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主辅影像干涉

影像干涉公式推导

复数影像的两种表现形式​

复数影像的数字存储形式

a+bia+bi

复数影像的强度相位表现形式

u=∣u∣ejϕu=\lvert u\rvert e^{j\phi}

其中, ∣u∣\lvert u\rvert为强度, ϕ\phi为相位。

两种表达方式的相互关系为:

∣u∣=u.real2+u.imag2=a2+b2\lvert u\rvert={u.real}^2+{u.imag}^2=a^2+b^2 ϕ=arctan⁡u.imagu.real=arctan⁡ba\phi=\arctan\frac{u.imag}{u.real}=\arctan\frac{b}{a}

两种表现形式的干涉计算​

u1=∣u1∣ejϕ1=a+biu_1=\lvert u_1\rvert e^{j\phi_1}=a+bi u2=∣u2∣ejϕ2=c+diu_2=\lvert u_2\rvert e^{j\phi_2}=c+di

强度相位表现形式​

uint=u1⋅u2∗=∣u1∣ejϕ1⋅∣u2∣e−jϕ2=∣u1∣∣u2∣ej(ϕ1−ϕ2)=∣u1∣∣u2∣e−j(ϕ2−ϕ1)\begin{aligned} u_{int} &=u_1\cdot u_2^* \\ &=\lvert u_1\rvert e^{j\phi_1}\cdot \lvert u_2\rvert e^{-j\phi_2} \\ &= \lvert u_1\rvert \lvert u_2\rvert e^{j(\phi_1-\phi_2)} \\ &= \lvert u_1\rvert \lvert u_2\rvert e^{-j(\phi_2-\phi_1)} \end{aligned}

注,*表示共轭

进一步计算,可得:

强度

∣u1∣∣u2∣=(a2+b2)(c2+d2)=a2c2+b2c2+a2d2+b2d2\begin{aligned} \lvert u_1\rvert \lvert u_2\rvert&=(a^2+b^2)(c^2+d^2) \\ &=a^2c^2+b^2c^2+a^2d^2+b^2d^2 \end{aligned}

相位

ϕ1−ϕ2=arctan⁡ba−arctan⁡dc+cπ=arctan⁡ba−dc1+bdac+cπ=arctan⁡bc−adac+bd+cπ\begin{aligned} \phi_1-\phi_2&=\arctan\frac{b}{a}-\arctan\frac{d}{c}+c\pi \\ &=\arctan\frac{\frac{b}{a}-\frac{d}{c}}{1+\frac{bd}{ac}}+c\pi \\ &=\arctan\frac{bc-ad}{ac+bd}+c\pi \end{aligned}

其中,使用了反正切函数(arctan)相加定律

arctan⁡α±arctan⁡β=arctan⁡α±β1∓αβ+cπ\arctan\alpha\pm\arctan\beta=\arctan\frac{\alpha\pm\beta}{1\mp\alpha\beta}+c\pi

数字存储形式​

uint=(a+bi)(c+di)∗=ac+bd+(bc−ad)i\begin{aligned} u_{int} &=(a+bi){(c+di)}^* \\ &=ac+bd+(bc-ad)i \end{aligned}

强度

∣uint∣=(ac+bd)2(bc−ad)2=a2c2+b2d2+2abcd+b2c2+a2d2−2abcd=a2c2+b2d2+b2c2+a2d2=∣u1∣∣u2∣\begin{aligned} \lvert u_{int}\rvert&={(ac+bd)}^2{(bc-ad)}^2 \\ &=a^2c^2+b^2d^2+2abcd+b^2c^2+a^2d^2-2abcd \\ &=a^2c^2+b^2d^2+b^2c^2+a^2d^2 \\ &=\lvert u_1\rvert \lvert u_2\rvert \end{aligned}

相位

ϕint=arctan⁡bc−adac+bd=ϕ1−ϕ2\begin{aligned} \phi_{int}&=\arctan\frac{bc-ad}{ac+bd} \\ &=\phi_1-\phi_2 \end{aligned}

干涉相位成分​

ϕ=ϕflat+ϕtopo+ϕdefo+ϕatm+ϕnoi\phi = \phi_{flat} + \phi_{topo} + \phi_{defo} + \phi_{atm} + \phi_{noi}

其中, ϕflat\phi_{flat}是平地相位, ϕtopo\phi_{topo}是地形相位, ϕdefo\phi_{defo}是形变相位, ϕatm\phi_{atm}是大气延迟相位, ϕnoi\phi_{noi}是随机噪声相位。

平地相位​

ϕflat\phi_{flat}平地相位(参考面相位), 是由参考椭球面引起的系统相位, 即平地情况下, 干涉图也会出现密集的条纹。

(缺个图)

将主星位置S1, 辅星位置S2, 与平地点P组成三角形, 根据余弦定理,

R2=R12+B2−2BR1cos⁡(α+90°−θ)=R12+B2−2BR1sin⁡(θ−α)≈R12−2BR1sin⁡(θ−α)+B2sin⁡2(θ−α)≈R1−Bsin⁡(θ−α)\begin{aligned} R_2 &= \sqrt{R_1^2+B^2-2BR_1\cos(\alpha+90\degree-\theta)} \\ &=\sqrt{R_1^2+B^2-2BR_1\sin(\theta-\alpha)} \\ & \approx \sqrt{R_1^2-2BR_1\sin(\theta-\alpha)+B^2\sin^2(\theta-\alpha)} \\ & \approx R_1 - B\sin(\theta-\alpha) \end{aligned}

可以得到P点的干涉相位,

ϕP=−4πλ(R1−R2)=−4πλBsin⁡(θ−α)=−4πλB∥\begin{aligned} \phi_P &= -\frac{4\pi}{\lambda}(R_1-R_2) \\ &= -\frac{4\pi}{\lambda} B\sin(\theta-\alpha) \\ &= -\frac{4\pi}{\lambda} B_{\parallel} \end{aligned}

根据公式可知, 平行基线 B∥B_{\parallel}越短, 干涉条纹越宽,

滤波​

方位向滤波​

距离向滤波​