InSAR技术在地表形变监测中的应用

2016-04-14何杨杨柳

地球 2016年2期

关键词：滑坡体天线雷达

■何杨杨柳

（1长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710064；2洛南县环保局环境监测站陕西洛南726100）

InSAR技术在地表形变监测中的应用

■何杨1杨柳2

（1长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710064；2洛南县环保局环境监测站陕西洛南726100）

InSAR技术是近年来发展起来并逐渐得到重视的一种，对地表形变进行监测的新方法。随着InSAR技术的逐渐成熟及新一代星载系统的发射，其图像分辨率和产品精度仍会继续得到提高。由于其在地表形变监测中最高可以达到毫米级的精度，所以目前应用范围及其广泛。主要涉及到地壳变形、地震监测和震后形变测量、火山运动、地面下沉以及冰川漂移等方面。本文主要介绍InSAR的基本原理、发展及其特点。

地表形变InSAR监测

0　引言

地表形变所引发的各种地质灾害已成为国内外普遍关心的问题之一[1]。随着地表形变探测技术的发展，InSAR技术在用于地表形变时，具有高形变敏感度、空间分辨率高，几乎不受云雨天气的限制，同时综合了遥感等一系列突出的技术优势，因此，InSAR技术在研究地表形变方面表现出极好的应用前景，在实地监测中表现出很大的优势[2]。

1　 InSAR基本原理与方法流程

1.1InSAR基本原理

通过两副天线同时对地观测，或者通过一副天线两次对同一地面目标进行重复观测，从而获取同一地区的两幅复数影像。这样的两幅复数影像由于具有相位差，因而可以形成雷达干涉图，人们可以通过测定相位差的方式测定地面目标的高程[3]。一般地，现在人们使用三种雷达干涉模式，即交叉轨道干涉测量方式，重复轨道干涉测量模式和沿轨道干涉测量方式[4]。

1.1.1交叉轨道雷达干涉测量

交叉轨道雷达干涉测量是在同一飞行平台上安装两副雷达天线，其中一副雷达天线发射电磁波信号，两副天线都接收从地面反射的信号，两副天线连线与飞行的方向保持垂直。同一目标的相位差就代表了地面目标至两副天线的距离差，而距离差的大小与该地面点的高程有关。因此，通过处理这些相位差即可以获得地面点的高程。

1.1.2单天线重复轨道雷达干涉测量

单天线重复轨道雷达干涉测量是采用同样的一副天线，在两个不同的轨道上对同一地区进行重复飞行测量而获取的具有重叠的雷达影像。一般地，星载的侧视雷达通常都采用这种模式。

1.1.3沿轨道干涉测量

沿轨道干涉测量又可以称为纵向(方位向)干涉测量。这种方法目前只被用于机载干涉雷达测量系统中，星载的系统还在试验中。该方法是利用沿轨道，即方位向安置两副雷达天线同时发射和接收信号。

1.2InSAR方法流程

InSAR数据处理的主要目的之一是为了从雷达数据中提取地面目标的三维信息。一般地，合成孔径雷达数据处理的步骤包括：原始干涉雷达信号的处理、成像参数的归一化、影像的纠正和配准、干涉图的生成、噪声消除和滤波、基线估算、平地效应消除、相位解缠、高程计算和纠正(地理编码处理)等步骤。根据干涉合成孔径雷达的特点和不同的处理方法，其中的一些步骤可能需要经过迭代处理来逐渐精化和准确地改善处理结果。另外，在某些应用时，往往还需要一定数量的地面控制点来解算有关的参数[5]。

2　主要应用

2.1地面沉降

作为一种新兴的地面形变研究方法，InSAR技术在地面沉降监测方面发挥了愈来愈明显的作用，国内已有实例。李德仁等“利用欧空局ERS-1和ERS-2相隔1d的重复轨道SAR数据，经过差分处理对天津市地面沉降进行研究，得到反应地面沉降大小及分布的干涉条纹图。与1995～1997年重复水准测量求得的地面沉降等值线图比较，具明显的一致性和相似性。

2.2滑坡

Fruneau等通过法国阿尔卑斯地区滑坡体研究，首次证实用雷达差分干涉测量确定中等滑移速率(每天数cm)、滑坡体运移场的能力。Rott等指出，如果环境条件在较长时间跨度内保持一致，用该技术可以观测到每年以数cm速度运移的滑坡体运动。Vietmeier等则对法国南部阿尔卑斯La Valette附近的滑坡体研究，也显示了用该方法确定中等滑移速率、滑坡体运移场绝对值的能力。

2.3地震形变

此项是InSAR技术在地面形变研究中较早应用的领域之一。Massonnet等率先将InSAR技术引入到地震形变测量中，即利用间隔几个月的欧洲遥感卫星ESR-1 SAR图像测量美国Landers地震的同震形变场，获得了反映该形变场的干涉纹图，与野外观测到的断距、地表形变及弹性位错模型结果吻合，验证了InSAR技术测量同震形变的能力，推动了该技术在地震形变研究中的应用。此后该技术在地震监测中得到了逐步发展。

2.4冰川运动

Goldstein等(1993)最先将雷达干涉技术引入冰川运移研究中。由干涉条纹计算出冰川表对于灾情的掌握及灾害范围的评估有很大作用。利用InSAR技术对冰川的监测，主要是通过对同一区域不同时间的影像数据进行干涉成像，然后对干涉像对上的信息进行分析，既而得到相应的分析结论。