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1、独知行,2007年5月,InSAR技术现状及应用,山东科技大学地球信息科学与工程学院,Email:,内容提要,InSAR技术现状及应用,SAR及InSAR技术发展概况,SAR卫星的成像与处理,InSAR技术介绍,InSAR技术应用,相关研究现状与展望,SAR及InSAR技术发展概况,InSAR技术现状及应用,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar , SAR) 是一种主动式微波成像传感器。它与光学传感器相比有很多优点，如全天候、全天时地获取资料，并对一些地物有穿透性等特点，这使得SAR技术在国土测量、军事侦察、地形测绘、水文观测、环境监测、资源勘探等多种领域中获得了越来
2、越广泛的应用。,1957年， Carl Wiley 首次提出 SAR 的概念 利用成像系统的与目标间的相对运动，对物体多次成像，利用数据处理方法将多图象“合成”为一幅图象，等同于将天线的孔径“放大”,20世纪90年代，SAR技术得到发展迅猛 欧洲空间局（ESA）1991年7月17日发射的ERS-1（C波段，VV极化）和1995年4月21日发射的ERS-2（C波段，VV极化）；日本空间局（Japan Spatial Agency）于1992年2月发射的JERS-1（L波段，HH极化）等。加拿大空间局（Canadian Spatial Agency）于1995年11月4日发射了RADARSAT（C
3、波段，HH极化）,SAR及InSAR技术发展概况,InSAR技术现状及应用,合成孔径雷达干涉(Interferometric SAR, InSAR) InSAR利用甚短基线（一般为几十米至一千米），通过相邻航线上观测所得同一地区两幅SAR影像的相位差来获取高程资料，得到数字高程模型（Digital Elevation Model ，DEM），从而得到目标点的三维坐标 。,1974年， Graham首次提出 InSAR 的方法 利用干涉的方法处理SAR图像，证实采用干涉SAR系统可以实现地形（高程）测绘。成功地利用机载X波段双天线SAR，通过InSAR技术得到了等高线图。,Zebker和Gold
4、stein于1986年在飞机上安装了相距11.1m的两个SAR天线，利用机载侧视雷达进行地表观测的应用研究，获得了均方根误差为210m的研究结果。1988年Goldstein等利用相隔3天的SAR资料进行干涉处理，产生了地形图，与公开发表的美国地理测绘图（US Geological Survey maps）相符性很好。 1991年欧洲空间局成功发射ERS-1以来，利用ERS-1 SAR重复轨道资料对SAR干涉测量的局限性和应用进行了试验研究。1995年4月ERS-2发射后，由于ERS-1和ERS-2轨道距离很近，它们的SAR资料具有相隔仅一天的优点，星载干涉测量得到了更广泛的应用,SAR卫星的
5、成像与处理,InSAR技术现状及应用,SAR成像处理方法 距离多普勒（RD）算法 波数域算法及Chirp Scaling（CS）算法,SAR成像处理流程图,InSAR技术,InSAR技术现状及应用,InSAR (Interferometric SAR) SAR的干涉模式。它将同一观测区域具有一定视角差和相关性的两幅SAR单视复数图像，经干涉处理后检测出相位差，按照一定几何关系进行变换，进而获得观测区域的地形高度。,Interferometry 1801年， Thomas Young 双狭缝光干涉实验,InSAR = SAR + 干涉技术,InSAR技术,InSAR技术现状及应用,基本原理,侧视
6、雷达： A1， A2 基线：B， 基线倾角：,SAR 信号传播示意图,SAR侧视扫描示意图,InSAR技术,InSAR技术现状及应用,数据处理,（1）图像配准 （2）干涉图像形成 （3）平地相位去除 （4）相位解缠 （5）基线确定 （6）数字高程模型（DEM）建立,InSAR技术,InSAR技术现状及应用,数据处理流程图,InSAR技术,InSAR技术现状及应用,差分雷达干涉(Differential InSAR, D-InSAR ),D-InSAR是对两幅以上干涉图或对一幅干涉图加一幅地面数字高程模型（DEM）图进行再处理的一种技术，它可以有效地去掉地形、轨道基线距离等对相位的影响，使所要探
7、测的信息更加清晰，精度更高。主要用于监测地表形变 。,InSAR技术应用,InSAR技术现状及应用,强地震形变场,1992年6月28日California Landers 地区 M7.3 地震,InSAR技术应用,InSAR技术现状及应用,火山形变场,Hawaii Kilauea火山运动形变,D-InSAR技术的主要热点领域,地震监测(1),目前，干涉应用最多的是探测大范围的地表形变，与GPS，水准测量等惯用离散监测技术联合，D-InSAR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,表现出了极大的潜力。 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
8、用D-InSAR技术对形变场成图，如1992年美国CaliforniaLanders地区的M=7.3级地震，1993年美国CaliforniaEurekaVal-ley地区的M=6.1级地震，1994年美国CaliforniaNorthridge地区的M=6.7级地震等。 利用地面观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极为相似，显示了差分干涉测量形变场具有高分辨率、连续空间覆盖的独特技术优势。,D-InSAR技术的主要热点领域,地震监测(2),D-InSAR技术的主要热点领域,城市地表沉降观测 （1）,城市地表下沉是一个世界性的难题，全世界很多城市都在因为各种原因而存在地表下沉
9、的危害，对于均匀的地表下沉不会对建筑物或城市基础设施产生大的影响，但是不均匀的地面下沉会严重的威胁城市建筑和公路桥梁的安全。 目前监测城市地表变形的方法一般是GPS阵列测量和高等级水准测量，这种测量方法有两个缺点，其一，耗费的人员和资金都是巨大的，而且需要长期维护GPS和水准监测点；其二，只能获得离散点的下沉量，无法在宏观上把握下沉的趋势和范围。使用D-InSAR技术可以有效的克服上述缺陷,D-InSAR技术的主要热点领域,城市地表沉降观测 （2）,三峡地区滑坡和山体移动监测,将D-InSAR技术与GPS及其它常规大地测量技术结合，可以进行三峡地区的地面运动，包括地震形变、大型滑坡及库盆沉降的
10、研究。由于地形原因，实际上该地区用GPS及其它方法布网观测是相当困难的，且成本很高，而D-InSAR技术则可以弥补其不足，并能更直观地提供形变的全貌。 但是就目前的研究结果而言，由于三峡地区植被丰富，地形起伏大，使雷达影像数据产生严重的不相关，并且发生强烈的叠掩现象，很不利于干涉图像的相位解缠。而且由于峡谷断面产生大量的角反射效应，使得去除噪声的工作量也非常的繁重。欧空局和NPA等一些研究机构使用角反射器来监测山体变形和控制SAR图像中的噪声收到了很好的效果。,D-InSAR技术的主要热点领域,南北极冰川移动的监测,对南北极冰川的研究很早就已经开始了，冰川和冰盖的融化以及它们所带来的全球气候的
11、影响是环境科学家迫切关心的问题，由于极地的恶劣环境和气候，使得用星载SAR来研究冰盖和冰川的变得非常重要和有意义。 已有的研究表明，冰山对气温的敏感程度很高，随着季节的变化，冰山的融化和移动是很明显的，而冰盖的变化则相对稳定。星载SAR干涉在极地研究中有两个主要的用途，其一是使用干涉SAR获取高精度的地形数据；其二是利用差分干涉SAR测量冰盖的缓慢漂移评估其他的一些变化 。,相关研究现状与展望,InSAR技术现状及应用,近几年和计划要发射的一些SAR系统,一、ASAR (ESA，2001年发射) 系统参数： 卫星ENVISAT轨道高度：799.8 km 轨道重复周期：3天，35天 极化方式：H
12、H和 VV 单波段数据：C 波段 水平分辨率：多分辨率 影像幅宽：100 405 km,相关研究现状与展望,InSAR技术现状及应用,二、 LightSAR (NASA/JPL，2002年发射) 系统参数： 卫星轨道高度：800 km 轨道重复周期：1天 极化方式：HH, HV, VH和 VV 多波段数据：L/C/X 波段 水平分辨率：25 m 特点：重量轻、花费低(包括发射卫星和维护系统),三、 加拿大RADARSAT-2 SAR系统 类似于RADARSAT-1，二者构成联合(Tandem)飞行方式,国外主要的InSAR研究机构,美国阿拉斯加大学 (ASF) 荷兰DELF大学 欧空局(ESA
13、) 德国地学研究中心(GFZ) 英国NPA研究机构 美国喷气动力研究室(JPL),有关InSAR的一些网址汇编,http:/www.asf.alaska.edu/index.html http:/www.deos.tudelft.nl/general/software(下载doris-v3.6.tar软件；注册成为其用户，register,doris_users_requestgeos2.geo.tudelft.hml) http:/www.uaf.edu/ http:/www.sandia.gov/radar/sar.html http:/isis.dlr.de/XSAR/Welcome.h
14、tml http:/www.ucalgary.ca/moorman/InSAR.html http:/earth.esa.int/services/stbx/ http:/www.npagroup.co.uk/insar/ http:/alphabits.jpl.nasa.gov/SAR/ http:/www.jlgis.cuhk.edu.hk/ http:/www.isprs.org/index_ie.html http:/envisat.esa.int/,选择购买图幅的软件网址（欧空局主页）：earth.esa.int/services/descw/download, install 选择购买earthview的软件网址: www.atlantis- 所用数据通常为ERS-2 , ENVISAT卫星数据,欢迎批评指正,谢 谢！,
