合成孔徑雷達遙感新技術

摘 要：合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）是一種快速發展的大地測量技術，能夠全天候獲取高精度、連續覆蓋的地面高程和地表形變信息。InSAR已在地形測繪、全球環境變化、災害監測評估等相關領域得到了廣泛應用并取得了一系列成果。本文對包含有地質體微波散射特性以及雷達穿透成像性技術的綜述，并對多源數據融合技術在雷達遙感地質中的應用進行了分析與研究。

關鍵詞：合成孔徑雷達;遙感;地質應用

合成孔徑雷達干涉（synthetic aperture radar interferometry，InSAR）是正在發展中的極具潛力的微波遙感新技術，其誕生至今已近30年。起初，它主要應用于生成數字高程模型（DEM）和制圖，后來很快被擴展為差分干涉技術（differential InSAR，DInSAR）并應用于測量微小的地表形變。近20年來，InSAR已在地形測繪、全球環境變化（冰川消融、凍土退化、冰川漂移、極地冰層變化等）、災害監測評估（地震地殼形變、火山運動、山體滑坡、區域地面沉降等）、能源資源勘查（油氣田開采、礦藏資源開采、地下水抽采等）等相關領域得到了廣泛應用，并取得了一系列重要研究成果。高分辨率、多極化、多站、多星座組網SAR衛星系統的長足進展，新型機載SAR和地基 SAR系統的逐漸成熟，顯著增強了地形測繪和地表形變監測能力。

其中，災害監測評估直接關系著人們的安全，如何準備監測形變地區顯得尤為重要。合成孔徑雷達遙感技術能夠在最大程度下保證勘探結果的正確性，是現階段我國機構以及相關勘探隊伍使用的主要手段之一，并且成了現階段地質勘探手段中最重要的技術。

一、應用理論基礎

合成孔徑雷達使用衛星或飛機搭載的合成孔徑雷達系統，通過兩副天線同時觀測（單軌模式），或兩次近平行的觀測（重復軌道模式），獲取地面同一景觀的復影像對。由于目標與兩天線位置的幾何關系，在復圖像上產生了相位差，形成干涉紋圖。干涉紋圖中包含了斜距向上的點與兩天線位置之差的精確信息。根據復雷達圖像的相位差信息，利用傳感器高度、雷達波長、波束視向及天線基線距之間的幾何關系，通過影像處理、數據處理和幾何轉換等來提取地面目標地形的三維信息。而合成孔徑雷達差分干涉測量技術（D-INSAR）是以合成孔徑雷達復數據提取的相位信息為信息源，利用復雷達圖像的相位差信息來精確地測量出圖像上每一點的三維位置和提取地面自標微小地形變化或測量地表形變等。由于它可以穿過各種大氣云層，全天候、全天時獲取地面高程及形變信息，現已成為一種極具潛力的空間對地觀測技術。

二、遙感地質應用

合成孔徑雷達遙感技術的應用有一定的針對性，在這其中最主要的應用就是熱帶雨林地區以及部分的沙漠地區，在這些地區進行地質勘探作業，應用合成孔徑雷達遙感技術能夠提供有效的幫助，并且隨著技術的推廣已經能夠應用至絕大多數的地質勘探領域，在古河道的分步研究過程中合成孔徑雷達遙感技術也獲得了應用。相關的地質勘探學家在21世紀初就已經認識到合成孔徑雷達遙感技術在地質勘探過程中的重要性，并且應用至危地馬拉地區、伯利茲地區的地質勘探過程中，通過數據的計算獲得了大量的雷達成像記錄，在這其中發現了綠化面積超過1200km2的古河道，并且依照當地的氣候條件、古河道河流面積以及人口的預測計算，能夠推斷出該地區就是中美洲曾經最繁榮的農耕經濟地區，這種古文明的發現是十分具有影響力的;除此之外也有一波地質勘探學家曾經在撒哈拉沙漠內發現了類似的古文明遺址遺跡附近的古河道，雖然沙漠地區的氣候較為干旱，但是沙里的密度較為平均、沙粒的大小也處在同一水平線上，能夠作為經典的合成孔徑雷達遙感技術的試點區域，能夠有效地應用SAR技術進行地質體的勘探;除此之外對雷達成像的數據進行進一步的計算發現，撒哈拉沙漠地區的古文明遺址一共有一個，古河道的長度大約為900km，還有隱藏的雙環形火山口一個以及類似的火山結構1300余個，在相關的合成孔徑雷達遙感技術的幫助下能夠確認該地區地下河植被覆蓋情況，微波的發射以及反饋能夠通過雷達的成像很好地研究地質體的遺跡信息以及相關地質體結構，能夠憑借合成孔徑雷達自身的較高辨別精度對地下建筑的內部進行進一步的研究。

三、多源數據融合技術

曾經有中國學者在進行天山至北山的重要礦區遙感目調查的過程中，為了能夠保證雷達成像的真實性與準確性，為合成孔徑雷達技術中應用了空間紋理信息處理技術和多光譜影響成像技術，在這其中，雷達所探測得到的數據能夠轉化為科技含量較高的高視角四極化的產品，經過對各項探測數據的矯正分析過后能夠將地質探測的誤差控制在6m左右。除此之外通過合成孔徑雷達遙感技術中的融合成像技術能夠較為準確的進行地質紋理的分辨，同時還擁有較為豐富的地質巖石色調信息，從而實現更為精準化的地質信息解譯。

InSAR與不同類型的觀測數據融合，如InSAR 與GPS數據的融合，目前在時序InSAR中，對外部數據的應用主要是進行InSAR結果的檢驗、大氣校正等，InSAR與GPS數據的融合可以建立高精度、高分辨率的三維形變場，更重要的是我們需要研究InSAR與GPS數據在物理意義上的融合，也即InSAR與GPS數據如何在反演地震斷層及發震機理方面起到融合的作用。又如InSAR、GPS和重力資料的融合，可以從幾何和物理這兩個方面來研究質量遷移和地殼運動，反演地震斷層和地震參數，研究地殼和巖石圈在構造及深部應力場作用下的運動和變形情況，定量分析長期地震活動性和危險性區域。

現今，InSAR研究的國際合作日益加強，以中歐 “龍計劃”和歐盟“Terrafirma計劃”為代表的政府間 科技合作項目先后啟動，拓寬了InSAR技術的應用 領域，大大促進了SAR/InSAR技術在地形測繪、地震變形、冰川運動、城市沉降等方面的科學應用。而我國InSAR技術的發展與研究將主要集中在發展高分辨率、小型化衛星，力爭在具有干涉模式的星載SAR方面取得突破;進一步深化和拓展InSAR數據處理算法研究，以縮小與國際差距;進一步推廣InSAR技術用于地表形變監測和地形測繪等。

參考文獻

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[2]劉冬，鄭南山，王剛.基于GPS與D-InSAR融合技術的礦區沉降監測[J].城市勘測，2011（04）：96-98+102.

作者簡介：梁茹冰（1997—），女，漢族，河南許昌人，學生，工學碩士，單位：成都理工大學地球科學學院資源與環境遙感專業，研究方向：遙感技術與應用。