InSAR技术及其应用中的若干问题
insar的原理与应用领域
INSAR的原理与应用领域1. 引言合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar, INSAR）作为一种重要的遥感技术，具有高分辨率、全天候、全天时等优势，被广泛应用于地表形变、地震监测、冰川变化等领域。
本文将介绍INSAR的原理及其在不同应用领域的应用情况。
2. INSAR的原理INSAR利用雷达观测到的两次干涉图像，通过对比两幅图像的相位差，可以得到地表的形变和变化信息。
INSAR主要包括两个步骤：干涉图像生成和相位解缠。
2.1 干涉图像生成干涉图像生成是指通过两次雷达观测得到的相干图像，计算出相位差的过程。
这可以通过两种方式实现：•单频干涉：使用单个频率的雷达信号进行干涉处理，产生干涉图像。
这种方法简单、成本低，但信噪比较低。
•多频干涉：利用多个频率的雷达信号进行干涉处理，根据不同频率的相干图像计算出相位差，从而生成干涉图像。
这种方法可以提高信噪比，获得更高精度的结果。
2.2 相位解缠相位解缠是指将干涉图像中的相位差转换为地表形变或其他变化量的过程。
由于干涉图像中的相位差通常是在2π范围内变化的，需要进行相位解缠才能得到实际的形变或变化信息。
相位解缠是INSAR中的一个重要挑战，需要使用不同的解缠算法进行处理。
3. INSAR的应用领域INSAR技术在地球科学研究和应用中有着广泛的应用，下面将介绍其在地表形变监测、地震监测和冰川变化等领域的应用情况。
3.1 地表形变监测INSAR技术可以精确测量地表的形变，能够捕捉到毫米级的变化。
它被广泛应用于地质灾害的监测和预警，如地震、火山活动、岩溶塌陷等。
同时，INSAR还可以用于监测沉降、隆起、地下水抽取引起的地表变化，具有重要的地质工程和地下水管理价值。
3.2 地震监测地震是地球上常见的自然现象，INSAR技术可以提供高精度的地震监测能力。
通过不同时间的雷达观测，可以实时监测地震引起的地表位移，为地震研究和预警提供重要数据。
Insar的原理和应用
Insar的原理和应用1. 前言Insar（Interferometric Synthetic Aperture Radar）是一种利用合成孔径雷达（SAR）和干涉技术相结合的遥感技术。
它能够获取地表的形变和地貌等信息，为地震研究、地质勘察、城市沉降等领域提供了重要的数据支持。
本文将介绍Insar的原理和主要应用。
2. Insar原理Insar的原理基于雷达干涉技术，即通过分析两个或多个由同一区域获取的SAR图像，可以获得该区域地表的形变信息。
其基本原理如下：•第一步，利用SAR雷达发送信号并接收反射回波，得到两个或多个时间点的SAR图像。
•第二步，将这些SAR图像进行配准，确保它们之间的几何精确对应。
•第三步，通过计算这些配准后的SAR图像之间的相位差，利用相位差的变化来分析地表的形变情况。
3. Insar应用领域Insar在多个领域有广泛的应用，下面列举了其中几个主要领域：3.1 地震研究Insar技术可以用于监测地震震中附近地区的地表形变情况，可以提供地震区域的地表位移信息。
通过对地震前后的Insar图像进行对比分析，可以研究地震的规模、破裂带、地震断层等相关信息，对地震的防灾减灾提供重要支持。
3.2 地质勘察Insar技术可以用于地下矿藏的勘察。
通过对地下矿藏区域进行Insar监测，可以获取地下的地表形变信息，从而定量分析地下矿藏的分布、规模和变化情况。
这对于矿产资源开发和保护具有重要意义。
3.3 城市沉降城市的快速发展会导致土地沉降现象，而城市沉降可能会对城市的工程设施和地下管网造成严重影响。
Insar技术可以实时监测城市区域的地表沉降情况，并提供沉降的时空信息，为城市规划和土地管理部门提供决策支持。
3.4 冰川监测Insar技术可用于监测冰川变化。
通过获取冰川区域的Insar图像，可以获得冰川的形变、速度和厚度等信息，这对于研究全球变暖和冰川退缩等气候变化问题具有重要意义。
3.5 土地利用监测Insar技术可以用于土地利用监测。
合成孔径雷达干涉测量(INSAR)技术原理及应用发展
合成孔径雷达干涉测量（INSAR）技术原理及应用发展作者：刘曦霞来源：《科技创新与应用》2015年第20期摘要：合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术近年来得到了较快的发展，这一技术也广泛的应用于国防建设与国民经济建设中。
文章结合作者实际研究，从InSAR技术的自身优势与发展潜力出发，分析了其基本技术原理，并就InSAR技术在各个领域的实际应用进行了探讨，最后总结了其未来发展。
关键词：合成孔径雷达；INSAR；技术原理；应用1 InSAR技术的优势与潜力合成孔径雷达干涉测量技术是近年来发展起来的空间对地观测新技术，这一技术主要是借助于合成孔径雷达SAR朝目标位置发射微波，之后接收目标反射回波，从而获得目标位置成像的SAR复图像对，如果复图像之间有相干条件，SAR复图像对共轭相乘后能够得到干涉图，结合干涉图相位值可以获得两次成像中存在的微波路程差，进而准确获得目标位置的地形地貌等情况。
利用InSAR技术成像的优势在于连续观测能力强、成像分辨率和精度高、覆盖范围较广、技术成本低等，在各个领域的应用也非常广泛，比如说DEM生成、地面沉降监测、火山或地震灾害监测、海洋测绘、国防军事等。
但是InSAR技术测量的精准度往往会受到大气效应的影响，近年来新提出的散射体PS技术逐渐被越来越多的应用到其干涉处理的过程中，PS 技术分析能够在长时间内保持相对稳定的散射体相位变化，即便是难以获得干涉条纹的状况下，也可以获得毫米级的测量精度，在很大程度上提高了干涉测量技术的环境适应能力，这也是这一技术研究过程中的一个重大突破，其拥有非常高的开发应用价值[1]。
2 InSAR技术的基本原理分析合成孔径雷达干涉测量技术是按照复雷达图像的相位值来计算出地面目标空间信息的技术，它的基本思想是：借助两幅天线进行同时成像或者单幅天线间隔一定时间重复成像，进而得到同一位置的复雷达图像对，因为两幅天线和地面目标之间的距离不一致，因此在复雷达图像对同名象点之间出现相位差，进而产生干涉纹图，其中的相位值代表两次成像的相位差测量值，两次成像的相位差和地面目标的空间位置之间的几何关系，结合飞行轨道的具体参数，便能够准确的计算出地面目标的具体坐标，进而让我们获得具有较强精准度的大范围数字高程模型。
应用GPS与InSAR技术监测滑坡的若干问题讨论
中图分类 号 ： ２ ６４ ＋ ． Ｕ １ ．１ ９Ｉ
文 献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６ ４ １ （０ ２ ０ — ０ ５ ０ １０ — ３ １２ １ ）３ ０ ５ — １
ＩＳ Ｒ技 术 监 测 滑 坡 的 研 究 相 对较 少 。 １９ ｎＡ 在 ９ ５年 ， 国首 次 对 其 境 法 影 响 滑 坡体 稳 定 的 主 要 因 素 包 括 人 为 因素 、岩 土结 构 因 素 、 环 内 的 一 部 分 滑 坡 进 行 了研 究 ， 后 意 大 利 、 拿大 和 德 国 等 国 陆 续 随 加 境 因 素 。 滑 坡 体 滑 动 实 际 上 是 以 上 各 种 因素 共 同集 成作 用 的 结 果 ， 开 始 对滑 坡 进 行 相 关 研 究 。 欧 洲 多 国 、 拿 大 以 及 日本 等 国 的 研 究 加 各 种 因 素 对 滑 坡 体 稳 定 的 贡 献 量 互 有 差 异 ， 影 响 规 律 也 是 极 其 复 人 员 将 ＩＳ Ｒ 技 术 运 用 到 滑 坡 监 测 研 究 中 ， 到 了较 多 成 果 ， 要 其 ｎＡ 得 主 杂 的 。 要 求 采 用 有 效 的 监 测 手 段 对 这 些 潜在 或 是 正在 滑动 的 滑坡 分 为 以下 三 个 方面 的工 作 ： 坡 灾 害 调 查 、 坡 动 态 监 测 、 坡 空 间 这 滑 滑 滑 体 进行监测 ， 以避 免 当 大面 积 滑 坡 产 生 时 造 成 难 以预 料 的 损 失 。 分析 与灾 害 预 警 预 报 。 目前 滑 坡 监 测 主 要 是 人 工 定 期 到 现 场 采 集 数 据 ， 测 数 据 缺 乏 监 国 内利 用 Ｉ Ｓ Ｒ 技 术 监 测 滑 坡 的研 究 起 步 较 晚 ，大 多研 究 集 ＮＡ 实 时 性 ， 能 够 真 实表 现 滑 坡 所 处 的状 态 。 外 ， 多 不 稳定 边坡 处 中在 Ｉ Ｓ Ｒ 技术 方 法 、 理 及 其 在 国 外 研 究 的 进展 ， 滑 坡 的 研 究 不 另 很 ＮＡ 原 对 于 边 远 地 区 ， 员很 难 到 达 ， 其 是 在 滑 坡 的 临发 阶段 ， 员 到 现 场 仅 为一 小 部 分工 作 ， 体 的应 用 实 例 研 究 很 少 。 衢霖 等 于 ２ ０ 人 尤 人 具 谭 ｏ ２年 监 测 可 能 存 在 危 险 。 本 文 针 对 Ｇ Ｓ与 ＩＳ Ｒ 这两 种 空 间 大 地 测 量 分析 了崩 滑流 雷达 遥 感 应 用 的潜 力 ， 述 了 我 国 崩 滑 流 遥 感 的 应 用 Ｐ ｎＡ 综 技 术 在 滑 坡 监 测 中 的特 点 ， 在 问题 和 现状 做 了探 讨 ， 阐 述 了 这 现状 ， 重 分析 了成 像 雷达 遥 感 在 崩 滑流 识 别 、 测 、 警 中具 有 独 存 并 着 监 预 两类技术的数据融合方法和优势等。 特 的优 势 １ ３ １ 。 １ 滑坡监测 中的 ＧＰ Ｓ方法 ３ ＧＰ —ｎ Ａ Ｓ ＩＳ Ｒ数 据 融 合 用 于 滑 坡 监 测 １１Ｇ Ｓ法 存 在 的 问题 及 对 策 目前 利 用 Ｇ Ｓ进 行 变形 监 测 的 ． Ｐ Ｐ 在 时 间 分 辨 率 方 面 ，Ｐ Ｇ Ｓ可 以 在 很 短 的 时 间 间 隔 重 复 采 集 数 最 好精 度 约 为± ． Ｏ５ ｍｍ。很 多人 认 为 ， 过连 续 观 测 可 以 得 到 高精 度 据 。 Ｓ连 续 运 行 站 还 可 以提 供连 续 、 通 ＧＰ 区域 性 的 对 流 层 等 数据 。 目前 的 移 动 量 ， 是 一 种 错 误 的观 点 。 果 数 据 标 准 离 差 小 ， 使 是 在 短 ＧＰ 这 如 即 Ｓ连续运行站网的采样间隔多为 ３ ｓ ０ ，有些站点的采样频率甚至 时 间 内获 得 的 ， 比延 长 观 测 时 间 、 加 观 测 次 数 得 到 的 性 质 差 的 达 到 了 几 十赫 兹 ，也 就 是 说 ， Ｐ 也 增 Ｇ Ｓ网 已经达 到 了 非 常 高 的 时 间 分 辫 数 据 好 得 多 。另 外 。 Ｇ Ｓ测 量 地 表 面 移 动 的 结 果 不 是 在 瞬 间 求 出 率 。而 ＩＳ Ｒ数 据 目前 主 要 还 是 来 源 于 星 载 Ｓ Ｒ， 时 间 分辨 率 较 用 Ｐ ｎＡ Ａ 其 的 ， 基 于 一 定 时 间 来 接 收 数 据 ， 行 基 线 分析 算 出 的 ， 此 Ｇ Ｓ 低 ， 不 能 满 足 当 前 的形 变 监 测要 求 。 是 进 因 Ｐ 还 和 其 他 观 测 工 具 的 区别 是 需 要 在 分析 之前 进 行 大 量 的 数 据 积 累 ， 在 由上 所 述 ，Ｐ Ｇ Ｓ与 ＩＳ Ｒ 具 有 很 强 的 技 术 互 补 性 。 仅 依 靠 ｎＡ １ ｈ间 隔 的 高 密 度 的 测 量 情 况下 ， 利 用计 算机 等 的 联 机 化 的 同时 ， Ｉ Ｓ Ｒ 数 据 或 Ｇ Ｓ技 术 ， 无法 获 得 高 时 间 分 辨 率 和 高 空 间 分 辨 率 在 ＮＡ Ｐ 长 期 的 商 用 电源 供 给 成 为必 要 。 的 滑 坡 数据 ， 加 入 其他 必 要 的技 术 手 段 来 加 以 改 善阿 须 。 １２ 国 内外 研 究 现 状 及 其 发展 趋势 早在 １２ ． ０ ６年 ， 国 就记 载 我 ４ 结 束 语 了长 江 新 滩 滑 坡 的发 生 。 而 ， 当 时 监 测 手段 有 限 ， 不 到 监 测 要 然 因 达 利 用 ＩＳ Ｒ 与 Ｇ Ｓ技 术 的互 补 性 进 行 滑 坡 变 形 监 测 的 研 究 ， ｎＡ Ｐ 求 ， 此 对 滑 坡 的 监 测 和 研 究 ， 内外 均 起 步 较 晚 。 ２ 因 国 从 ０世纪 ２ ０年 应充分考虑以下几点： 代 开 始 ，在 瑞 典 就 开 始 研 究 滑坡 。 日本 于 １ ６ ９ ８年 发 生 山 体 滑 坡 灾 （） Ｓ Ｒ 技 术 可 以 获得 斜 路 径 上 的形 变 ， Ｇ Ｓ观 测 的是 三 维 ＴｎＡ Ｉ 而 Ｐ 害 ， 成 大 规 模 损 失 后 ， 始 引 起 人 们 的 注 意 ， 过 二 十 多 年 的 研 造 开 经 方 向的形变量 ； ） Ｓ Ｒ技术 对干涉影像 的轨道参 数、 （Ｉ Ａ ￣ｎ 季节和 天气 究， 已经 在 世 界 处 于领 先 水 平 。 ２ ０世纪 ７ ０年 代 我 国成 立 山 体 滑 坡 状 况 都 有严 格 要 求 ， 当选 择 图 像 非 常 重 要 ， 使 得 到 的 结 果 最 能 适 要 研 究 所 ， 用 经 典 大 地 测 量 仪 器 和 工 具 进 行 山 体 滑 坡 的 监 测 ， 找 采 并 代 表 地 面 形 变量 ， 应 当选 择 两 幅最 佳 匹 配 的 Ｓ Ｒ影 像 对 ， 以 将 就 Ａ 可 到 相 应 的数 据 处理 方 法 。 国在 １９ 美 ９４年 完 成 了全 球 定位 系统 计 划 ， 误差减少到最小 ；③应 充分利 用非常 近的轨道获取的 ＩＳ ｎ ＡＲ数据 ， 并 对 全球 定 位 系统 在 高精 ��
INSAR技术原理及方案
INSAR技术原理及方案INSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）是一种利用合成孔径雷达（SAR）进行干涉测量的技术。
该技术可以通过测量两幅或多幅SAR图像之间的相位差来获取地表的形变、变化和高程信息。
INSAR 技术广泛应用于地壳运动监测、地震研究、冰川变化监测、地质勘探等领域。
INSAR的原理基于雷达测量物体反射信号的相位差。
当雷达发射一束微波信号并接收到目标反射的回波信号时，由于目标周围存在着各种复杂的地物和地形，回波信号会受到干扰和散射，导致信号相位的变化。
通过INSAR技术，可以将两个或多个不同的SAR图像进行干涉处理，将其中一个图像作为参考图像，另一个图像作为目标图像，通过测量两幅图像之间的相位差，得到地表形变或高程信息。
1.单视向INSAR：该方案是最简单的INSAR方案，仅利用一对SAR图像进行干涉处理。
这种方案适用于平坦地形或地表形变较小的区域。
在处理过程中，需要校正图像之间的几何失配，消除大气和电离层的干扰，并进行相位展开以获取连续的相位图。
2.多视向INSAR：该方案利用多个视角的SAR图像进行干涉处理，可以提高水平方向上的分辨率，并减小多路径干扰的影响。
利用多视角的观测，可以通过三角测量的方法获取地表高程信息，并对地表形变进行更精确的测量。
3.多基线INSAR：该方案利用多对具有不同基线的SAR图像进行干涉处理。
通过使用不同基线的图像，可以增加测量结果的解相关性，提高地表形变或高程信息的精度。
然而，多基线INSAR的处理复杂度更高，需要考虑相位不连续问题，需要进行相位解缠以获取准确的相位信息。
总之，INSAR技术通过利用SAR图像的相位信息，可以实现地表形变和高程的测量。
不同的INSAR方案适用于不同的应用场景，可以根据具体需求选择最合适的方案。
然而，INSAR技术仍然面临一些挑战，包括大气和电离层干扰的处理、相位不连续问题的解决以及数据处理的复杂性。
INSAR原理技术及应用
INSAR原理技术及应用INSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）是一种利用合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）技术进行干涉处理的方法。
它通过对两个或多个不同时刻的SAR图像进行干涉处理，从而提取出地表形变或变形信息。
INSAR可以用于监测地壳运动、地震、火山活动、水资源管理等领域。
INSAR的原理是利用SAR系统发射的电磁波在地表反射回来的信号来构建图像。
当同一个地面目标在两个或多个不同时刻被观测到时，可以通过比较两幅图像之间的相位差来推测地表的形变情况。
INSAR的核心是通过干涉处理来提取出相位差信息。
INSAR的关键技术包括SAR数据获取、干涉处理和形变分析。
首先，需要获取两个或多个不同时刻的SAR图像。
这可以通过卫星、飞机或地面的SAR系统来实现。
然后，利用干涉处理算法，将两个SAR图像的相位信息进行计算，得到相位差图像。
最后，通过解析相位差图像，可以得到地表的形变信息。
INSAR技术在地质灾害监测、水文监测和地质勘探等领域有广泛的应用。
在地质灾害监测方面，INSAR可以用于监测地震引起的地表形变或断层活动；在火山活动监测方面，INSAR可以用于监测火山口的变化等；在水文监测方面，INSAR可以用于监测地下水位变化和地表沉降等；在地质勘探方面，INSAR可以用于矿产资源勘探和地下油气藏的监测等。
INSAR技术的应用还存在一些挑战和限制。
首先，INSAR对地面反射特性和场景的要求较高，需要考虑地表的稳定性和可反射性。
其次，INSAR在测量过程中受到大气湿度、电离层变化等因素的干扰，需要进行修正。
此外，INSAR也存在分辨率和覆盖范围的限制。
总之，INSAR是一种利用SAR技术进行干涉处理的方法，可以用于监测地壳运动、地震、火山活动、水资源管理等领域。
它的原理是通过比较两个不同时刻的SAR图像的相位差来推测地表的形变情况。
InSAR技术及其应用介绍
182019年第3期卫星应用InSAR 技术及其应用介绍文 | 闫永奇 北京东方至远科技股份有限公司一、引言随着我国城市化进程不断推进、城市规模不断扩大，城市安全面临的问题也日渐增多。
其中，城市地质灾害的发生给人们的经济、生活带来了颇为严重的灾害，而绝大多数地质灾害是由于地表形变导致的地面沉降，这些灾害目前已成为影响区域经济和社会可持续发展的重要因素。
合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术是近年来随着雷达卫星的发展而产生的对地形变监测行之有效的新技术，在城市安全方面取得了较为突出的进展。
二、InSAR 技术原理介绍1.InSAR 技术原理在地质灾害安全隐患监测方面，以往普遍采用传统测量手段，主要包括两类：一类是接触式测量，包括水准仪、倾斜仪、GPS、无线传感器等。
此类方法测量精度高、年形变监测误差可达毫米级甚至亚毫米级，但其需要在监测区内布设测点，而一些危险区很难实施布设，同时，只能观测离散点，且存在空间盲区，人力物力耗费量大，GPS 测量手段还会受到可视卫星数量限制；另一类是传统的非接触式测量，包括近景摄影、激光扫描等。
此类方法能实现面域数据获取，观测某些人为难以到达地方，但其极易受天气影响，有的甚至无法夜间成像。
因此，无论是接触式测量还是传统的非接触式测量，都存在各自的技术限制，无法满足当前的紧迫需求，无法同时实现对地面沉降风险场景进行全覆盖、长时间和高精度的形变监测。
19卫星应用2019年第3期InSAR 技术是将合成孔径雷达（SAR）置于卫星上，通过两副天线同时观测（单轨模式），或两次近平行的观测（重复轨道模式），对目标场景进行照射，获取地表同一景观的复图像对，其重访周期最高可达几天/次。
这项技术无需设置图1 SAR 卫星拍摄示意图地面观测站，仅需通过雷达卫星对地监测和数据获取分析，即可实现主动式、全天时、全天候数据获取，且单次监测范围可达成百至上千平方公里。
更重要的是，InSAR 技术投入成本相对较低，性价比极高（如图1）。
基于InSAR的滑坡形变探测及隐患识别研究以丹巴县城区为例
结合其他遥感技术和大数据分析手段，可以构建更加完善的地质灾害监测和 预警系统，为保障人类生命财产安全作出更大的贡献。
参考内容二
引言
滑坡是一种常见的自然灾害，具有突发性和破坏性强的特点。为了有效预防 滑坡灾害的发生，需要对滑坡隐患进行准确识别和实时监测。雷达遥感技术作为 一种非接触、高精度的测量方法，在滑坡隐患识别与形变监测中具有广泛的应用 前景。本次演示将围绕雷达遥感滑坡隐患识别与形变监测展开讨论，旨在为相关 领域的研究和实践提供有益的参考。
技术为滑坡隐患的早期识别提供了新的可能性。本次演示以盈江县为例，探 讨如何利用InSAR技术进行滑坡隐患的早期识别。
二、InSAR技术及其在滑坡识别 中的应用
InSAR技术是一种利用雷达干涉测量原理获取高精度地形信息的遥感技术。 通过将同一地区不同时间获取的雷达图像进行干涉，可以获取地形形变信息。这 种技术对于滑坡等地质灾害的监测具有独特优势。当滑坡发生时，会导致地形形 变，通过InSAR技术可以捕捉到这种微小的形变。
形变监测方面，主要采用GPS、InSAR等技术对滑坡体进行高精度、高频率的 监测。首先，布设监测站点，并使用GPS设备获取滑坡体的位置信息。然后，通 过数据处理和分析，提取出滑坡体的形变信息。最后，构建预警模型，对滑坡体 的形变进行实时监测和预警。
实验结果与分析
通过实验验证，本次演示所提出的雷达遥感滑坡隐患识别方法在准确率和效 率上均表现出较好的性能。实验结果表明，该方法能够有效地识别出滑坡隐患区 域，为预防滑坡灾害提供了有价值的参考信息。
在形变监测方面，通过对实际滑坡体的监测数据进行分析和处理，本次演示 所采用的方法也能够实现高精度的形变监测。实验结果表明，该方法能够有效地 监测到滑坡体的微小形变，为预警和预防滑坡灾害提供了有力的支持。
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文章编号: 049420911 (2001) 0820010203
中图分类号: T P7 文献标识码: B
InSAR 技术及其应用中的若干问题
刘国祥, 刘文熙, 黄丁发
(西南交通大学 土木工程学院 测量工程系, 四川 成都 610031)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2001 年 第 8 期 测 绘 通 报 11
InSAR Technology and Its Key Problem s in Appl ica tion s
L IU Guo2x iang, L IU W en2x i, HU AN G D ing2fa
摘要: 合成孔径雷达干涉 ( InSA R ) 是近 10 年才发展起来的空间遥感新技术。简要介绍该技术的基本背景、相关数据处理和应用情 况, 重点分析在应用中仍存在的关键问题并指出当前研究的焦点。 关键词: 合成孔径雷达干涉 ( InSA R ) ; 技术背景; 应用; 问题
一、引 言
合成孔径雷达干涉 (Syn thetic A p ertu re R ada r In terfer2 om etry, 简称 InSA R ) 是新近发展起来的空间遥感技术, 它是 传统的 SA R 遥感技术与射电天文干涉技术相结合的产物。 机载或星载合成孔径雷达通过微波对地球表面主动成像, 既 记录地面分辨元的雷达后向散射强度信息, 也记录与斜距有 关的相位信息。通过对覆盖同一地区的 2 幅雷达图像的联合 处 理 提 取 相 位 差 图 即 干 涉 图, 可 建 立 数 字 高 程 模 型 (D EM ) [1]。 特别地, 多幅雷达图像的二次差分干涉相位图可 用于监测厘米级或更小的地球表面形变[2], 以揭示许多地球 物理现象, 如地震形变、火山运动、冰川漂移、地面下沉以及 山体滑坡等, 这种扩展的干涉技术被称为差分干涉 (D iffer2 en tia l InSA R , 简称D InSA R ) , 其高分辨率和连续空间覆盖特 征是已有监测方法如 GPS, VLB I 和 SL R 等所不具备的, 因 而 D InSA R 被认为是前所未有的极具潜力的空间对地观测 新技术。 近 10 年来, 一些欧美国家对 InSA R 理论和应用做 了大量的研究, 商业星载 SA R 干涉系统如欧空局的 ER S2 1 2、日本的 J ER S21 和加拿大的 RADA R SA T 21 等陆续升空 并获取了大量的 SA R 数据。 目前, 我国对 InSA R 这一新技 术的研究仍处于起步阶段, 对它的一些基本概念和国际应用 状况以及应用中仍存在的问题有必要做一些总结和介绍。
基于影像灰度视差和共线方程。具体来说, 雷达斜距差 ∆R 以
相位差 ∃< 来计算, 则斜距差可以子波长级的精度来确定, 结 合雷达基线数据和雷达系统参数并基于严格的三角几何关
系, 地表高程 h 可精确计算出来。因此, 相位差图即干涉图的
生成显得尤为重要, 设配准[5] 后的主、从影像的对应像素分
别以复数 c1 (i) 和 c2 (i) 表示, 则干涉图的像素值可以按下式 计算得到:
展, 最有意义的是基于多图像的差分干涉技术, 地球表面的 测数据和断层位错模型模拟的形变图, 干涉结果和模拟结果
微 小 形 变 可 以 通 过 二 次 差 分 干 涉 图 反 映 出 来, 1989 年, 极为相似, 显示了差分干涉测量形变场具有高分辨率、连续
Gab riel, Go ldstein 和 Zebker 3 人首次使用 D InSA R 技术大 空间覆盖的独特技术优势。
测量等惯用离散监测技术联合, D InSA R 技术用于高分辨
率、高精度地捕获各种地球物理现象引起的地表位移已表现
出了极大的潜力。 文献[ 3 ]对目前国际上的一些典型应用已
作了较为详尽的归纳和总结。干涉应用最普遍且最有效的是
测量地震形变场。世界上较为活跃的几个地震区已使用 D In2
SA R 技术对形变场成图, 如 1992 年美国 Ca lifo rn ia L anders
图 1 给出了建立数字高程模型的数据处理流程。
图 1 InSA R 处理流程 自 InSA R 技术问世以来, 它的理论和应用很快得到扩
收稿日期: 2001203221; 修回日期: 2001204226 基金项目: 测绘遥感信息工程国家重点实验室开放研究基金资助项目 (W KL (00) 0103) 作者简介: 刘国祥 (19682) , 男, 湖南临澧人, 讲师, 在读博士生, 主要从事 InSA R 研究。
范围地监测到了地表变形, 精度可达毫米级[2], 首次展示了 差分干涉技术的显著优越性和巨大发展潜力。这里以星载干
涉系统为例说明 D InSA R 的实质和数据处理流程。 设卫星 SA R 对同一地区先后 2 次成像的时间间隔内, 地表发生了形 变, 则从这两个复数图像提取的干涉图不仅包含因地形起伏 引起的干涉相位, 而且还包含因地表位移引起的干涉相位, 为了获得形变信息, 必须将地形干涉相位去除掉, 这一过程 体现了二次差分的思想。图 2 给出了具体数据处理流程。去 除地形相位需借助于 D EM , 而 D EM 的来源有两种: ①前已 述及的基于两个雷达图像的干涉方法建立; ②已有的外部 D EM 。 故差分干涉方法可归结为两类[3]: ①使用多图像的多 通方法; ②使用外部 D EM 的两通方法。
实际上, 除了广泛应用于 D EM 建立和制图外, 目前, 干 涉应用最多的是探测大范围的地表形变, 近来, 与 GPS, 水准
电离常数不同) 而引入不同的相位延迟。 对于星载重复单天 线干涉系统来说, 由于地表分辨元内部结构不可能保持不 变, 如植被的生长、土壤湿度变化等都会导致分辨元内部的 附加相位延迟变化, 因此, 这种附加相位的随机性噪声在相 位差分 (如公式 (1) ) 时难以抵消, 也就是所说的相位时间失 相关。 研究表明, 使用长波段的 J ER S21 SA R 系统 (L 波段, 23. 5 cm ) 比 使 用 短 波 段 的 ER S21 2 SA R 系 统 (C 波 段, 5. 7 cm ) 更能稳健地保持相位的时间相关性, 尤其是对植被 覆盖区域[2～ 4, 6]。目前, 监测缓慢累积的形变 (如沉降场、火山 和地壳等的显著形变一般在年级尺度上) 具有较低的成功 率, 这是因为长时间间隔干涉图的相关性一般难以保Байду номын сангаас, 而 突发性的形变 (如地震) 容易监测, 这是因为短时间间隔干涉 图的相关性容易保证, 这就是当前干涉应用最普遍且最有效 的是地震形变场探测的主要原因。
相位解缠
Im age 1
Im age 2
干涉图 (含 地形、形变)
差分干涉图 (仅含形变)
形 变 图
四、关键问题
InSA R 主要是针对雷达相位信号处理, 然而, 相位信号 却受到两大因素的影响: 由失相关引入相位噪声[2] 和雷达成 像时不同的大气条件引入相位延迟 [ 7 ]。过多的相位噪声不仅 大大地降低了干涉结果的可靠性, 而且致使干涉相位解缠难 以执行; 对某些地区来说, 现有干涉系统很难获得有效的干 涉数据集[4]; 对于多通单天线干涉系统来说, 空间和时间尺 度上的大气条件变化会引入相位延迟, 致使干涉结果受到显 著影响。 根据 Saa stam o inen 模型模拟[7], 相对湿度的变化影 响最大, 温度和气压变化的影响相对小些, 在基线条件较差 的情况下, 气象延迟可导致 100 m 左右的高程误差或 10 cm 左右的形变误差。而这种影响很难去除[7], 目前, 一般使用多 干涉图的平滑处理方法来减弱大气的影响, 但这无疑是极不 经济的措施。
偏离 (相邻 2 次轨道间隔为几十米至 1 km 左右) 重复对该地
区成像 (称多通单天线系统)。1986 年, 美国 J PL 的 Zebker 等
人率先发表了他们使用 NA SA CV 990 机载 InSA R 系统 (使
用 C 波段) 对旧金山地区获取的 SA R 数据生成 D EM 的第
一个试验结果[1], 自此, InSA R 技术在理论和应用上得到了 深入发展。
关于 InSA R 和 D InSA R 的成像几何和基本原理, 文献
[3～ 5 ]已有较为详细的陈述。 实际上, 与摄影测量类似, In2 SA R 利用以一定间距分开的 2 个雷达分别对地表同一目标
探测以形成两条雷达视线 (即雷达斜距) , 即构成立体视觉的
前提条件。 但 InSA R 的地表 3 维重建不再像摄影测量那样
N
∑ G = c1 ( i) c32 ( i)
(1)
i
这里, (3 ) 表示复数共轭, N 表示滤波窗口像素总数, 复
数 G 的相位主值 <m 满足 0≤<m < 2Π, 显然, 直接差分相位观
测值存在整周模糊度, 为计算绝对斜距差, 需要确定相位模
糊度, 这一处理算法称为相位解缠 (Pha se U nw rapp ing) [3]。
二、InSAR 技术背景
1951 年, Ca rl W iley 首次发现多普勒频移现象能用来逻 辑地合成一个更大的孔径, 因而极大地改善了真实孔径的方 位向 (沿雷达飞行方向) 分辨率, 自此, 掀起了合成孔径雷达 理论和应用研究的热潮。 SA R 是能主动发射微波信号 (1～ 1 000 GH z的电磁波谱范围) 并接收、记录地面反射信号的成 像传感器。 在微波频率范围内, 雷达信号几乎不受云雨和白 昼的限制。 一般情况下, 机载系统使用以固定间距 (即基线) 分开的两个 SA R 同时采集信号, 即可获得两个不同视角且 覆盖同一区域的雷达图像 (称单通双天线系统) , 而星载系统 一般使用单天线采集信号, 对某一局部地区来说一次卫星通 过只能获得一幅图像, 卫星以一定的时间间隔和轻微的轨道