合成孔径雷达干涉测量技术及其在形变灾害监测中的应用

合成孔径雷达干涉测量技术及其在形变灾害监测中的应用

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第 2 9卷

第 2期

水电自动化与大坝监测Hy r p we t ma i n a d Da M o i rn d o o rAu o t n m n t i g o o

VO . 9 NO 2 12 .

20 0 5年 4月 2日 0

A I . O,2 0 ) 2 r 0 5

4 5

合成孔径雷达干涉测量技术及其在形变灾害监测中的应用何敏，何秀凤(海大学卫星及空间信息应用研究所，江苏省南京市 2 0 9 )河 1 0 8●

摘要：介绍了合成孔径雷达干涉测量 ( n AR)术的基本原理和应用领域。首先介绍了 I S IS技 n AR和差分干涉测量 ( I S D-n AR)基本原理，后分析了影响 I S的随 n AR数据的因素 .给出了 I S并 n AR数

据的处理流程，最后综述了 IS n AR和 D IS—n AR技术在形变监测中的应用。关键词：雷达干涉测量；差分干涉测量；数据处理；形变监测中图分类号：TV6 8 1 9. 1

0引言 合成孔径雷达 ( AR)一种主动式微波传感 S是器，与传统的光学传感器相比具有微波穿透云雨它的能力强以及不依赖于太阳作为照射源的优点，使其能全天时、天候地获取资料。雷达微波遥感对全地表有一定的穿透能力，以提供可见光、外遥感可红

1 IS n AR1 1 IS . n AR的基本原理

IS n AR如同立体摄影测量， 2个观测点 (在 2个天线的位置 )对目标进行观测。因此，果要通过上如 S AR影像获得目标点的高程信息，要得到同一地需区的 2幅影像。图 1为 I S n AR的一般原理。

所得不到的一些新信息。这些优点使雷达遥感在农业、业、质、境、文、洋、害、绘与军事林地环水海灾测

领域的应用具有独特的优势，别是在传统光学特传感器成像困难的地区有着更重要的地位。合成孔径雷达干涉测量 (I S n AR一~itreo ti s n h t p ru erd r是 2 n efr merc y t ei a e t r a a ) c O世纪

A

9年代末在 s R的基础上发展起来的一种新型的 o A空间对地观测技术 j它充分

利用了 S】, AR的相位信息，功地解决了 S成 AR图像的三维成像问题，且而能够获取高精度的地形信息，可以监测地表和冰还雪表面的微弱变化，测时间间隔跨度很大，几天监从

Al A2,为天线的位置 H为Al高度； P目标点：h的高程；的为为P 0为 AI射角：B两天线间的距离，即基线；“为基线B相对于水平方 的入为向的夹角； p为Al的斜距；p+为 A到 P到P !的斜距

到几年，获得全球高精度、可靠性的地表变化信可高息。这使得 IS 2 n AR在监测地质灾害方面具有独特的优势，为监测地质灾害的新手段。成 我国是一个多地质灾害的国家，年因滑坡、每泥由于

图 l l S R技术的基本原理 nA( )

1

地面目标点 P的高程 h为 。:h— H— p o c s

石流、震、川运动等自然灾害而损失巨额资金。地冰将 1S n AR这项空间对地新技术应用于监测地质灾害引起的形变，过对形变的分析对地质灾害的发通所以

(+ ) 1+ B+ 2B i(一 1 一 0 0: ! P n a ) s鼢！一 B!P一

生进行预报，减少经济损失的重要途径。因此， 是目前 IS n AR引起了各国地球科学领域的极大重视，并成为研究热点。本文将介绍 IS n AR的基本原理及其数据处理流程，综述 IS并 n AR和差分干涉测量 ( IS D-n AR)形变灾害监测中的应用。在

A。A:对 P的测量相位差为：,一 p

式中：为雷达信号波长。 则

收稿日期：2 0一 1 2。 0 4】— 2

国家自然科学基金资助项目( 0 7 0 5。 5 2 9 0 )

一

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它自劫让与大坝皿测处理(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。C S0 O ( 6)

将式 ( )入式 ( )再代入式 ( )得 5代 3后 1,h—

f B ) z一 H一——上——— _2 i( Bsn口一 )一7 c

第 1幅干涉图仅包含因地形起伏引起的干涉相位，第 2幅干涉图不仅包含因地形起伏引

起的干而涉相位，且还包含因地表位移引起的干涉相位。而

由式 ( )只要天线高度 H、位差基线 B、 6,相 两天线的相对定向角度 a天线的入射角精确可、知，可以计算出地面目标点 P的高程 h。需要说就明，是解缠后的相位，干涉雷达测量得到相位值 而只在主值范围内，是模糊的，须经过相位解缠后即必才能获得真实相位以及目标的高程信息。1 2 IS . n AR的 3种干涉测量模式和 D I S -n AR

为了获得形变信息， 2幅干涉图进行差分，除地将去形的影响。去除地形相位的方法有 2种：种是利一用地形像对生成的干涉图；一种是已有的外部数另字高程模型 ( M )因此，分干涉方法可归结为 DE。差 2种模式：使用多图像的三轨或四轨方法；使用①②外部 D EM的两通方法。本文以三轨法为例，绍介D-n AR的基本原理。 IS 如图 3所示， A设和 A是在地表未发生形变

获取具有立体效果的雷达图像的干涉模式主要有沿轨道法 ( ln— r i itre o ty、直轨 ao g o bt n e fr me r )垂 道法 ( r s— r i n efr mer、重复轨道法 c o so bt tre o ty) i(e e t r i itre o ty,图 2所示。 r p a— bt ne frmer )如 o

前卫星瞬间对同一地区 2次成像时的天线位置，则雷达回波信息在 A A,天线处的相位差 (扣除地已球曲面影响):为

一一()沿轨道法 a ()垂直轨道法 b ()重复轨道法 c

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图 3 DIS - n AR技术的基本原理

图 2获取具有立体效果的雷达图像的干涉模式

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