合成孔径雷达技术介绍ppt课件.ppt
合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术简介,署名,新技术简介及原理,合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是一种将合成孔径雷达(SAR)复型雷达数据中的相位信息提取出来，进行干涉处理以精确确定地球表面三维信息的技术。是一种新的空间对地观测技术，利用合成孔径雷达(SAR)的相位信息提取地表三维信息和高程变化信息，可以监测地球表面和冰雪表面的微小变化，InSAR技术探测地球表面位移变化的精度可达到厘米量级。相对于传统的空间遥感方式,合成孔径雷达具有全天时、全天候、高分辨率等突出的优点，不仅是传统空间遥感和摄影测量方法的有效补充，而且开拓了全新的观测方式和应用领域，成为未来三维测图与区域地形形变监测领域最具潜力的新技术之一。,InSAR是一个多重嵌套的缩写词,翻译为合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar)雷达(Radar)是无线电探测与测距(Radio Dctection and Ranging)的缩写,起初只有真实孔径雷达,后来发展成为合成孔径雷达(SynthetieAPertureRadar,SAR),再后来有干涉雷达(InterferometricSAR,InSAR)技术,最后发展为差分合成孔径雷达干涉(Differential InSAR)测量技术这些词语的嵌套关系实际上反映了InSAR技术逐步发展的过程,利用SAR获取同一区域不同时间的单视复数(SLC)影像，同一目标对应的两个回波信号之间产生了相位差，利用两次观测位置与观测目标之间的几何关系，可以得到被称为干涉图(interferogram)的相位差影像，再结合传感器参数和观测平台的轨道参数就可以获得地面高精度、高分辨率的高程信息。,图2.1是重复轨道InSAR观测的几何关系图,S1和S2是雷达卫星获取主辅图像时传感器的位置,B为基线距离,为基线B与水平方向夹角,为主影像入射角,H为主传感器相对于地面的高度,R1和R2分别为主辅影像的斜距,P是地面的目标点,其高程为h,Po是P在参考平面上等斜距点,原理,应用范围,并且合成孔径雷达干涉测量技术在我国有着极大的潜在应用市场：如对于西部的一些常规地面测量手段难以进行地形图测绘与更新的地区，InSAR技术可能是唯一可行的解决方案；对于大型的库区及周边的地表变形监测，用常规水准测量方法来实施测量是非常困难的，即便是采用先进的GPS技术，进行大面积的连续监测也十分困难，而合成孔径雷达干涉测量技术则可能是解决这些问题的有效途径。另外，城市的地面沉降问题和地震带和矿区的生产安全监控等，都是合成孔径雷达干涉测量大有前景的应用领域。,基于多幅雷达图像的二次差分处理的差分干涉雷达可大规模地监测毫米级表面形变,如地震形变、火山运动、冰川漂移、地面下沉以及山体滑坡等等,其高分辨率和连续空间覆盖的特征是己有监测方法如GPS、SLR等所不具备的,在常规D一InSAR技术中，要从包含形变信息的干涉相位中提取形变信息，需要从千涉相位中去除地形相位。根据去除地形相位采用的数据量和处理方法的不同，可将其分为二轨法、三轨法和四轨法,使用两个雷达图像和一个外部数字高程模型，称为“ 二轨”方法。二轨法首先利用一对跨越形变期的SAR图像进行干涉处理，得到包含形变信息的干涉相位，然后用观测区域已知的数字高程模型(DEM)和SAR图像成像参数反演干涉相位。在“2轨法”差分中，地形误差对差分相位的影响主要取决于外部DEM的精度。,工作流程,工作流程,地图测绘：利用传统测绘方法测图不仅费时费力，而且高程精度不高。利用InSAR技术可以解决这一问题，现在利用InSAR技术在平坦地区可以取得2m左右的高程精度，地形起伏较大的地区高程精度可以达到5m左右，完全可以满足实际需要,InSAR提取的DEM每个干涉条纹代表160m高程,应用实例,海洋应用：利用InSAR可以测量海浪方向和海表面流速，还可测量海面高度，进而计算海浪高度，此外，InSAR还可用于舰船监测、海岸线的动态监测。,地球动力学应用：InSAR技术在地球动力学方面的应用最令人瞩目，主要包括以下几个方面,1、地震形变研究，包括同震、震间、震后的机理研究。主要利用InSAR技术获取同震位移和震后形变，分析由于地震的主震所造成的地表形变，结合形变模型模拟结果，分析形变场，推算震源参数，解释发震机理，从而分析地震周期及演化过程。,汶川地震（2008）,2、火山的下陷与抬升研究通过对火山的运动规律分析，进行火山爆发的预测研究，目前研究人员已成功地利用InSAR技术研究了大量火山形变情况。主要包括意大利的Etna火山、美国夏威夷的火奴鲁鲁美国阿拉斯加州的几个活火山、冰岛的断裂火山、日本伊豆半岛火山、美国黄石国家公园活动的火山口等。,意大利Etna火山,美国 夏威夷火山,3、冰川研究：通过InSAR技术获取完整的、高分辨率的、高精度的地形数据，并测量冰流和其他变化。GoldStein（1993）首次在没有控制点的情况下直接测得冰流速度开始，研究人员利用InSAR技术从冰川变形、冰流速度、温带冰川以及冰川学应用等多个方面对冰川进行全面系统的研究。,InSAR技术监测南极冰川运动,4、细微地形变化，主要包括滑坡、地面沉降等地表形变。与前面的地震、火山形变不同，这种地面沉降一般为缓慢，时间跨度数年，因此时间去相干及大气影响成为限制InSAR应用于地面沉降的主要因素。,InSAR技术监测地下采矿引起的地表沉降,参考文献,INSAR原理_技术及应用InSAR技术及其在地表形变监测中的应用研究利用InSAR技术监测城市地表沉降研究_张长书影响InSAR技术应用的因素及其最新发展InSAR技术用于矿区大量级塌陷监测研究InSAR技术及其在大地测量与空间地球动力学中的应用研究_乔书波,
