形成干涉之限制條件及影響因素

同一地區的 SAR 影像並非所有像對皆有干涉現象，在產生干涉處理的過程中，必 須滿足若干條件才能進行可靠的干涉處理，影響及限制干涉的因素如下 [Massonnet and Feigl, 1998]：

1. 必須為複數影像

SAR 影像的格式很多，只有同時包含振幅及相位資訊的複數影像才可作為干涉 之用；其中，將振幅影像拿來作套合，相位資料則用來作干涉之處理。

2. 地表資訊保存

如果地表在兩幅影像取樣期間變化太大，致使影像的相位間沒有相關性，就無 法進行干涉的處理，此種現象如水面、近海岸線的潮汐、成長快速的農業區等，這 些 現 象 會 破 壞 干 涉 圖 中 的 條 紋 型 態 ， 稱 為 不 相 關(Decorrelation) 或 者 無相 關 性 (Incoherence)。要確定處理的影像中是否有這些現象，可以藉由同調性圖來了解變化 情形。

3. 相位變化值符合要求

在干涉的設定條件中，鄰近像元間的相位變化值不能超過 1 條干涉條紋(2π)，

當變化值超過這個臨界點，像元間就會產生不相關現象，例如地震所產生的變形量 太大，超過這個臨界點，就無法在干涉圖上顯示出來。以ERS 衛星為例，進行偵測 變形時，一個條紋代表變形28 mm，所以在干涉圖中，如果該地區的變動情形在一 像元解析度的範圍內，其雷達視距方向變化超過28 mm，該像元就會有不相關的現 象。

4. 不確定值(Ambiguity)

我們所判讀的雷達與地表間距離值，實際上是不確定的，因為在影像中僅保存 相位的分數值，其餘的整數部份就是不確定值，這個不確定值就是相位回復要計算 回復的整數值。回復最簡單的方法就是沿著一條路徑計算條紋數，雖然目前已有許 多自動的方法可以進行全相位回復，但是無法確保最終結果都是正確的。

5. 其他限制

因為雷達為側視成像，訊號發射的角度與地面交互作用後，接收的角度必須能 接收反射的訊號，才能紀錄訊號時間及強度值。因此，若因地面為光滑平面而產生 鏡面效應，或因地形的坡度無法有效反射訊號，則會因缺乏有效訊號，無法產生同 調現象。

上述的各項條件皆會影響 InSAR 的處理及結果，因此確保各項條件在可控制的範 圍內，才能產生良好的干涉結果，如果影響的要素超過產生干涉的條件，則不會產生有 效的干涉結果，此情形稱為不相關。

在重複軌道干涉技術的處理中，相位量測的品質為精度好壞的要件，但是在兩影像 獲得期間，因為獲取影像的條件不一致，如在資料獲取期間不同的大氣狀況、因資料處 理所產生的相位差、在資料獲取期間物體相位的改變、觀測位置的輕微變化及熱雜訊 等，將會減少一致性，甚至導致同調性的喪失。

影像間的同調性代表地物、地貌的相似性，也就是同一地面點位在不同時間的相關 性指標，其值介於0~1 間。當地物、地貌的變化量小，同一地面點位的雷達回波愈一致，

通常同調性高，而此時所產生的干涉條紋效果也愈好。

在成像的過程中，雷達波訊號從發射、經過大氣層、與地面交互作用散射回波、再 穿過大氣層回到接收器產生接收訊號，這一連串的過程中，任何一個參數都會影響結果 的精度。影響相位量測的因素整理敘述如後[Hanssen, 2001]。

2.5.1 基線

兩雷達天線間的距離稱為基線長，在干涉處理的過程中，基線值是相當重要的一個 參數。當所選取影像對的基線值太長時，鄰近像元的相位值變化可能超過 2π，會引起 相位回復計算的誤差，導致錯誤的結果；若基線太短，則因幾何結構不佳，對地形變化 的靈敏度較差。因此，基線長度是形成干涉條件的一重要限制因素[Zebker and Villasenor, 1992]。

在沿軌式干涉及橫軌式干涉的模式中，因兩天線的位置固定，故其基線值為固定；

但在重複軌道的干涉模式中，載具的高度及天線的位置是不確定的，所以基線值隨著成 像位置不同而產生變化，基線的精確值就會影響干涉結果的精確度。以衛星重複軌道干 涉模式為例，獲取影像瞬間衛星的實際位置及向量就以軌道的狀態向量(State Vector)來 表示。在衛星影像檔頭資料中會提供五個軌道狀態向量值，但因檔頭軌道資料的誤差約 為1 m，精度不符進行精密的地表變形研究所需。因此配合其他定位資料，提供更精確 的軌道資料的輔助，才能使雷達差分干涉技術產生高精度的地表變形量。

從衛星的幾何關係中可知，所推求地形高度的精度與衛星的位置有直接的相關性，

所以精進軌道的位置可以有效的提昇高程的精度。以 ERS-2 衛星為例，目前根據 ESA 所公佈的精進軌道資料，在沿軌及橫軌的方向精度在1 m 左右，在垂直方向則可達 15-20 cm 左右。

荷 蘭 的 Delft 大 學 利 用 TOPEX/POSIDON 的 資 料 來 精 進 軌 道 位 置 ， 因 為 TOPEX/POSIDON 的軌道有較多的追蹤資料，且其飛行的高度較高，可減少因空氣產生 的阻力，所以有較好的軌道精度，其值可以達到5 cm 以下。Delft 大學所提供的 ERS-1 的軌道精度在徑度方向(radial)為 5-6 cm，ERS-2 的衛星軌道精度與 ERS-1 的精度相類 似，在徑度方向約為5-6 cm，在沿軌及橫軌方向精度約為 15 cm。在 1999 年 11 月以後，

則因太陽能板的展開，所以精度有些微的下降[Scharroo and Visser, 1998]。

軌道的誤差可以表示成沿軌誤差、橫軌誤差及徑向誤差，其中沿軌誤差可以透過精 確的影像套合來修正，所以會影響干涉結果的誤差量僅為徑向及橫軌的誤差。因為基線

計算是計算相對於兩個成像位置的長度，所以軌道誤差對基線的影響量可以視為一個誤 差向量，此誤差向量含有徑向及橫向兩分量。因此誤差向量可能很小，不易直接偵測出 來，但此誤差向量仍會影響干涉條紋的結果，當干涉條紋去除各項相關影響的因素後，

剩下的條紋數就是軌道誤差向量所產生的影響結果。通常，在實作的過程中會以經過平 坦化處理後的海岸線為等高程區，以此來計算軌道的誤差量，進而修正軌道誤差。

2.5.2 大氣效應

因雷達訊號在發射與接收的過程中都必需經過大氣層，大氣對訊號的影響相當重 要，影響量包括對訊號產生的訊號衰減及時間延遲，影響的結果會增加影像的雜訊，並 會降低像元的同調性。一般而言，如果影像獲得時間的大氣分佈相當均勻，其影響量是 可以忽視的，但是當大氣的分布不均勻或前後取樣時間的大氣條件差別太大，就須將大 氣的影響效應去除。

大氣會引起訊號折射效果，導致像元在套合處理時產生誤差且會產生相位的差異 [Tarayre and Massonnet, 1996]，也有些不同大氣的影響是地區局部的現象，會綜合在一起 難以區分，如對流層內不同時間不同地區水蒸氣對訊號產生的擾亂[Goldstein, 1995;

Zebker et al., 1997]。大氣效應對干涉處理的影響及降低影響效應方法在第三章中有較完 整的介紹。

2.5.3 處理過程

因為干涉技術的處理過程相當繁複，且作業的要求相當嚴格，當處理的過程有些微 的疏忽，就會影響結果甚巨。因此，在處理過程中要確保處理過程的正確，才能獲得良 好的精度。

同一地面點在兩幅雷達影像的成像過程中，因幾何條件不同會產生成像結果的差 異。其中，因合成孔徑雷達係利用都普勒原理來提升方位解析度，所以在方位方向的成 像幾何上，為使兩幅影像的方位像元正確的對應，就要應用同一都普勒中心值來產生像

元的複數影像值，使影像的方位幾何能明確對應。如果直接利用單觀點影像來進行干涉 處理，就必須利用方位濾波進行修正，否則產生的干涉圖品質會明顯降低。

欲產生干涉相位圖時，必須正確的計算出影像對內每一個像元正確的對應位置，像 元位置正確對應，共軛像元間才會有明顯的相關性。如果套合的精度不好，則像元間的 相關性會明顯降低，甚至產生不相關現象，根據實際的分析顯示，當套合精度達到1/10 像元時，可以產生高達0.98 的相關值[Hanssen, 2001]。

在完成干涉圖處理時，如果干涉圖中含有軌道誤差，則干涉條紋會產生趨勢性改變，

如產生與軌道垂直方向或水平方向的平行條紋。此種誤差可以透過微調的處理來修正，

如果沒有修正軌道誤差，產生的干涉結果會失真。

處理過程中影響結果最大的處理程序就是全相位回復，因為計算回復值都是整數的 波數值，所以只要處理過程有錯誤，產生的誤差量就是整數的波數值，而且一個地方計 算錯誤，可能會影響至全幅影像，因此在進行全相位回復計算時，要細心且明確的處理 雜訊相關的區域，以確保結果的精度。

2.5.4 影像資料同調性

每一種技術都有其限制條件，雷達干涉處理的必要條件就是要有干涉的效應，如果 沒有干涉的效應產生，就無法進行干涉的處理，此種現象就稱為影像不相關，也就是獲 取的兩幅影像訊號間沒有任何共同訊息。發生的原因可能為系統產生的雜訊或是處理過 程產生的錯誤，也可能是因為地形效應所產生的背向散射訊號沒有相關性。不相關的原 因可以綜合歸納成兩大類：因成像幾何造成的基線不相關及因時間變化產生的時間不相 關兩類。

當成像的幾何不同時，接收的訊號值就會不同，所以當基線值超過一定界限時，同 一地面像元在兩幅影像的散射值就沒有相關性，此種因基線太長所產生的不相關就稱為

當成像的幾何不同時，接收的訊號值就會不同，所以當基線值超過一定界限時，同 一地面像元在兩幅影像的散射值就沒有相關性，此種因基線太長所產生的不相關就稱為