04D-InSAR及其数据处理

1、何敏 Differential Intereferometric SARDInSAR 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DlnSAR与水准测量和GPS比较D-InSAR与常规水准测量及GPS测量的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

2、天候成本高较高低数据处理慢快快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。 Wcd 30+咖0+血0+沏0+切0二%-力十HVSUI/HVS 屮 oiqEAesqo 6qj§U0pAEM JO UOIJOUJJ V_ld -xd - dg4a?血=屮 一屮2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；nSAR形变监测的方法 DInSAR的思想0御二（血+ 2烁）一0购一血

3、卩Oflat :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! top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（Two Pass） + DEM 三通法（Three Pass）四通法（FourPass）OS方向形变形变真实的形变量：AdDInSAR获取的形变量：Ar两通法+ DEM两通法SARi:形变前SAR2 :形变后用于差分的两幅干涉图哋形对”干涉图：0“根据成像几何和外部DEM模拟得到“形变+地形对”干涉图：0如+孑幼SARi vs. SAR2形变量:top+defSAR2三通 SARi, SAR2 :形变前 sar3：形变

4、后 用于差分的干涉图 “地形对”干涉图：0切SARi vs. SAR2 “形变+地形对”干涉图SARi vs. SARq形变量：石（0切+阿-九SAR2SAR1SAR2SAR3四通法 SARi, SAR2, SAR3 :形变前 SAR4 :形变后用于差分的干涉图“地形对”干涉图:0切,咖InSAR获取DEM (SARi vs. SAR2)“形变+地形对”干涉图：阿SAR3 vs. SAR4形变量:rtop+defSAR2SAR3SAR4SAR1；SAR2SAR3三通法基本原理设4和A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雷达回波信息在A、A天线处的相位差为在（Q+迦）2 二

5、Q2+B2+2QEsm（QV） 屮，从而有:由于BD P ,式中的(Sp)2可以忽略,徑已 B sin(of- 8) = £|其中B是基线沿雳达视线方向的分量，故有:+ 6“BBp + 66h等，即4和4的位置大致相同），且在A?成像前，地表出现了微量形变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十涉相位差可表示为设4和4是地表发生形变前后卫星两次成像时的天线位置（注总：两次于涉基线应大致相三通法基本原理H如果在4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)II由式（7）求出斜距向形变量Aw后，便可通过分解得到水平形变量和垂直形变量。

6、形变模糊度将治=2兀代入式(7)则形变模糊度为:表示差分干涉图上一个相位周期2乃所代表的LOS方向形变量对于C波段雷达(波长为5.6 cm),如果地面沿LOS发生2.8 cm位移， 差分干涉条纹图将变化一条整周条纹。因此，利用DInSARiiJ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1 cm而达到毫米级精度。多张SAR图像生成D-InSAR的示意图用包含形变的干涉图减去该地区的DEMSLC-1（发生形变）SLC-3DEM（不包含形变）差分干涉条纹（显示形变量）三通法作业流程Dl nSARdO洒主要热点领域地震监测(i)目前，干涉应用最多的是

7、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-lnSAR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-lnSAR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。利用地而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

8、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-l nS AR 拓隔主要热点领城地震监测（2）w-.»七4 j *宀CH更J fJ_ 亠CibMImhIMiJ 2igj7kJL ir广 * /JX?-y岭七0r -C rH r jSF-J tAMi尸讥左J <-PKrCM血7奎Ldl m 八kmn彳rj J产i>3 ”u -?/£T 亠- m al，二"JTS5Sa'二次'些W Ai0FLJ512汶川地震形变场（ALOSPALSARUNSW,葛林林L波段），msNp2os102PXTE 102 30DME 1

9、03 OVE 103 300WE 1CM WE 104 30X)ME 1050XTE 105 30XFE 106 0BENlposFporLeNboeFQOroe Nxobos*DlnSAR p-occssing byCRCSI / UNSW / NSW LANDS. AustraliaALOS PALSARIncludes material Copvnght METI aid JAXA(2008|L1 1 product produced by EPSDAC. Japan102PXTE 102P0LE 103PWE 103 30XTE 104 0*0104303E 105PBE 10530X

10、TE 106 OWE80 120 160 20040LO3 Displacemert-nnNxobe Sichuan earthquake. M8.012 May 2008Aftershocks6-10 Jun 20081-5Jun 200825-31 May 200820-24 May 200812-19 May 2008Patn 47I 29 Feb 2008 31 May 2008 (right) Bperp 二 120 m. Btemp = 92 daysPatn 473. 17 Feb 2008 19 May 2008Bpeip = 252 m; Btemp = 92 daysPat

11、n 474 5Mar2006-5 Jun 2008Bperp = 285 rn; Btemp = 92 daysPatn 476: 8 Apr 2008 24 May 2008Bpeip - -190 m; Etcmp - 43 da/3Patn477. 20Apr 2003 lOJun 2008(iert) 8perp = -77 m. Btemp 二 46 daysResult generaged atAEST 6.52pm (UTC 8 52am)T1 Jun 200811 8 cm火山监测（2维苏威火山火山监汎Etna火山活动*5 ?Mt Etna - DIFFERENTIAL INT

12、ERFEROGRAM - (Oct95-May96)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 述缺陷点领城城市地表沉降观测（2）三峡地 区滑坡弄

13、口山 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而运动，包括地震形变 、大型滑坡及库盆沉降的研究。由丁地形原因，实际上该地区用GPS及其它方法如网观测是相当困难 的，且成本很高，而D-InSAR技术则可以弥补其不足，并能更戌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，并且发生强烈的卷掩现象，很不利丁干涉图像的相位解缠。而且由丁峡谷断而产生大量的角反射 效应，使得去除噪声的I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。ztNa -» K丹-Fgiy 冃轴:s ；rnnfr)50 1CT ISO 3»250303/enw；h Drecnon pc记呵假设匀速滑动滑动速度以彩色编码表示4-4D-l nSAR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