标与斜距向地距几何转换的程序。此外 ISP 模块还支持 PRI/MLI 数据的处理。此类数据表示的是 SAR 影像的幅度信息。PRI 代表精确影像，该影像通过在频率域内对原始数据的子带进行多视处理获得。PRI 影像是地距结构的。MLI 代表多视强度影像，影像可由 SLC 数据或 PRI 数据通过方位向和距离向相邻像元的空间域内的随机平均获得。MLI 影像是斜距结构还是地距结构取决于其是由 SLC 数据还是 PRI 数据生成的。MLI 影像是浮点型数据，影像的长、宽由距离向和方位向选取的视数决定。 SLC/PRI/MLI 数据可以利用 Gamma MSP 处理器对原始数据处理得到，也可以直接从数据处理机构购买。ISP 模块支持上述途径获得的所有格式数据进行干涉处理。干涉处理将会生成以下影像产品：干涉图（复数值），解缠相位影像，相干图与强度图（实数值）。ISP 参考手册对以上数据的格式进行了描述。首先，需要准备 GAMMA 软件支持格式的数据。为了解决格式兼容问题，大多数 SAR 数据产品采用 CEOS 格式，ISP 模块（包括其他 GAMMA 软件包）使用的是一种简单的数据结构，元数据与其影像数据保存在头文件中。相关参数的处理与 SAR 数据特征保存于一个文本文件中，该文件使用与系统参数相关的简单关键字进行索引。使用 ISP 程序可以对文件结构进行初始化和更新，对应输出的文件称为 ISP SLC 参数文件。参照 ISP 参考手册可了解更多关于该文件的信息。此外，预处理步骤还包括轨道状态向量的处理与定标。如果需要分析 PRI/MLI 数据，定标这一步尤为必要。ISP 模块包含了从 SLC 数据集生成 MLI 影像，SLC、PRI 与 MLI 数据的辐射定标，SLC 重采样以及斜距与地距之间相互转换的程序。预处理之后，SLC 数据即可进行干涉处理。首先需要对构成干涉影像的两景 SLC 进行配准。这一步将生成 ISP 偏移量参数文件，该文件包含初始偏移量与偏移量多项式信息，这些信息用于使另一幅 SLC 影像完美地重叠于参考 SLC 影像。 6

对于一个 SLC 数据集而言，与一幅参考 SLC 影像进行互配准可以获得用于之后干涉处理的一个 SLC 数据堆。影像配准后，需要对 SLC 进行距离向与方位向的公共带滤波并生成干涉图。为了干涉图的进一步使用，我们需要对基线进行估计。随后进行去平地效应操作以获得仅包含地形相位和形变相位的干涉图，同时也可能得到相应的大气扰动与噪声相位。基于这些信息，我们可以计算干涉相干性。但由于相位缠绕于(-π, π]间，所以相位必须经过解缠才可以得到正确的物理解释。 ISP 提供了两种相位解缠程序，分别是枝切树区域增长算法与最小费用流技术。为了从解缠相位中提取高程图，首先必须精化干涉基线。精确的干涉基线可以使解缠相位向地面高程的转换更加简单。图 1 显示的是 ISP 软件包进行 InSAR 处理的典型流程图。预处理的特征参数需要由 CEOS 头文件与/或 SLC 影像数据确定。首先将影像数据与元数据由存储介质转录到数据处理的系统中。第 2 章描述了预处理时输入数据的不同方法。第 3 至 11 章的内容介绍了雷达干涉处理的主要模块。处理工具的具体使用请见实例。这些实例详细地描述了数据处理的流程。示例 A 介绍了干涉处理步骤，如干涉图的生成，相位解缠与干涉高程图的生成等。示例 B 解释了如何对不同类型的 SAR 影像进行定标。示例 C 介绍了偏移量跟踪处理。个别程序的详细信息请参照参考手册。在命令行输入相关程序的名字同样可以获得该程序所需的参数信息。值得注意的是，处理示例中提供的参数值并不适用于所有情况。其中的一个或多个参数需要根据具体情况而做出相应的调整。单个程序运行时，建议仔细查看屏幕上显示的标准输出信息。如需帮助请通过（gamma@gamma-rs.ch）与我们联系。我们推荐采用<景_标识符>为文件命名。景标识符可以是轨道编号或者数据获取时间，例如（yy）yymmdd。后面我们将采用符号“*”代替<景_标识符>。运行任何一个 ISP 程序时，屏幕上都会显示相应的运行结果。结果包括各种信息与程序运行耗时。结果报告可以保存为 ASCII 文件。建议使用*.out 对文件命名。为了使结果重新输入并保存为 ASCII 文件，UNIX 系统下运行程序时需在命令行末端输入重定向符“>”，后面添加需要输出文件的文件名即可。若不使用重定向符，结果将只显示于屏幕上。数据处理的相关参数与数据特征以 ASCII 格式保存于文本文件中（例如，距离向与方位向基线分量的变动）。这些数据集可以方便地输入其余软件用以分析和可视化。我们在这里使用免费获取空开领域的程序 xmgrace，它适用于 GAMMA 软件的所有平台。 7

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