测量地球的新利器—InSAR技术
发布时间：2020-04-27 作者：凌丹丹 万晓明 来源：未知 分享到：
近几年地面下沉、矿山塌陷、地裂缝、滑坡等名词经常出现在大众的视野，这些灾害的发生都有不同程度的地表形变出现，那地球因为微震或者人类活动产生的地表微小形变能够测量吗？InSAR（合成孔径干涉雷达测量）技术的出现回答了这个问题。作为大范围、可回溯、非接触的地表形变调查与监测的高效手段，InSAR已成为目前研究热点。从名字来看，InSAR由In和SAR两部分组成，具体是什么呢，我们来解读一下。
一、SAR（合成孔径雷达）
SAR是辐射源（如卫星）沿着一定方向不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理的侧视雷达。合成孔径就是卫星接收同一地物这段时间在轨道上行驶的距离。SAR获取数据不受气象条件影响，能够长时间、大范围的对地表进行稳定、连续的观测，通过提供与地物散射特性有关的幅度、相位、频率和极化等丰富信息，揭示地学现象的时空变化规律，具有巨大的应用潜力。
二、In（干涉）
干涉是InSAR技术的核心，为什么要干涉成像呢？
当我们让卫星环绕地球一圈对地球表面进行扫描，如果只对地球表面扫描一次得到回波，那只能得到绝对的振幅和相位信息，因为地表散射体从形状和分布上错综复杂，我们很难从一次回波信息中提取散射体的位置和高度。如果卫星连续两次甚至多次扫描同一目标，并且假设两次扫描期间地表没有发生任何形变，我们就可以从中求解地形起伏信息。这是InSAR第一个应用，求取标准地形模型（DEM）。如果两次扫描同一地区期间，假设地表没有发生任何形变，但实际地面发生了地震或者人为活动导致的地表下沉等，那通过已有的精细DEM消除地形影响就能得到地表的微小形变，这是InSAR的第二个应用，测量地表形变。
一、SAR（合成孔径雷达）
SAR是辐射源（如卫星）沿着一定方向不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理的侧视雷达。合成孔径就是卫星接收同一地物这段时间在轨道上行驶的距离。SAR获取数据不受气象条件影响，能够长时间、大范围的对地表进行稳定、连续的观测，通过提供与地物散射特性有关的幅度、相位、频率和极化等丰富信息，揭示地学现象的时空变化规律，具有巨大的应用潜力。
SAR数据获取方式包括星载、机载和地面传感器。星载是目前应用最广且应用效果较好的方式，常用的星载SAR数据包括欧空局的Sentine1、日本的ALOS-2、意大利的Cosmo-Skymed、加拿大的RADASAT2、德国的Terrasar-X以及中国的GF-3等。具体参数如下：
| 数据源 | 基本参数 | 应用方向 | 获取方式 |
| Sentine1 |
C波段、多极化 4种工作模式（SM、IW、EWS、WV） 分辨率5*20米 |
地表形变 大范围资源监测 |
免费，中国区提供IW模式 |
| ALOS-2 |
L波段、多极化、 3种工作方式、6种成像模式 最高分辨率1米 |
地表形变 资源监测 |
付费 |
| Cosmo-Skymed |
X波段、多极化、多入射角 3种工作方式、5种成像模式 最高分辨率1米 |
地表形变 高分辨率资源监测 |
付费 |
| RADASAT2 |
C波段、多极化 3种工作方式 最高分辨率3米 |
地表形变 高分辨率资源监测 |
付费 |
| Terrasar-X |
X波段、多极化、多入射角 4种成像模式 最高分辨率1米 |
地表形变 高分辨率资源监测 |
付费 |
| GF-3 |
C波段、多极化 12中成像模式 最高分辨率1米 |
资源监测（大范围或局部高分辨率） | 各省卫星中心 |
干涉是InSAR技术的核心，为什么要干涉成像呢？
当我们让卫星环绕地球一圈对地球表面进行扫描，如果只对地球表面扫描一次得到回波，那只能得到绝对的振幅和相位信息，因为地表散射体从形状和分布上错综复杂，我们很难从一次回波信息中提取散射体的位置和高度。如果卫星连续两次甚至多次扫描同一目标，并且假设两次扫描期间地表没有发生任何形变，我们就可以从中求解地形起伏信息。这是InSAR第一个应用，求取标准地形模型（DEM）。如果两次扫描同一地区期间，假设地表没有发生任何形变，但实际地面发生了地震或者人为活动导致的地表下沉等，那通过已有的精细DEM消除地形影响就能得到地表的微小形变，这是InSAR的第二个应用，测量地表形变。
InSAR是获取高精度地面高程信息的前言技术之一，技术方法从传统的D-InSAR（差分干涉测量）到时间序列分析的PS-InSAR（永久散射体）、SBAS（短基线）等越来越成熟，对于地表形变的监测能力已经达到了毫米级，精度与水准测量相当。
目前，InSAR在DEM更新、地面沉降、滑坡监测、城市建筑物稳定性评估等方面都有着明显的优势，特别是各地InSAR技术在滑坡监测方面实现了较好的应用效果，已成为地质灾害早期识别的重要技术之一。
未来随着SAR系统成像能力的不断提高和InSAR技术的不断发展，如何充分发掘和利用这些信息仍是重要课题，作为测量地球的新利器，InSAR必将拥有更广阔的应用前景。
目前，InSAR在DEM更新、地面沉降、滑坡监测、城市建筑物稳定性评估等方面都有着明显的优势，特别是各地InSAR技术在滑坡监测方面实现了较好的应用效果，已成为地质灾害早期识别的重要技术之一。
未来随着SAR系统成像能力的不断提高和InSAR技术的不断发展，如何充分发掘和利用这些信息仍是重要课题，作为测量地球的新利器，InSAR必将拥有更广阔的应用前景。
（注明：文章图片来源互联网）
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