合成孔径雷达干涉测量_InSAR_在地面形变监测中的应用

insar介绍

第15卷　第1期

2004年3月中国地质灾害与防治学报

TheChineseJournalofGeologicalHazardandControlVol.15　No.1Mar.2004

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变

监测中的应用

张拴宏,纪占胜

1

2

(11中国地质科学院地质力学研究所,北京　100081;21中国地质科学院地质研究所,北京　100037)

摘要:运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSAR及D2InSAR)进行地面微位移监测,是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。对不同地区地面形变的最新研究结果表明,、冰川运移、活动构造、,与其它方法(如GPS监测等)相比,用InSAR及D2InSAR)覆盖范围大,方便迅速:(2)成本低,不需要建立监测网;(;

(4)(5),。但是由于系统本身因素以

及地面植被,需要在实践中不断加以完善和提高,并AR及D2InSAR方法在地面形变监测方面的不足,提高其精度,近期引入了一种称为永久散射点(PS)的方法。此方法通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点,克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题,使InSAR在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高,在一定的条件下精度可达到mm级。

关键词:合成孔径雷达干涉测量(InSAR);雷达差分干涉测量(D2InSAR),地面形变监测;永久散射点(PS);地质灾害

文章编号:100328035(2004)0120112206

中图分类号:TP7;P64212

文献标识码:A

　　InSAR(InterferometricSyntheticApertureRadar)合成孔径雷达干涉测量技术是20世纪后期发展起来的新方法,可以获取全球空前丰富的地表变化信息,

目前该方法应用于地形测量(建立数字化高程DEM)

、地面形变监测(如地震形变、地面沉

降、活动构造、滑坡和冰川运动监测)及火山活动

[4～6]

[1～3]

等方面。

[7～9]

1　方法原理及流程

图1是雷达干涉测量成像几何示意图。A1和A2分别为卫星两次对同一地区成像的位置(即天线的位置),两幅天线接受信号的路径分别为ρ和ρ+δρ,其测量的相位差为

ρ<=λ其中λ为雷达信号波长,根据余弦定理,有

22

(ρ+δρ)2=ρ)+B-2ρBsin(θ-α

上式中B为基线距,θ为雷达入射角,α为基线与ρ)2可忽略,故有水平方向的夹角,由于Bνρ,(δ

图1　雷达差分干涉测量成像几何示意图

(据ZebkerHAetal,1994

[7]

,略有修改)

Fig.1　PrinciplesofInSARandD2InSAR

δρ≈Bsin(θ-α)=B‖

B‖是基线距沿雷达视线方向的分量,因此有:

收稿日期:2003204217;修回日期:2003204223

),男,在读博士,助理研究员,作者简介:张拴宏(1974—

主要从事构造地质及灾害地质方面的研究工作.

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　第1期张拴宏,等:合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变监测中的应用113

<=λB‖

此相位差与地面点高程有关。

如果在同一地区获取第2幅干涉图,该干涉纹图与前一幅干涉纹图的主图像相同(即ρ和θ不变),那么这两幅干涉纹图的相位差可相互比较。第2幅干涉纹图的基线距为B′,基线与水平方向的夹角为α′,由上述关系式可得

<′=λB‖′两幅干涉纹图的相位差比值<Π<′=B‖ΠB‖′。如果在第3次观测期间,地表发生形变,这时相位差信息除与地形有关外,还包括沿雷达视线方

ρ,此时第2向的形变分量Δ

<Δ

ρ的表达式为Δ

Δρλ<′-B‖′<ΠB‖=4πΠ

上式左侧参数由雷达轨道参数和干涉相位计算得到。

ρ。由此确定地面各点沿雷达视线方向形变分量Δ

图2列出了用雷达差分干涉测量获取地面形变图的基本过程。

图像1

干涉图(含地形、形变)

图像2

地形影

干涉DEMΠ外部DEM

响去除

差分干涉图

(仅含形变)

果吻合,验证了InSAR技术测量同震形变的能力,

推动了该技术在地震形变研究中的应用。此后,用雷达干涉进行地面形变测量的各项工作逐步展开。

[11]

Liang等(2001)应用InSAR技术研究了台湾921集集713级大地震震前及震后地面形变,结果显示在地震发生前,雷达干涉图上未见明显的变形信号,但在车笼埔断裂东部却有轻微位移;震后同一地区不同时间间隔内(1999210228～1999209223;2000201206～1999210228)的两对雷达差分干涉图分别显示出516cm和3cm的变形量。[12]

(2001)应用S2[8]

(2000)利用地震

1、2号合成孔径雷达(ERS21/2SAR)数据,应用合成孔径雷达差分干涉测量技术,对1998年1月10日张北-尚义地震(Ms=612级)形变场进行了研究,得到震前、震后的干涉纹图及视向形变图。判断出此次地震造成隆起形变,形变中心位于东经114°20′,北纬40°57′附近,最大视向

2

位移量达25cm,形变集中在300km范围内。212　地面沉降

地

面形变作为一种新兴的地面形变研究方法,InSAR技术在地面沉降监测方面发挥了愈来愈明显的作用,

[13]

国内外已有诸多实例。Biegert等(1997)应用不同卫星在美国加利福尼亚州Belridge和Lost山油田重复测量的合成孔径雷达数据对该区的地面沉降进行了研究,结果显示70d内沉降量达到6cm,此结果与该区每年30cm的地面沉降速率相吻合。Marco

[14]

vander(2001)对该油田地面沉降的研究也证明了InSAR技术用于地面沉降的可行性。李德仁等(2000)[15]利用欧空局ERS21和ERS22相隔1d的重复轨道SAR数据,经过差分处理对天津市地面沉降进行研究,得到反应地 …… 此处隐藏：13783字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……