现代大地测量理论与技术试卷答案InSAR独知行.ppt

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:zhixingdu65@,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Goldstein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2~10m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,侧视雷达： A1， A2 基线：B， 基线倾角：ξ,,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：HH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) 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_request@geos2.geo.tudelft.hml) http://www.uaf.edu/ http://www.sandia.gov/radar/sar.html http://isis.dlr.de/XSAR/Welcome.html 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！,。