第31卷第3期2006年5月测绘科学ScienceofSurveyingandMappingVol131No13May收稿日期:2006Ο02Ο14用InSAR技术进行形变监测的研究成英燕①,贾有良②,党亚民①,章传银①(①中国测绘科学研究院,北京100039;②天津市测绘院,天津300041【摘要】卫星合成孔径雷达干涉技术((InSAR通过对地面同一地区两次或多次平行观测成像得到的复图象对进行处理可获得数字地面模型,用以监测地表面变化。本文简单叙述了(InSAR基本原理、处理流程及方法,并通过天津SAR数据的处理,详细介绍了SAR数据处理整个过程,之后给出了基于ERSΟ2天津地区原始数据的实验结果形成的干涉图及数字高程图。【关键词】合成孔径雷达;差分干涉;数字高程【中图分类号】P228【文献标识码】A【文章编号】1009Ο2307(200603Ο0056Ο031引言InSAR(InterferometrySyntheticApertureRadar技术主要用于探测地表形变、地面沉降,有越来越多的国家和地区利用InSAR来探测诸如由于矿山开采、地震、火山运动、地下水开采等引起的地面沉降现象。干涉雷达优点较多:具有全天候工作能力,发射的微波对地物有一定的穿透能力,能提供光学遥感所不能提供的信息,且是主动式工作方式。因ERSΟ1已处于瘫痪,目前用于InSAR技术研究的数据来源主要有:ERSΟ2、SIR2C/XSAR、RADRSATΟ1、ERS21、TOPSAR和SEASAT等。对于欧洲雷达卫星ERSΟ2和加拿大雷达卫星RADRSATΟ1,采用干涉技术来产生DEM,监测地面位移变化,精度可以达到mm量级。因此,该技术手段特别适于解决大面积的滑坡、崩塌、泥石流以及地裂缝、地面沉降等地质灾害的监测预报,是一项快速、经济的空间探测高新技术。由干InSAR数据可以导出地面地貌的现状信息。因此,它对于地形变化的监测是一个十分重要的工具,这里主要介绍的是多次重复观测提供的信息在地形监测方面的作用。利用间隔一天、或几天的重复轨道的InSAR数据进行地形分析,可以分离出两种信息:在地物不发生变化的情况下,时间间隔越短,越能获得高质量的数字高程模型(DEM;在已知地面高程模型时,利用重复观测可以进行地形变化监测、地物变化检测。研究结果表明,InSAR技术用于获取DEM是非常有效的,特别是在人烟稀少、环境恶劣的地区,InSAR技术更是一种有效的测绘手段。本文以天津SAR数据处理为例,详细说明处理流程并给出处理结果。2INSAR的基本原理InSAR技术是根据复雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的,其基本思想是:利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像,获取同一区域的复雷达图像对,由于两副天线与地面某一目标之间的距离不等,使得在复雷达图像对同名象点之间产生相位差,形成干涉纹图(interferogram,干涉纹图中的相位值即为两次成像的相位差测量值,根据两次成像相位差与地面目标的三维空间位置之间存在的几何关系,利用飞行轨道的参数,即可测定地面目标的三维坐标,它可以用来提供大范围的高精度数字高程模型。本文叙述与实例分析均以卫星重复轨道干涉模式为例。重复轨道干涉(repeatpassinterferometry模式只要求安装一副天线,它采用经过几乎相同的轨道以微小的几何视差对同一地区成像两次的方法来获取数据,因此需要对飞行轨道进行精确定位。目前此方法已被成功地应用于欧空局的ERS上装载的SAR,并取得了很好的效果。对于重复轨道干涉模式而言,由于两次成像独立进行,不能保证生成的两个二维复图像中同样位置的像素对应于地面上的同一点,因此还需进行两幅复图像的配准,配准的目的是要使两幅复图像中同一位置的像素对应地面上的同一回波点。两幅复图像配准完成后,将其中一幅图像的各像素与另一幅图像中的对应像素进行共轭相乘可得到相应的干涉纹图。干涉纹图中的相位包括两个部分;一部分是地形的相对高度变化产生的相位,另一部分是由平地效应产生的平地相位。为了顺利实现相位解缠处理,必须进行平地相位消除,它可以通过对干涉纹图乘以复相位函数来消除。由于复数对其相位的周期性,干涉得出的不是直接两次测量的相位差原值,而是其被周期折叠后的主值。为获得相位差的原值,还要进行相位解缠,依据折叠后的相位主值把折叠前的相位恢复出来。相位解缠后,即可获得成像区域的DEM。3InSAR数据处理流程目前国际上一些研究机构和公司已...