基于合成孔徑雷達差分干涉測量技術的礦區(qū)地面形變分析①

張文展

(新鄉(xiāng)航空工業(yè)(集團)有限公司,河南 新鄉(xiāng)453049)

0 引 言

20世紀60年代末,合成孔徑雷達干涉測量技術(InSAR)作為合成孔徑雷達(SAR)技術的一個新的應用領域發(fā)展起來,尢其是利用合成孔徑雷達的相位信息提取地表的三維信息和高程變化信息的一項技術。由其拓展的合成孔徑雷達差分干涉測量技術(D-InSAR)具有全天候、全天時、覆蓋范圍廣等特點,被廣泛應用于火山、地震形變、滑坡等監(jiān)測[1-4],但是,將該技術應用于煤礦開采地面形變監(jiān)測還處于初步研究階段[5],對其進行研究具有重要的理論和實際意義。利用雙軌法D-InSAR處理ENVISAT衛(wèi)星獲取4景覆蓋濟寧某礦區(qū)的先進的合成孔徑雷達(ASAR)數(shù)據(jù),分別獲取了濟寧某礦區(qū)的地面形變相位圖、差分干涉圖、沉降分布以及沉降面積等,并對該礦區(qū)地面形變進行了研究分析。

1 D-InSAR測量基本原理

圖1是差分干涉測量的成像幾何示意圖[6]。A1和A2是衛(wèi)星兩次同一地區(qū)成像的位(即天線的位置),R1和R2表示目標點P到天線A1和A2距離,其中,R2=R1+ΔR.天線A1和A2對目標點P的測量相位差為[7]

式中,λ為雷達信號的波長。

由圖1中的幾何關系模型和余弦定理可得:

圖1 差分干涉測量成像幾何示意圖

式中:B為天線A1和 A2之間的距離,稱為基線距;θ為雷達入射角;α為水平線與基線的夾角。通常 ΔR?R1,則式(2)可化簡為

式中,B∥是基線距沿雷達視線方向的分量。把式(3)代入式(1)可得:

在地表發(fā)生形變后,進行觀測獲取的相位差不但與地形有關,而且與沿雷達視線方向的形變量ΔRd有關。此時對目標點P的測量相位差為