一 产品概述

合成孔径雷达（SAR）数据拥有独特的技术魅力和优势，渐成为国际上的研究热点之一，其应用领域越来越广泛。SAR数据可以全天候对研究区域进行量测、分析以及获取目标信息。高级雷达图像处理工具ENVI SARscape，能让您轻松将原始SAR数据进行处理和分析，输出SAR图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息，并可以将提取的信息与光学遥感数据、地理信息集成在一起，全面提升SAR数据应用价值。

ENVI SARscape由sarmap公司研发，是国际知名的雷达图像处理软件。该软件架构于专业的ENVI遥感图像处理软件之上，提供图形化操作界面，具有专业雷达图像处理和分析功能。ENVI SARscape由核心模块及5个扩展模块组成，用户可根据自己的应用要求、资金情况合理地选择不同功能模块及其不同组合，对系统进行剪裁，充分利用软硬件资源，并最大限度地满足用户的专业应用要求。

1.1体系结构

SARscape提供全方位的SAR数据处理能力，包括：

-     雷达强度图像处理（SAR Intensity Image）

-     雷达干涉测量（InSAR/DInSAR）

-     极化雷达处理（PolSAR）

-     极化雷达干涉测量（PoIInSAR）

由以下模块组成：

• SARscape核心模块（BASIC & InSAR Bundle）—— 提供完整的雷达处理功能，包括基本SAR数据的数据导入、多视、几何校正、辐射校正、去噪、地理编码、RAW数据镶嵌、线状地物探测、特征提取等一系列基本处理功能；支持InSAR和多个通道DInSAR图像，生成干涉图像、相干图像、地面断层图、DEM等。包括基线估算、干涉图生成、干涉图去平、相干生成、相位解缠、轨道精炼、大气校正、形变模型等。
• 聚焦扩展模块（Focusing Module）——采用经过优化的聚焦算法，能够充分利用处理器的性能实现数据快速聚焦处理，支持聚焦前对RAW数据的镶嵌，直接输出SLC数据。
• 滤波扩展模块（Filter Module）——提供基于Gamma/Gaussian 分布式模型的滤波核，能够最大程度地去除斑点噪声，同时保留雷达图像的纹理属性和空间分辨率信息。
•   扫描式干涉雷达处理扩展模块（ScanSAR Interferometry Module）——支持ASAR扫描模式数据的干涉处理。
•  极化雷达处理扩展模块（Polarimetery & PollnSAR Module）——完整的极化SAR和极化干涉SAR数据的处理，包括测定偏振矩阵、偏振信号、偏振合成、偏振特征、Pauli分解、SLC数据的几何校正、极化相位差和干涉图生成、极化/干涉相干性、相干性优化等。
• 干涉叠加扩展模块（Interferometry Stacking Module）——可用永久散射体（PS）方法和短基线集（SBAS）的方法进行多时相雷达数据的干涉分析，可以获取mm级的形变信息。

1.2支持雷达系统

SARsacpe是设计用于对各种雷达数据进行处理的专业化软件工具，提供了专业级雷达数据处理和分析功能，支持多种雷达数据产品和原始数据，包括一系列机载和星载雷达系统的数据，包括：ERS-1/2、JERS-1、RADARSAT-1、RADARSAT-2、ENVISAT ASAR、ALOS PALSAR、TerraSAR-X-1、COSMO-SkyMed、OrbiSAR-1 (X、P-band)、E-SAR、RISAT-1、STANAG 7023、RAMSES、TELAER、GLAS/IceSat DEM。

1.3产品特性

• 提供SAR数据的数据导入、多视、几何校正、辐射校正、去噪、特征提取等基本功能；
• 利用多时相数据进行斑噪滤波，有效去除斑点噪声；
• 提供基于多普勒距离方程的严格SAR数据几何校正，在DEM支持下能够实现对SAR数据的辐射校正和正射纠正功能，消除地形对SAR数据的影响；
•  对于提供卫星轨道信息的SAR数据（如ERS和ASAR等），无需控制点即可进行高精度的正射纠正；
• 使用交叉相关技术实现多时相SAR数据的配准，无需手工选择控制点；
•  提供基于相位保真的SAR原始数据调焦处理，能够获取高精度的SLC数据；
•   提供基于Gamma/Gaussian分布式模型的滤波核，能够最大程度地去除斑点噪声，同时保留雷达图像的纹理属性和空间分辨率；
•  可用于InSAR和多个通道DInSAR图像，生成干涉图像、相干图像、地面断层图、DEM等。
•  支持中分辨率（如ASAR宽模式）和高分辨率的InSAR和DInSAR数据；
•  支持极化SAR和极化干涉SAR数据的处理，可以确定特征地物在地面上产生的mm级的位移；
• 专业化软件，功能强大；图形化界面，操作简易；流程化处理，高效简便；
• 批处理能力：繁杂的处理步骤只通过一个批处理命令来完成，简化操作；
•  支持功能扩展。

1.4产品应用

 ENVI SARscape主要应用于高精度地形数据（DEM）提取, 地表沉降监测（如地震/火山前后地表形变、城市地面沉降、铁路/地铁沿线地表沉降、采矿区塌陷、地裂缝等），滑坡/冰川移动监测，目标识别与跟踪，原油泄漏跟踪，作物生长跟踪与产量评估，洪水/火灾和地震的灾害评估等，土地覆盖与土地利用变化。

二 核心模块功能介绍 2.1 基本雷达处理

• 数据导入

支持SAR数据， 光学数据，高程数据（DEM），矢量数据的输入，这些数据可以是标准格式的，也可以是一般二进制格式的。

• 多视

   支持多种雷达系统的多视处理，包括： ENVISAT ASAR、ERS/JERS-1、ALOS PALSAR等，能抑制SAR图像的斑点噪声。

• 配准

使用交叉相关技术实现多时相SAR数据的自动配准，以达到亚像素配准精度，整个过程采用全自动的方式。

• 滤波

提供一系列基于典型最小均方根误差原理的常规滤波算法，支持多尺度的雷达滤波方法，算法包含相同区域不同场景的统计计算。

• 特征提取

基于统计学的理论，能够从SAR和InSAR数据中提取不同特征的特征参数，用于图像分类或定量分析，雷达图像几何纠正和辐射定标。

• 地理编码

该功能能够对SAR数据进行几何校正与正射校正，可以对SAR数据进行椭球或地形的地理编码，可使用标准轨道参数或地面控制点，基于多普勒距离方程将雷达坐标系统转换为给定的地理参考坐标系，即完成一般几何校正或正射纠正过程。无论是地面阵列（ERS PRI, RADARSAT SGF）还是倾斜阵列（ERS and RADARSAT SLC）产品。

• 辐射定标

校正了三种影响因素：散射区域、雷达天线增益和方位向传输损失。可选择三种定标输出结果：后向散射系数（Sigma），归一化后向散射系数（Gamma），雷达亮度或者反射值（Beta）。还包括辐射归一化、局部入射角校正和叠掩/阴影处理。

• 定标后处理

可以对后向散射系数进行后处理，减少水分、表面特征等干扰介电常数而产生对后向散射系数的影响，提供距离校正、介电常数影响校正、绝对校正三种校正方法。

• 镶嵌

可以将覆盖相同区域的多幅雷达影像拼接成一幅，提供基于边缘检测技术自动生成切割线。

• 分割

支持雷达或者光学的分割，分为三步：地物边缘检测、分割斑块合并、多时相数据分割。

2.2 (D)InSAR处理

提供完整的干涉雷达（InSAR）及差分干涉（D-InSAR）处理功能，包括以下干涉雷达处理功能：

• 基线估算

    用来评价干涉像对的质量，计算基线、轨道偏移（距离向和方位向）和其他系统参数。

• 干涉图生成

    支持两种模式：基于DEM和无DEM。

• 干涉图去平

    从原来的SAR几何中减去相关的地形（或椭球）和常位相成分。

•  自适应滤波和相干生成

    对去平后的干涉图进行滤波，去掉由平地干涉引起的位相噪声。同时生成干涉的相干图（描述位相质量）和滤波后的主影像强度图。

•  相位解缠

通过区域生长方法进行相位解缠，获取地面上每一点相位差的整数部分，为计算准确ＤＥＭ高程奠定基础。

• 相位编辑 (可选)

通过半自动或全手动的方法纠正解缠中出现的错误

• 轨道修正

对卫星轨道和位相偏移进行纠正，进行轨道精炼和位相偏移的计算，消除可能的斜坡位相。

•  DEM生成

生成DEM,将绝对定标和解缠后的相位和综合相位进行合成，将其转换为高度并投影到一定坐标系统上。

• 位移生成

将绝对定标并解缠后的相位值转换为位移，并投影到指定坐标系统下。同时也生成定位后的相干性图像。

SARscape支持双过差分和三过差分两种方式，从DInSAR数据中生成微分干涉图以评估厘米级的地形变化。

 

两种D-InSAR处理方法

2.3 实用工具

提供众多的实用工具，包括制图转换、数据统计、彩色合成、生成地面控制点文件、生成TIFF文件、图像修改、PRF校正、质量分析等。

SARscape还为InSAR处理提供众多实用工具，包括：

-     振幅轨道

-     大气位相延迟修正

-     复数据多视

-     干涉数据配准

-     多基线计算

-     位相编辑

-     去除残差位相

-     样本选择

-     合成位相去平

-     合成位相生成

-     小波合成DEM

-     形变模型

三 其他模块功能介绍 3.1聚焦扩展模块

SARsacpe的聚焦模块，可以对RAW数据中每个点的反射率利用经过优化的调焦算法实现数据快速聚焦处理，直接输出SLC数据，并支持聚焦前对RAW数据的镶嵌。

聚焦模块支持的传感器数据类型：

ž   ERS-1/2 SAR

ž   JERS-1 SAR

ž   ENVISAT ASAR Image Mode

ž   ENVISAT ASAR Alternating Polarizatio

ž   ENVISAT ASAR Wide Swath

ž   ALOS PALSAR-1 Single Polarization

ž   ALOS PALSAR-1 Dual Polarization

ž   ALOS PALSAR-1 Full Polarization

此外，可以根据规范的元数据格式，对其他RAW格式的雷达数据进行聚焦。

3.2Gamma/Gaussian滤波扩展模块 斑点噪声是SAR成像系统的一大特色，源自基本分辨单元内地物的随机散射，在图像上表现为信号相关（如在空间上相关）的小斑点，它既降低了图像画面质量，又严重影响图像的自动分割、分类、目标检测以及其它定量专题信息的提取 。
SARscape提供基于Gamma/Gaussian 分布式模型的滤波核，能够最大程度地去除噪声，同时保留雷达图像的纹理属性和空间分辨率信息。

由PRIVAEERS N.V.研发的Gamma分布式模型算法是迄今最合适的方法，包括处理SLC数据的独立复杂高斯斑点模型和处理多视强度数据的伽马斑点模型。

3.3扫描式干涉雷达处理扩展模块

ScanSAR是一种具有天线扫描功能的SAR工作模式，在该模式下，系统利用突发模式(Burst mode )技术来获得宽的距离向测绘带，但同时也带来了其方位向几何分辨率的损失，具有数据量巨大和回波信号不连续的特点。

SARsacpe提供ScanSAR模式处理支持，同时与干涉处理模块结合，可用于处理生成大范围的干涉图像、相干图像、地面断层图。该模块支持：

• 二过干涉处理生成DEM和相关产品
•  N过差分干涉生成地表形变制图和相关产品

目前，SARscape的ScanSAR处理模块只支持ENVISAT ASAR的数据对。

3.4极化雷达处理扩展模块

对极化SAR和极化SAR干涉处理。对极化SAR处理功能包括：测定偏振矩阵、偏振信号、偏振合成、偏振特征、Pauli分解、Entropy-Anisotropy-Alfa分解、Entropy-Anisotropy-Alfa分类；极化SAR干涉处理包括：SLC数据的几何校正、极化相位差和干涉图生成、极化/干涉相干性、相干性优化。

•  极化功能：

Ø  极化定标矩阵：用默认或自定义的极化定标参数精确估计目标散射矩阵

Ø  极化信号：从线性极化数据集，创建任意极化正交基准的散射矩阵

Ø  极化分解：提供相干（Pauli分解）和非相干（熵-α-各向异性特征分解）的方法来做散射矩阵的分解，前者用于一致的目标特征，后者用于分散式的目标特征

Ø  极化分类：在熵-α-各向异性特征分解之后的基础上，利用非监督分类法来对不同的散射特性进行分类

Ø  极化特征：提供了对交叉极化强度数据进行组合的方法，可用于进一步解译或分类

• 极化干涉功能：

Ø  SLC数据配准：主从影像的配准及在距离向的重采样

Ø  相位合成：相组分生成，包含几何（常相位）和平地或已知地形（有DEM的情况）

Ø  相干性优化：代表主要散射机制的干涉图和相干数据的生成

Ø  极化相位差/干涉图生成：可生成1）两个相同获得方式的不同极化数据的极化相位差；2）两个不同获得方式的相同极化方式的“经典”干涉

Ø  合成平地相位：用相同相对的不同极化合成相位进行干涉去平

Ø  极化相干性：相干数据的极化相位差或单极化干涉的生成

3.5干涉叠加扩展模块

干涉叠加技术是挖掘时间序列SAR图像可以识别区域（像素）范围内，一定时间内地面位移表现在信号相关和一致性，获取mm级的形变信息。SARscape提供两个应用工具：

• PS (Persistent Scatterers，永久散射体)

进行点目标的分析，得到表现为高的相干性的局部散射体的形变信息和精确的高程信息，输入图像的数量对最后要进行PS鉴定的像元相干性的估算非常重要，如果输入图像的数量不足的话，在整个处理过程中，整个区域会有大量的高相干性目标和很多“假形变”信息，一般来说，输入影像的数量应该大于20幅，为保证正确的相干性和PS鉴定结果。包括以下4个步骤：

(1)       选择样本：输入的坐标作为参考文件，输出文件列表中的其他数据是用相同的样本选择方法在样本选择功能下实现的。如果样本坐标具有投影信息，那么为了估计在主图像几何中提取的区域角点的位置，会自动进行反向的地理编码。

(2)       配准：所有图像都要配准和重采样到参考文件，这涉及到4因素（至少2个）的过采样，避免在大基线的情况下干涉条纹过密而混淆。

(3)       Mu/Sigma计算：这是计算所有配准图像的每个像素的幅度。用于执行下一步POTACOS之前PS点的选择。

(4)       OPTACOS：这是最后一步，计算出每个PS点视线向的速率和高度向的形变。

• SBAS (Small Baselines，短基线)

进行离散点目标分析，得到的结果和干涉模块类似，不同的是它是针对大区域的多景SAR做的，而不是双过（最多四过）干涉。和PS比起来，SBAS技术对输入图像的个数不是非常敏感，因为用的是离散分布的相干目标而不是一个像元，而且在SBAS中，会进行一些空间位移相关性的假设。不过，图像个数越多，得到的结果越好（甚至大气组分的干涉位相都能被很好的估算和去除）。输入的数据数量至少是5幅。包括以下4个步骤：

(1)       连接图：对所有图像建立对应关系，看每对主从影像的基线是否在阈值内，将所有的数据都配准到一个主图像，这个主图像可自动分配也可用户自己选择。

(2)       定义研究区：这步可选，如果要选择小于输入图像范围的研究区的时候要进行这一步。

(3)       干涉生成：生成去平、过滤后的干涉图和相应的位相解缠结果

(4)       SBAS反算：在相关的产品选择和输入模式的基础上生成形变（日期、速度、加速度和加速度变化）和高程（校正值和新的DEM）相关的产品。大气校正，有关时间空间的变化，也体现在这一步。

•  其他工具

(1)       连接图编辑工具：此功能允许修改图片连接的组合，生成连接图

(2)       PS分析工具：图形表示每个永久散射体位移记录

(3)       时间序列分析：图形表示用SBAS方法提取的形变信息