04-D-InSAR及其数据处理

何敏什么是DInSARDifferentialIntereferometricSAR——DInSARDInSAR技术：利用同一地区的2幅干涉图像，对其进行差分处理(除去地球曲面、地形起伏影响)，从而获取地表微量形变的测量技术。2幅干涉图：一幅是通过形变事件前的2幅SAR获取的干涉图，也可通过已有DEM进行反演另一幅是通过形变事件前和形变事件后的2幅SAR图像获取的干涉图DInSAR与水准测量和GPS比较测量方式经典精密水准GPSD-InSAR沉降信息量点、线点、线点、线、面精度毫米毫米亚毫米、毫米周期/速度长/慢较短/快短/快作业条件根据天气全天候全天候成本高较高低数据处理慢快快D-InSAR与常规水准测量及GPS测量的比较DInSAR监测地表形变:原理地表形变能导致雷达视线（LOS）向的距离变化;雷达视线（LOS）向的距离变化被记录于干涉相位中;分析干涉相位,从而获取地表形变。干涉相位的组成noiatmdeftopflatmψ2121)2(421mkAfractionofwavelength,observableinSAR/InSARDInSAR监测地表形变-先决条件应用DInSAR监测地表形变需满足如下条件应用合适的方法去除了地形相位的影响;大气相位足够的小,或是应用有效的方法得以消除;具有较小的相位噪声,i.e.,使得影像保持相干性;noiatmdeftopflatmψ21DInSAR形变监测的方法DInSAR的思想：应用卫星轨道或基线消除平地相位：应用干涉或外部DEM消除地形相位获取LOS方向的形变根据去除地形相位的不同，DInSAR方法有以下三种两通法（TwoPass）+DEM三通法（ThreePass）四通法（FourPass）topflatmdefk)2(flattop4defrLOS方向形变形变真实的形变量:ΔdDInSAR获取的形变量:ΔrSAR2SAR1HrdSurfaceatepoch2Surfaceatepoch1SAR1SAR2B两通法+DEM两通法SAR1：形变前SAR2：形变后用于差分的两幅干涉图“地形对”干涉图:根据成像几何和外部DEM模拟得到“形变+地形对”干涉图:SAR1vs.SAR2形变量:topdef,topsim,()4topdeftopsim三通法SAR1SAR3SAR2三通SAR1,SAR2：形变前SAR3：形变后用于差分的干涉图“地形对”干涉图:SAR1vs.SAR2“形变+地形对”干涉图:SAR1vs.SAR3形变量:topdeftop()4topdeftop四通法四通法SAR1,SAR2,SAR3：形变前SAR4：形变后用于差分的干涉图“地形对”干涉图:InSAR获取DEM(SAR1vs.SAR2)“形变+地形对”干涉图:SAR3vs.SAR4形变量:topdef,()4topdeftopsimSAR1SAR4SAR2SAR3,topsim三通法基本原理雷达回波信息在1A、2A天线处的相位差为在中，由于B，式中的2()可以忽略，从而有：设1A和2A是在地表未发形变前卫星瞬间对同一地区两次成像时的天线位置其中B是基线沿雷达视线方向的分量，故有：（1）（2）（3）三通法基本原理（续）设1A和3A是地表发生形变前后卫星两次成像时的天线位置（注意：两次干涉基线应大致相等，即2A和3A的位置大致相同），且在3A成像前，地表出现了微量形变d，d为地表微量形变引起的斜距向变化量，则扣除地球曲面影响后的干涉相位差可表示为如果在3A成像前，地表没有发生形变，则（4）（5）将式（5）与式（3）作比较，得（6）三通法基本原理（续）考虑到3A是在地表出现了微量形变d后成的像，所以根据式（4）可得：（7）由式（7）求出斜距向形变量d后，便可通过分解得到水平形变量和垂直形变量。def形变模糊度将2def代入式（7）则形变模糊度为：2d表示差分干涉图上一个相位周期2所代表的LOS方向形变量对于C波段雷达（波长为5.6cm），如果地面沿LOS发生2.8cm位移，差分干涉条纹图将变化一条整周条纹。因此，利用DInSAR可监测地表至少厘米级的地表形变量，当相位观测误差小于2.24弧度时，形变观测的理论精度就小于1cm而达到毫米级精度。多张SAR图像生成D－InSAR的示意图SLC-1SLC-2DEMSLC-3SLC-1差分干涉条纹用包含形变的干涉图减去该地区的DEM（发生形变）（不包含形变）（显示形变量）三通法作业流程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)火山监测（1）维苏威火山火山监测（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。假设匀速滑动滑动速度以彩色编码表示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。