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1、微波原理与应用学 院： 地球科学与环境工程学院 报告名称： DInSAR 技术应用 专业班级： 12 级测绘一班 学 号： 20123155 姓 名: 包建强 指导老师： 张 瑞 老师 2014 年 12 月 18 日 2目录DInSAR 技术应用 .3一 实验目的 .3二 实验原理 .32.1 概论 .32.2 D-InSAR 差分干涉测量的原理 .42.3 DInSAR 技术流程 .52.3 数据来源 .6三 实验过程 .63.1 基线估算 .63.2 干涉图生成 .73.3 自适应滤波及相干性生成 .83.4 相位解缠 .103.5 轨道精炼和重去平 .113.6 形变图生成 .13四
2、实验结果 .144.1 实验结果输出 .144.2 结果分析 .15五 感想和体会 .163DInSAR 技术应用摘 要:介绍了差分干涉测量的原理以及用 SARscape 软件运用 DInSAR 技术处理地形形变的流程和方法。利用合成孔径雷达差分干涉(DInSAR)测量技术 2003年 12 月 26 日伊朗 Bam6.5 级地震引起的地表形变场进行了测量试验, 成功地获取了 Bam 地震的蝴蝶状的同震形变场,并且根据相干图确定了地震造成破坏最严重的区域的位置、分布及面积。试验证明 DInSAR 技术是地表形变测量和地震研究的一个强大和有效的工具。 关键词:差分干涉测量 ;合成孔径雷达 ;地表
3、形变;相干图 ;伊朗 Bam 地震一 实验目的1. 掌握差分干涉测量技术（DInSAR ）的基本原理；2. 掌握差分干涉测量技术（DInSAR ）具体实现流程；3. 根据已有数据，学习 D-InSAR 的操作，并对结果进行分析。4. 了解和掌握 SARscape 处理数据的过程；5. 了解 SARscape 报错的原因和处理办法。二 实验原理2.1 概论合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是 20 世纪 90 年代发展起来的一项空间对地观测新技术，主要应用于地形测绘及地表形变的监测。特别是差分干涉测量(DInSAR)技术应用于地表形变的监测,其精度可以达到厘米级甚至是毫米级。目前 DInSA
4、R 的应用主要集中在地震同震形变场的监测、火山形变的监测、冰川运动的监测、地面沉降的监测等领域。在国外,DInSAR 技术在地震形变监测方面已经有许多成功的应用案例。1989年 Gabriel 等首次论证了 D-InSAR 技术可用于探测厘米级的地表形变,利用SeasatL 波段 SAR 数据测量了美国加利福尼亚州东南部的 ImperialValley 灌溉区的地表形 变;1993 年 Massonnet 等人首先利用 ERS-1SAR 数据获取了 1992 年美国 Landers 地震(M=7.2)的同震形变场,并将测量结果与野外断层滑动测量结果、GPS 位移观测结果以及弹性位错模型进行比较
5、, 结果相当吻合 ,研究成果发表在Nature上, 引起了国际地震界震惊。此后,D2InSAR 在地球表面的形变场探测方面的研究在世界各国普遍地开展起来。 1994 年,Zebker 等应用 D-InSAR 方法获得了类似的结果。随后一些学者又利用 InSAR 技术对日本 HyogokenNanbu 地震、美国加利福尼亚的4Northridge 地震、意大利 Colfiorito 地震、智利 Antofa2 gasta 地震、日本的Kyushu 地震等进行了监测。我国学者在地壳形变与地震上也取得一些成果: 2000 年王超等利用星载 ERS-1/2SAR 雷达数据基于 DInSAR 技术首次提
6、取了 1998 年我国张北尚义 6.2 级地震的同震形变场;2002 年单新建等利用 D-InSAR 技术进一步分析了张北 尚义地震震源破裂的特征;张景发等应用 1996 年 5 月到 1998 年 4 月间的 5 景 ERS-1/2SAR 数据,组成两个差分像对提取了 1997 年 11 月 9 日西藏玛尼里氏 7.4 级地震的同震形变场。2.2 D-InSAR 差分干涉测量的原理雷达干涉测量生成的干涉条纹图的相位贡献主要有五项,可用公式表示为=topography+displacement+atmosphere+flat+noise (1)其中,topography 为地形因素贡献的相位
7、;displacement 是由地表形变引起的相位;atmosphere 是由大气效应产生的 相位;flat 是由参考平面引起的相位;noise 是由噪声引起的相位。要想获得由地表形变引起的精确的相位displacement,就要消除上面公式右边的其余四项的影响。参考平面引起的相位 flat 是通过去平地效应消除 ;噪声引起的相位 noise 是通过干涉条纹图的滤波加以消除;大气效应产生的相位 atmosphere 而产生的误差一般都很小,与地震造成的地表形变相比可以不用考虑,或者也可以跟噪声引起的相位一起用滤波的方法去除。要获取地表的形变信息,必须要去除观测区域的地形信息 topograph
8、y 。目前主要有三种方法可以去除地形因素的影响527 。一是利用两幅 SAR 图像,采用其它的 DEM 数据,基于已有的成像参数模拟干涉条纹图,从而达到去除地形因素的效果,一般称之 为“双轨法”(two2pass); 二是利用三幅 SAR 图像,采用干涉的方法去除地形的影响,一般称之为“三轨 法”(three2pass);三是利用四幅 SAR图像,采用干涉的方法去除地形的影响,一般称之为“四轨法”(four2pass)。双轨法是由 Massonnet 等首先提出的。它是利用试验区地表变化前后的两幅 SAR 图像生成干涉条纹图 ,再利用事先获取的 DEM 数据模拟干涉条纹图, 从干涉条纹图中去除
9、地形信息就得到地表的形变信息。这种方法的优点是 DEM 和满足干涉的两幅 SAR 图像比较容易获取 ,缺点是如果选取的 DEM 精度不高、干涉对的基线过长,DEM 的误差会传递到最终的形变结果中,影响监测的精度。另外其数据处理的算法也相对比较复杂。1994 年 Zebker 提出了三轨法,其几何关系如图 1 所示。它利用三幅 SAR 图像进行差分干涉测量,生成两幅干涉条纹图,一幅为形变干涉对(de2fo2pair), 反映地表形变信息和地形信息,一幅为地形干涉对(topo2pair),反映地形信息。进行平地相 位消除后,分别进行相位解缠,得到 f1 、 f2,最后利用差分干涉测量的公式计算得到
10、雷达视线方向上的形变量 Rd：5其中,B、B分别为 defo2pair 和 topo2pair 干涉对的垂直基线;f1 、f2 分别为 defo2pair 和 topo2pair 干涉对的解缠相位; 为雷达波长。根据上式, 为了减少误差的影响,一般地在选取干涉对时要求 BB 。图 2.2-1 三轨差分干涉几在上图中,在 A1、A2 获取的影像组成 defo2pair 干涉对,在 A1、A3 获取的影像组成 topo2pair 干涉对。三轨法比双轨法的优势在于不需要额外的 DEM,但需要同一传感器获取的三幅影像。由于所生成的两个干涉对共用一幅影像,因此在数据处理方面也要简单一些, 干涉图之间的配准也相对简单一些。该方法的缺点是相位解缠的好坏将直接影响最终的结果,
