系列讲座6_InSAR应用实例及其局限性分析
InSAR 系列讲座1 合成孔径雷达遥感新技术_InSAR介绍
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单天线重复轨道干涉系统 。如图 1 “地面部分”所 示 , 机载/ 星载雷达系统基于侧视成像几何获取初 数据 , 然后须经计算机集焦 (focusing) 和滤波处理 以形成 SAR 影像 , 也就是说 , 合成孔径的概念是通
随后的技术扩展结果是差分雷达干涉 , 用以探 测地 球 表 面 的 微 小 形 变 。1989 年 , NASA/ J PL 的 Gabriel 等首次提出卫星差分雷达干涉的观点并发表 了对 California 某地区地面垂直位移观测的实验结 果 ; 1993 年 , 法国 CNES 的 Massonnet 等基于卫星差 分雷达干涉成功地测量了 1992 年 California Landers 地震引起的显著地表位移 。这些早期的研究结果 , 极大地鼓舞与推动了 InSAR 技术的快速向前发展 。 近年来 , 国际上众多学者在 InSAR 的硬件系统优
Abstract : As a new and promising technology of microwave remote sensing , synthetic aperture radar interferometry ( InSAR) is currently under rapidly developing stage. In order to make numerous surveyors comprehend InSAR , a tutorial with six sepa2 rate parts will be prepared and shown in the journal. As the first part of the tutorial , the paper will in general introduce the developing history , technological backgrounds , system components and applications of InSAR. Key words : InSAR ; developing history ; system components , applications
INSAR在变形监测中的应用
（1）选取基线距为零的干涉图像对，无须考虑地形影响， 即可 获得地表形变量；
（2）应用外部因素来消除地形因素的效果，来获得地表形 变量。外部因素主要是DEM数据
（3）利用第三幅合成孔径雷达图像，采用干涉的方法，来 消除地形影响，获得干涉形变量
（4）利用四幅SAR图像，采用地表形变前后两两干涉的方 法来消除地形影响，获得干涉形变量
InSAR监测变形技术
差分干涉测量技术是应用重复轨道的方式，在不同 的时间获取同一地区雷达影像，利用此两幅影像进行差 分干涉，可获得此地区于该时段地表及卫星间的距离变 化所造成的雷达波相位差，这种相位差以干涉条纹的形 式呈现，构成上包含地形引起的相位差，影像获取期间 形变引起的相位差，对流层延迟误差，轨道误差等。
就现阶段来讲基线距为零的干涉图像对很少，所以： 方法一很难实现； 方法二即所谓的两通或者两轨法干涉测量，由于其少用一景 SAR图像，在InSAR数据源相对匮乏的今天来讲，该方法经 济上具有很大优势，目前已有研究成果表明,两轨法干涉测量 所得测量结果在整体上与三轨干涉基本一致，因此两轨法精 度上是可行； 方法三又称三通或三轨法干涉测量，是标准差分干涉测量方 式； 方法四即四通差分干涉测量，精度上更可靠，但适合干涉的 SAR数据选取更加困难，经济上也不是很合理。
InSAR监测变形的基本原理
地面点P位于椭球面高度h, P0 为P在椭球面的投影(即 h=0)，相应的侧视角为θ0；。
假设1与2这对影像地面无任 何形变，无大气影响，无任何 误差，称之为地形对(topopair)；而1与3之间存在地形变， 称之为形变对(defo-pair)。
该图表示距离向平面图，所有角度按 逆时针方向定义
InSAR技术的优劣性
优势： (1)覆盖范围大,方便迅速: (2)成本低,不需要建立监测网; (3)空间分辨率高,可以获得某一地区连续的地表形变信息; (4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息: (5)全天候,不受云层及昼夜影响。
InSAR简介6
干涉相位条纹图
平地相位条纹图
去平地相位后干涉条纹图
平地效应的去除
平地效应的去除
GO
InSAR高程测量
几何测量
几何测量 1和2为两次航过时的卫星位置，地面点P的高程为h， 假设地球为平面且无形变，根据高程模型地面点P的高 程可表示为: 对三角形12P，由余弦定理得:
则
相位测量
在标准模式下，一副天线发射雷达波，再利用两 副天线同时接收回波。在“乒乓” 模式下，每个天 线交替传输并接收自己的回波。
InSAR技术背景
RAR
SAR
强度信息
相位信息 提取
提取
InSAR
InSAR数据的获取
原始数据的获取
InSAR 至少需要联合从不同空间位置获取的两 幅SAR 图像来进行处理。获取信号的干涉系统 可分为两类:
双天线干涉(机载) 单天线重复轨道干涉(星载)
InSAnSAR本质
本质上来说, InSAR是利用高敏 感度特性的相位信号来提取有用 信息； 摄影测量和可见光近红外遥感主 要利用影像灰度信息来提取有用 信息,因此专门的InSAR数据处 理软件包必须重新开发。
辐射或 散射电 磁波
任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反 射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同 一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同 的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱 也各不相同
两幅雷达影像经过配准处理后，就可以生成干涉图：
S (R1 )S * (R2 ) A(R1 ) A(R2 ) exp(i )
其中
( R1 ) ( R2 )，称为相位差。
InSAR技术及其应用中的若干问题
InSAR技术及其应用中的若干问题刘国祥;刘文熙;黄丁发【期刊名称】《学术动态（成都）》【年(卷),期】2001(000)001【摘要】@@ 1 引言rn合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR)是新近发展起来的空间遥感技术,它是传统的SAR遥感技术与射电天文干涉技术相结合的产物.机载或星载合成孔径雷达具有使用微波对地球表面主动成像的能力.SAR所获取的影像与常规可见光和近红外遥感影像不同,每一像素可用复数表示,既包含了地面分辨元的雷达后向散射灰度信息,也包含了与斜距(雷达天线到地面分辩元的距离)有关的相位信息,因此SAR影像有时也称为雷达复数影像.常规遥感和摄影测量主要针对影像灰度信息进行处理和分析,而InSAR则将相位信息作为处理和分析的焦点.InSAR的实质是:通过对覆盖同一地区的两幅雷达复数图像的联合处理提取相位差图即干涉图.基于对干涉图的进一步处理和分析,InSAR可应用于大范围地建立数字高程模型(DEM)和土地利用分类;【总页数】4页(P21-24)【作者】刘国祥;刘文熙;黄丁发【作者单位】土木工程学院测量工程系;土木工程学院测量工程系;土木工程学院测量工程系【正文语种】中文【中图分类】TP7【相关文献】1.应用GPS与InSAR技术监测滑坡的若干问题讨论 [J], 黄甜2.CRInSAR和PSInSAR技术在地表形变监测中的应用 [J], 颜芳; 孙芳; 徐锐; 岳雷; 刘宇薇3.融合分布式散射体时序InSAR技术在矿区形变调查中的应用 [J], 贾会会;张海清;李克达;张小朋4.PS-InSAR技术在福州市建筑物沉降监测中的应用研究 [J], 王商富5.InSAR技术在山口水电站滑坡体监测中的应用 [J], 郭勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
INSAR数据处理的若干关键技术探讨
个公式可见，SAR 影像的相位信息远比能量信息对地形的变化敏感。如果两幅复数影像的 同名点相互错开一个像素， 虽然此时干涉得到的能量图依然清晰可辨地形地貌特征， 而两幅 影像的相位信息将完全不相关，干涉相位图为纯噪声。所以，干涉处理要求影像配准精度一 定要达到亚像元级。通常认为，影像配准的误差必须在 1/8 像素以下才对干涉条纹图的质量 没有明显影响[3]。 当前，学者们对提高影像匹配的精度已做了大量研究，提出若干比较成功的算法，如最 大干涉频谱法、 最大相干系数法、 相位差平均波动函数最小法、 矩阵法以及各种改进算法等。 各种算法在成像质量好的条件下均能使单视复数影像匹配到子像素级， 但每种算法都有一定 的局限性，在某些情况下一些算法可能匹配失败，而另外的算法则能得到较好的效果。如在 我国台湾地区，植被覆盖率高，地形变化剧烈，大部分地区相干性保持较差，只有极少数个 别区域可以形成明显的干涉条纹， 在这种情况下， 以干涉频谱为匹配测度的算法则很难匹配 成功， 这时应怎样有效的选择匹配区域、 或是在不得已的情况下充分利用能量信息进行匹配 是 INSAR 投入大规模应用之前亟待解决的问题。
1．引言 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar）因为具有全天时、全天候和高精度的特点而 被广泛应用于地学、海洋、资源探测以及灾害监测等众多领域[1]。合成孔径雷达干涉测量 （INterferometric SAR, INSAR）则是在上世纪九十年代以来迅速发展起来的雷达应用技术。 虽然时间短暂， 但其在数字三维测图与地面形变监测领域的优势与潜力已得到证明。 在国外， 合成孔径雷达雷达干涉测量已经从早期的论证研究阶段发展到了比较成熟的应用研究阶段， 积累了大量经验和研究成果， 并且已取得了厘米级的应用精度， 而我国在这方面的应用正在 起步。 合成孔径雷达干涉测量之所以迟迟没有投入大规模实际应用， 一方面因为当前能做干涉 处理的数据比较难获取而且价格昂贵， 另一方面也是因为关于干涉的若干理论和技术问题还 没有得到彻底解决， 使得干涉测量的实际应用精度还远远没有达到它的理论精度水平 （可达 到厘米级甚至毫米级） ，而且相关的流程化处理系统和软件也有待于完善。 本文在简要介绍 INSAR 原理的基础上，重点讨论数据处理中的关键技术，特别着重分 析了影响 INSAR 测量精度的关键环节，包括当前影像匹配、去平地效应、干涉条纹图滤波
InSAR基本原理及其误差来源讲课教案
I n S A R基本原理及其误差来源InSAR基本原理及其误差来源合成孔径雷达干涉测量技术（synthetic aperture radar interferometry, InASR）将合成孔径雷达成像技术与干涉测量技术成功地进行了结合，利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，可以精确的测量出图像上每一点的三维位置和变化信息。
合成孔径雷达干涉测量技术是正在发展中的极具潜力的微波遥感新技术，其诞生至今已近30年。
起初它主要应用于生成数字高程模型(DEM)和制图，后来很快被扩展为差分干涉技术 ( differential InSAR , DInSAR)并应用于测量微小的地表形变，它已在研究地震形变、火山运动、冰川漂移、城市沉降以及山体滑坡等方面表现出极好的前景。
特别，DInSAR具有高形变敏感度、高空间分辨率、几乎不受云雨天气制约和空中遥感等突出的技术优势，它是基于面观测的空间大地测量新技术，可补充已有的基于点观测的低空间分辨率大地测量技术如全球定位系统(GPS)、甚长基线干涉 (VLBI)和精密水准等。
尤其InSAR在地球动力学方面的研究最令人瞩目。
随着InSAR应用的广泛开展，尤其是在长时间序列的缓慢地表形变监测方面的深入应用，发现传统InSAR技术存在不可客服的局限，主要表现在以下几个方面：（1）长时间序列上的时间去相干问题，特别是重复轨道观测的InSAR处理。
地物在时间序列上的变化导致其散射特性的变化，从而大大降低地物在不同时间上的相干性，导致InSAR处理的失效。
（2）传统DInSAR侧重于单次形变的研究，使用到的SAR图像少，而且对SAR图像的要求非常高，通常要保证两次卫星的基线距比较小，否则会引入严重的几何去相干问题，这大大限制可被利用于感兴趣区的InSAR监测图像质量。
（3）大气相位的不均匀延时影响，由于大气本身的非均质性和不同时刻大气状况的迥异，尤其对于不同季节的干涉图像对，大气相位成为传统InSAR处理干涉相位中不可避免的信号之一，严重的影响了所获得的DEM和地表形变的精度。
InSAR技术在滑坡识别与监测中应用的研究进展
InSAR技术在滑坡识别与监测中应用的研究进展目录一、内容概括 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 研究意义 (4)二、InSAR技术原理及发展历程 (5)2.1 InSAR技术原理简介 (6)2.2 InSAR技术发展历程 (7)2.3 InSAR技术的主要特点 (8)三、InSAR技术在滑坡识别中的应用研究 (10)3.1 基于InSAR的滑坡形变监测方法 (11)3.2 基于InSAR的滑坡前兆信息提取 (12)3.3 基于InSAR的滑坡风险评估 (14)四、InSAR技术在滑坡监测中的实际应用案例分析 (15)4.1 滑坡监测实例一 (17)4.2 滑坡监测实例二 (18)4.3 滑坡监测实例三 (20)五、InSAR技术在滑坡识别与监测中的挑战与展望 (21)5.1 存在的挑战 (23)5.2 发展趋势与展望 (24)六、结论 (25)6.1 研究成果总结 (26)6.2 对未来研究的建议 (27)一、内容概括随着全球气候变化和人类活动的影响，滑坡作为一种自然灾害，对人类社会的安全和生态环境造成了严重的威胁。
为了有效地识别和监测滑坡，科学家们研究并开发了许多遥感技术，其中InSAR技术作为一种新兴的滑坡监测方法，已经在滑坡识别与监测领域取得了显著的进展。
本文将对InSAR技术在滑坡识别与监测中应用的研究进展进行综述，包括其原理、方法、技术特点以及在实际应用中的优势和局限性等方面。
通过对相关文献的分析和整理，本文旨在为滑坡研究领域的学者和工程师提供一个全面的参考，以期推动InSAR技术在滑坡识别与监测中的应用和发展。
1.1 研究背景滑坡作为一种常见的自然灾害，对人们的生命财产安全构成严重威胁。
为了有效预防和减轻滑坡带来的损失，滑坡识别和监测技术的研究与应用至关重要。
随着遥感技术的飞速发展，合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术以其高精度、大范围、高时效性的优势，在地质调查、灾害监测等领域得到了广泛应用。
InSAR 系列讲座6 InSAR应用实例及其局限性分析
InSAR 系列讲座6InSAR 应用实例及其局限性分析刘国祥(西南交通大学测量工程系，四川 成都 610031)[摘要]作为InSAR 系列讲座的最后一篇，本文以台湾西部作为典型的实验区，基于InSAR 技术，使用欧洲空间局卫星ERS-1/2所获取的多幅SAR 影像进行地表三维重建和地震同震形变探测，并与GPS 观测数据对比，分析干涉结果的精度。
最后分析InSAR 的应用局限性，并指出潜在的解决途径。
[关键词]合成孔径雷达干涉; 三维重建; 形变探测; 精度; 局限性[中图分类号]P237 [文献标识码]A [文章编号]1001-8379(2005)03-0139-05 APPLICATION EXAMPLES OF INSARAND ITS LIMITATION ANALYSISLIU Guo-xiang(Dept. of Surveying Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )Abstract: As the last part of the tutorial, the paper shows the experimental results derived with satellite InSAR over the typical testing site, the west of Taiwan. The experiments are conducted for both the three-dimension (3D) reconstruction and the co-seismic deformation detecting by using the multiple SAR images collected by the satellites, ERS-1/2, operated by European Space Agency. The accuracies of the interferometric results are evaluated by comparing with the GPS data. The emphasis is finally placed onto the discussion of InSAR limitations, and the potential approach overcoming the problems is also pointed out.Key words: InSAR; 3D reconstruction; deformation detecting; accuracy; limitation1 引言前已述及，InSAR 具有高精度、高空间分辨率、几乎不受云雨天气制约和数据处理高度自动化等突出的技术优势，对可见光、近红外被动遥感技术具有很好的补充作用。
Insar在变形监测中的应用研究
Insar在变形监测中的应⽤研究InSAR技术在变形监测中的应⽤研究卫星合成孔径雷达⼲涉测量技术(InSAR)通过对地⾯同⼀地区进⾏两次或多次平⾏观测，得到复图象对，从复图像对中提取相位信息，作为获取地表三维信息和变化信息的信息源，⽤以获取DEM和监测地表⾯的变化。
InSAR技术在地⾯沉降、⾃然灾害等地⾯变形监测⽅⾯已得到⼴泛的应⽤。
本⽂就InSAR在变形监测中的应⽤现状、存在的问题及前景进⾏了探讨。
1．引⾔合成孔径雷达⼲涉（InSAR）测量技术是在合成孔径雷达（SAR）技术基础上发展起来的雷达成像技术。
它继承了SAR的全天候、全天时、⼤范围、有⼀定穿透能⼒等优点。
在早期，InSAR技术的应⽤主要是地形制图，⽣成DEM，开展形变⽐较明显的地震形变、地壳形变、⽕⼭活动、冰川移动等⼤⾯积监测研究，后来随着InSAR技术的不断成熟和研究⼯作的不断深⼊，⼜逐渐转向地⾯沉降、⼭体滑坡等引起细微持续的地表位移[1]。
InSAR 技术除了具有⾼探测精度(亚厘⽶级) ,⽽且具有低成本、近连续性和遥感探测的能⼒, ⽆疑将成为今后地⾯沉降探测技术的研究重点和发展⽅向。
另外，星载InSAR系统有利于⼤范围测绘和动态过程的长期监测，特别适合危险地区和⼈类⽆法进⼊地区的研究⼯作。
因此，该技术在军事、国民经济建设中，有着极其⼴泛的应⽤。
InSAR技术在应⽤⽅⾯还存在很多问题亟待解决。
InSAR技术对⼤⽓误差、遥感卫星轨道误差、地表状况以及时态不相关等因素⾮常敏感, 这造成了InSAR技术应⽤中的困难。
在⼲涉数据的获取⽅⾯，星载⼲涉SAR⼤部分是重复轨道获得的，由于周期⽐较长、两次飞⾏轨道存在夹⾓等问题使得相⼲性⼤⼤降低，影响了DEM提取的精度。
为了获取⾼质量、稳定的⼲涉数据源，只有采⽤双天线的SAR系统才能得到保证，但⽬前还缺少双天线的星载SAR系统，这也⼤⼤限制了InSAR的发展。
InSAR技术的理论研究除了对SAR与InSAR成像技术研究以外，更多集中在InSAR技术研究的⼀个新的热点研究⽅向。
(完整版)InSAR在滑坡监测中的应用
InSAR在滑坡监测中的应用一、概述合成孔径雷达（SAR）最早发展于20世纪50年代，作为有源系统，SAR具有全天候、全天时的工作能力。
可在不同的微波频段、不同极化状态下得到地面目标的高分辨率图像为人们提供各种有用的信息，广泛应用于地形测绘、地质研究、防灾减灾等诸多方面。
20世纪60年代末合成孔径雷达干涉测量技术（INSAR）发展起来，它是利用合成孔径雷达的相位信息提取地表的三维信息和高程变化信息的一项技术。
它的出现大大扩展了SAR的应用领域，能够获取高精度的地形信息，同时还可以检测地球陆地表面和冰雪表面的微小变化，监测时间从几天到几年，可获得全球高精度的（毫米级）高可靠的地表变化信息。
近年来地震、火山、滑坡和地面沉降等地质灾害越来越严重地威胁着人类的生存空间，针对这种灾害而发展起来的地表形变监测和测量技术就显得尤为重要。
合成孔径雷达干涉测量可以大面积的采样、测量时间短,同时成本也比较低，而且合成孔径雷达干涉测量,具有全天侯、全天时、高分辨率和连续空间覆盖的特征,能够提供短周期内空间连续曲面形变信息,可以满足沉陷监测要求,弥补地面常规测量离散点的不足,特别是能够提供高水平和高垂直分辨率的三维数字模型。
并且雷达数据下载快捷,时间延误少,加之越来越成熟的配套处理软件,使得地面沉降数据的提取十分迅速,可接近准实时动态监测，是现有滑坡监测手段的有益补充,用于地表及山体滑坡监测具有很大的优势和很好的前景。
二、INSAR干涉基本原理从历史上来看，现代合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR技术）的发展源于Thomas Young于1801年所完成的“杨氏双狭缝光干涉实验”。
从两条狭缝射出的波束具有不同的传播距离，也就是波的相位不一致，这样引起波的叠加或削减，从而在白板上可观察到明暗相间的条纹，也就是所谓的“干涉条纹”。
InSAR正是受这一实验启发而发展起来。
合成孔径雷达干涉测量技术是以合成孔径雷达复数据提取的相位信息为信息源获取地表的三维信息和变化信息的一项技术。
InSAR技术及其在城市地面沉降中的应用探讨
InSAR技术及其在城市地面沉降中的应用探讨刘志辉祁寿（宁波市镇海规划勘测设计研究院，浙江宁波 315200）摘要城市地面沉降监测对于城市安全与城市发展有重要的意义。
本文对在沉降监测中日益流行的InSAR技术做了详细研究，剖析了InSAR的数据来源、对地面沉降的估算原理以及应用软件使用，并针对各地使用InSAR进行地面沉降的实际应用情况，探讨了InSAR的应用手段，并结合目前广泛使用的3S技术，给出了一套基于3S技术的城市地面沉降监测系统框架方案，为城市建设地面沉降监测系统提供参考。
本文还根据InSAR的特点，指出了InSAR的部分缺陷，并给出了InSAR的使用局限以及今后的研究方向。
关键字 InSAR；地面沉降；SAR传感器InSAR technology and its application of urban land subsidenceLiu ZhiHui, Qi Shou（Zhenhai of NingBo Planning Survey and Design Institute, NingBo ZheJiang China 315200）Abstract：Urban land subsidence monitoring has important implications for urban safety and urban development. InSAR technique increasingly popular in the settlement monitoring, analysis of InSAR data sources, estimation theory and application software on Subsidence, and the practical application of land subsidence around the use of InSAR to explore InSARapplication means, combined with the 3S technology is currently widely used, given a set of 3S technology-based urban ground subsidence monitoring system framework program for urban construction ground subsidence monitoring system to provide a reference. The article also pointed out that according to the characteristics of InSAR of the InSAR part of the defect, and gives the InSAR's use limitations and future research directions.Keywords：InSAR; land subsidence; SAR sensor1 引言近年来，国内各大城市陆续出现房屋下陷、路面下沉等城市地面沉降问题，影响了人们的正常生活。
insar原理与应用
insar原理与应用InSAR（InterferometricSyntheticApertureRadar）技术是一种利用合成孔径雷达（SAR）系统探测地表面变化的技术。
它能够用来检测地表面改动和地表活动，从而提供准确的地貌和环境信息。
InSAR 称为“复合探测技术”，因为它必须在两个雷达图像之间进行计算。
InSAR技术最初由法国航空航天研究组织（CNES）发展出来，其中也包含了一种叫做“复制图像叠加”（COP）的技术。
该技术将多个雷达图像合成在一起，从而使探测范围增加，探测的详细程度也更高。
InSAR技术主要由三部分组成，即数据收集、数据处理和分析结果的进一步研究。
首先，在数据收集的阶段，将会同时收集几道雷达图像。
通常，当发射波照射到地面时，这些具有特定径向和方位角度的雷达图像会反射回到接收机，其中每条雷达图像都有不同的发射和接收时间，以及不同的波长。
此外，还可以使用不同的传感器来收集数据，例如全球定位系统（GPS）和太阳能传感器。
在数据处理阶段，就是将多个雷达图像进行复合，运用图像处理软件，将收集到的多个雷达图像进行叠加，从而可以得到一幅复合图像，并以此作为参考。
此外，还要进行数据精炼处理和叠加，将原始数据进行修正，如表面张量变换、相位变换等。
最后，分析结果将用来研究地表面的尺度和位移，以及地貌地质等因素对地表变化的影响。
获得的结果将有助于对地表的激励和变化做出及时的判断。
InSAR技术在地球物理学、地质学、测绘学、灾害监测、地形改造、城市规划、公路建设和土地管理等领域具有重要的应用价值。
InSAR技术的最终应用将要取决于它的成本和可用的卫星数据。
尽管InSAR技术目前仍处于发展阶段，但它可以作为地表变化监测、地质灾害识别和预测等多领域的重要监测手段。
随着空间技术的发展，InSAR技术将有望被广泛应用，在未来发挥重要作用。
InSAR技术利用合成孔径雷达（SAR）系统检测地表变化，有助于研究地貌地质等因素对地表变化的影响，帮助及时判断激励和变化。
InSAR简介6
n. 孔，洞；（照相机，望远镜等的）光圈；孔径；缝隙
In： Interferometry 英[ɪntəfɪə'rɒmɪtrɪ] 美[ɪntəfɪr'rɒmɪtrɪ]
n. 干涉测量（法）
问题
DEM数据的读取 InSAR的本质 InSAR软件包 InSAR应用 RAR和SAR 去平地效应
分辨率
在雷达脉冲发射方向上所能分辨的最小距离
方位向分辨率为：
距离向分辨率为： 地面距离分辨率为：
问题：
例如，一个3 米长天线，工作波长为5.66厘米 （ C波段 ），飞机飞行地面高度为1400米，波 束入射角23度（Rm约1600米），因而方位向
分辨率约 30?m。同样的C波段侧视雷达，地面上 斜距为850公里，将产生一个约16?k的m 方位向分辨
软 件 包
InSAR
InSAR应用
地震方面的：1. D-InSAR技术应用于汶川地震地表位移场的空间分析 （中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室/《地震地质》 2010年02期 ）
2.芦山地震InSAR同震形变及断层滑动分布反演初步结 果
(地震动力学国家重点实验室 中国地震局地质研究所 土地测量与地理 资讯学系香港理工大学/《中国地球物理2013——第二十七分会场论文 集》2013年) 地形测绘方面的：1.InSAR技术在地形测绘中的应用（山东科技大学 地球信息科学与工程学院 山东科技大学地球信息科学与工程学院 山
率，对大多数应用来说，这样的精度太粗糙。
为了减少到30米，需要天线约1.?6k长m ，这样口径 的天线实现起来非常困难。
结论
雷达斜距或地面分辨率仅与雷达波 特征和雷达侧视角有关系,而与雷 达天线的大小无关,但是方位向分 辨率主要由雷达天线的长度所决定。 局限性：方位向分辨率太低
INSAR在变形监测中应用原理
垂直基线：
干涉图中任一个像素的相位：
则有：
地表点t1的高程可以表示为:
计算出每个像素的干涉相位 φ ，结合卫星平台姿态数据，即 可计算出干涉图中每个像素对应的地表高程 z
在z=0是忽略高次项，按泰勒级数展开有：
上式即为忽略大气延迟相位和 SAR 系统噪声相位后，干涉图 上任意像素的干涉相位，可以进一步分解为： 平地相位：
基于INSAR进行的变形监测简析
简述：
近年来地震、火山、滑坡和地面沉降等地质灾害越 来越严重地威胁着人类的生存空间，针对这种灾害而发 展起来的地表形变监空区上方布设岩层移 动观测站进行几何测量，对测量结果进行分析计算分析得 到相关参数。尽管近年来测量仪器有了较大改进，可使用 数字水准仪、全站仪、GPS 等先进仪器进行地表沉陷观测， 减轻了野外观测的劳动强度，但是基于离散点的地表移动 观测站方法缺点仍然非常明显
航空航天遥感技术作为对地观测获取地球空间信息的 重要手段，近年来发展迅猛，不仅能够快速、大面积测制 多种比例尺地形图，还广泛应用于资源调查、环境监测、 灾害预报、灾情评估和军事侦察等领域。 其中合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR） 以其具有全天候、全天时获取地表信息的特点，已发展成 为一门不可或缺的对地观测新技术。 基于 SAR 发展起来的合成孔径雷达干涉测量 （InSAR）技术，自 20世纪90年代初起就开始在全球及 区域性地形测图、大尺度地表形变监测中得到广泛的研 究和应用。与可见光遥感相比，InSAR 实现了遥感技术 对地表变化的几何测量，可定量化研究自然环境的活动 变化状况，是传统光学遥感技术和测量手段的有益补充
优势： (1)覆盖范围大,方便迅速: (2)成本低,不需要建立监测网; (3)空间分辨率高,可以获得某一地区连续的地表形变信息; (4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息: (5)全天候,不受云层及昼夜影响。
InSAR技术及其应用中的若干问题
三、干涉应用情况
随着雷达成像系统的不断发展, 尤其是星载 SA R 系统 的发射升空, 干涉数据较易获得。 国际上在加强干涉理论研 究的同时, 掀起了干涉应用的高潮。总体说来, 干涉应用可归 结为 4 类: ①地形制图和 D EM 的建立; ②基于差分干涉相位 的地球表面形变场探测, 包括地震、火山运动、冰川漂移、地 面下沉以及山体滑坡等引起的大范围的地表位移; ③速度场 探测, 如洋流等; ④基于干涉相关性的土地利用分类。干涉相 关性是指干涉相位信号的相关性, 它是衡量干涉相位噪声的 重要测度, 这一点, 将在第 4 节中介绍。目前干涉应用已涉及 地形制图, D EM , 洋流、水文、地震研究、极地研究、火山灾害、 土地分类、地表下沉、海岸研究、森林研究等领域。
N
∑ G = c1 ( i) c32 ( i)
(1)
i
Байду номын сангаас
这里, (3 ) 表示复数共轭, N 表示滤波窗口像素总数, 复
数 G 的相位主值 <m 满足 0≤<m < 2Π, 显然, 直接差分相位观
测值存在整周模糊度, 为计算绝对斜距差, 需要确定相位模
糊度, 这一处理算法称为相位解缠 (Pha se U nw rapp ing) [3]。
范围地监测到了地表变形, 精度可达毫米级[2], 首次展示了 差分干涉技术的显著优越性和巨大发展潜力。这里以星载干
涉系统为例说明 D InSA R 的实质和数据处理流程。 设卫星 SA R 对同一地区先后 2 次成像的时间间隔内, 地表发生了形 变, 则从这两个复数图像提取的干涉图不仅包含因地形起伏 引起的干涉相位, 而且还包含因地表位移引起的干涉相位, 为了获得形变信息, 必须将地形干涉相位去除掉, 这一过程 体现了二次差分的思想。图 2 给出了具体数据处理流程。去 除地形相位需借助于 D EM , 而 D EM 的来源有两种: ①前已 述及的基于两个雷达图像的干涉方法建立; ②已有的外部 D EM 。 故差分干涉方法可归结为两类[3]: ①使用多图像的多 通方法; ②使用外部 D EM 的两通方法。
INSAR原理_技术及应用_
INSAR 原理 、技术及应用
【摘要】 合成孔径雷达复数型数据中含有相位信息 , 利用该相位信息做干涉处理 就可以产生 三维信息 。 本文 简要地回顾了干涉雷达的历史发展情况 , 介绍 了不同干 涉技术 的原理 , 阐 述了 INSA R 处理 涉及的 主要技 术 , 概 括
介绍了 IN SA R 技术在各个领域的应用 , 并简要介绍了在 SA R 图像中提取水体过程中 IN SA R 技术的作用 。
(3)
地距可由(4)式算 出 : y = r 1 ＊sinθlook
(4)
但这种干涉形式的计算 方法存 在着难以 区分因 区
域坡度影响产生的误差与飞机滚动产生的误差 。
2 .沿轨道干涉 沿轨道干涉同正 交轨 道干 涉一 样 , 都要 求 在同 一
平台上安装 两套 与飞 行方 向一 致排 列的 天线 系统 。故 目前也只适用于机载 SA R 系统 。其 几何 原理与 正交 轨 道干涉也基本相同 , 从原理上讲 , 只是 x - 和 y -轴 有变
这种技术将 地 形知 识注 入以 分离 区域 的移 动 、进而 用 于排除平坦地形和用于差分干涉 。
5 .建立数字高程模型 对相位解相蔽后 , 就可以 利用(1)式计算 出地物 正 确的相对高程信息 。 如果主 图像中 有真实的 高程信 息 或用地面控 制 点对 计算 的高 程进 行校 正 , 就可 以得 到 绝对高程值 。 否则是相对 高程值 。 利用这些 高程值 就 可以形成相对或绝对 DEM 。
insar在防灾减灾中的应用
insar在防灾减灾中的应用嘿，朋友！想象一下，有一天你正舒舒服服地在家中享受着宁静的时光，突然听到外面狂风大作，暴雨倾盆。
这可不是一般的风雨，而是可能带来灾难的前奏。
这时候，你是不是特别希望能有一双神奇的“眼睛”，提前告诉大家哪里可能会出现危险，好让大家早早做好准备，减少损失？这双“神奇的眼睛”，其实就是 insar 技术。
在我们的日常生活中，自然灾害就像个调皮捣蛋的“坏孩子”，时不时地出来捣乱。
地震会让大地颤抖，房屋倒塌；山体滑坡能让好好的道路瞬间被掩埋；洪水更是像个任性的“小霸王”，肆意冲毁农田和房屋。
每当这些灾害发生时，我们总是感到无比的心痛和无奈。
但是，insar 技术的出现，就像是给我们带来了一位超级英雄。
你知道吗？它可以通过卫星从太空中“俯瞰”我们的地球，然后收集大量的数据。
这些数据经过专业人员的分析和处理，就能告诉我们地面的微小变化。
比如说，在某个山区，insar 发现了山体有一点点细微的移动。
这一点点移动对于我们普通人来说，可能根本察觉不到，但 insar 却能敏锐地捕捉到。
这就像是在一个平静的湖面上，哪怕只是泛起了一点点涟漪，insar 都能看得清清楚楚。
这时候，相关部门就可以提前采取措施，疏散附近的居民，避免山体滑坡造成人员伤亡。
再比如，在一些容易发生地震的地区，insar 能够监测到地壳的微小变形。
这就好像是给地球做了一次“体检”，提前发现可能存在的问题。
一旦有危险的迹象，就能及时通知大家做好防范，准备应对可能到来的地震。
而且啊，insar 可不只是在灾害发生前发挥作用。
在灾害发生后，它也是个得力的助手呢！它可以快速地评估灾害造成的损失，告诉救援人员哪里是最需要帮助的地方。
这就像是在黑暗中为救援人员点亮了一盏明灯，指引着他们快速到达最需要的地方。
你可能会问，这 insar 技术真的有这么厉害吗？那我告诉你，绝对是杠杠的！它就像是一个不知疲倦的卫士，时刻守护着我们的家园，为我们的生命和财产安全保驾护航。
实例：利用InSAR测量地面沉降（摘要）
实例：利用InSAR测量地面沉降（摘要）无【期刊名称】《水文地质工程地质技术方法动态》【年(卷),期】2006(000)005【摘要】在美国直接受下陷影响地区达45个，受灾面积超过17000平方英里，每年相关经济损失约为125万美元。
导致下陷的主要原因有含水层系统挤压、有机土壤排水、地下采矿、自然挤压、污水池、冻土融化等（国家调查委员会，1991）。
一个强大的映射成图工具（InSAR）对于评估和缓解下陷方面比较有效。
InSAR能够以惊人的精度监测地表微小形变。
InSAR所形成的干涉图增强了我们监控和处理由于含水层系统挤压引起的下陷，也展现了人类控制自然物理过程的新视野。
干涉合成孔径雷达（InSAR）是一种新型的用雷达信号监测地表微小形变的工具，其反映的空间细节水平非常惊人，测量结果精度很高。
美国地质调查局及其他一些单位正在利用InSAR成图和监控由于含水层系压造成的。
【总页数】8页(P12-19)【作者】无【作者单位】无【正文语种】中文【中图分类】P642.26【相关文献】1.差分干涉测量(D-InSAR)技术在矿区地面沉降监测中的应用 [J], 余景波;刘国林;曹振坦2.新技术在城市地面沉降研究中的应用遥感卫星雷达干涉测量(InSAR) [J], 陈基炜3.利用合成孔径雷达干涉测量技术监测地面沉降及其诱发的地质灾害：墨西哥莫雷利亚市研究实例 [J], FrancescaCigna;赵玉军（摘译）;;;;;;;;;;;;;;;;4.利用D-InSAR测量和高密度电阻率剖面揭示焦作市王封煤矿老采空区地面沉降机制 [J], 王平;吴清星;刘少峰;王涛5.InSAR与水准测量在区域性地面沉降监测中的应用 [J], 垢元培;高孝敏;王宇;吴晓伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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InSAR 系列讲座6InSAR 应用实例及其局限性分析刘国祥(西南交通大学测量工程系，四川 成都 610031)[摘要]作为InSAR 系列讲座的最后一篇，本文以台湾西部作为典型的实验区，基于InSAR 技术，使用欧洲空间局卫星ERS-1/2所获取的多幅SAR 影像进行地表三维重建和地震同震形变探测，并与GPS 观测数据对比，分析干涉结果的精度。
最后分析InSAR 的应用局限性，并指出潜在的解决途径。
[关键词]合成孔径雷达干涉; 三维重建; 形变探测; 精度; 局限性[中图分类号]P237 [文献标识码]A [文章编号]1001-8379(2005)03-0139-05 APPLICATION EXAMPLES OF INSARAND ITS LIMITATION ANALYSISLIU Guo-xiang(Dept. of Surveying Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )Abstract: As the last part of the tutorial, the paper shows the experimental results derived with satellite InSAR over the typical testing site, the west of Taiwan. The experiments are conducted for both the three-dimension (3D) reconstruction and the co-seismic deformation detecting by using the multiple SAR images collected by the satellites, ERS-1/2, operated by European Space Agency. The accuracies of the interferometric results are evaluated by comparing with the GPS data. The emphasis is finally placed onto the discussion of InSAR limitations, and the potential approach overcoming the problems is also pointed out.Key words: InSAR; 3D reconstruction; deformation detecting; accuracy; limitation1 引言前已述及，InSAR 具有高精度、高空间分辨率、几乎不受云雨天气制约和数据处理高度自动化等突出的技术优势，对可见光、近红外被动遥感技术具有很好的补充作用。
目前，InSAR 在地形制图和地表三维重建、地球表面形变场探测、土地利用分类和气象研究等方面已表现出极好的应用前景。
在前面的讲座中，我们已分别对InSAR 历史与技术背景、SAR 成像原理与图像特征、InSAR 基本原理、InSAR 数据处理与关键算法以及InSAR 误差传播这五个方面的问题作了介绍和讨论。
作为InSAR 系列讲座的最后一讲，本文以台湾西部（1999年9月21，发生Mw=7.6级集集大地震）作为实验区域，使用多幅ERS-1/2 SAR 影像数据进行干涉处理，将展示卫星InSAR 在数字高程模型（DEM ）生成与区域地表形变探测两方面的应用情况，并讨论其应用局限性。
(a) (b)图1 (a)台湾西部地区ERS SAR 图像； (b)ERS-1/2 Tandem 干涉相位图A247AF09AF28AF14AF16AF13AF15WNTSAF18AF17AF26G103AF21M326M904G090M428G091TECS2 台湾西部DEM 生成及其精度分析为考察使用卫星InSAR 生成DEM 的情况，我们选择由卫星ERS-1和ERS-2以串接飞行方式分别于1996年6月15日和16日对台湾西部地区成像所获取的两幅C 波段（cm 6.5=λ）SAR 图像作为源数据；为检验干涉DEM 的精度，我们使用大致均匀分布在研究区域内19个GPS 点的高程（由台湾地球科学研究所提供）作为评价标准[1]。
图1a 显示了研究区域的ERS SAR 灰度图像（19个GPS 点位置、一些主要地名、地质断层和集集地震震央被标示出来），覆盖实地约1500km 2的范围，其影像中心垂直基线长度为147m ，模糊高为64m/周（见第3讲式15）。
图1b 显示了由这两幅SAR 图像所生成的干涉相位图（参考面相位已被去除），图中的灰阶(由白到黑)表示一个完整的干涉条纹，相当于π20→的相位变化，对应于64米的高程变化，从图中可见，干涉相位随地形起伏而变化且类似于等高线趋势。
将图1b 所示的干涉图进行相位解缠，再结合卫星轨道（基线）数据，可以计算出DEM （为节省篇幅，这里未显示出结果），最后，从干涉DEM 中提取与19 个GPS 点位对应的高程，并与GPS 高程结果作比较和统计分析，比较结果见图2所示。
在这19个点上，GPS 高程范围在21.9m 到271.6m 之间变化，两类高程值的最大差异为–13.5m ，而最小差异为+9.5m ，差异标准偏差为±9.9m ，这表明ERS 干涉DEM 的高程精度可达10m 左右。
对于卫星系统来说，这样的DEM 精度状况是比较理想的，这是因为两幅图像成像时间间隔仅为一天，时态失相关比较轻微，使得相位噪声水平较小，加之该干涉对的模糊高合理，故干涉DEM 的精度可得到保证。
改善卫星干涉DEM 的精度可考虑的潜在因素包括：(1)卫星轨道/基线数据的精确确定，和(2) 时空尺度上大气条件变化引起的附加相位延迟影响（进一步讨论见第4节）。
因此，从这一实验结果可以看到，卫星干涉DEM 的精度具有米级水平的潜力。
图2：19个GPS 点上GPS 高程及其与干涉高程的差异3 台湾集集地震形变探测及其精度分析1999年9月21日，台湾西部发生了罕见的Mw=7.6级大地震，震中位于南投县集集镇附近（震中N 87.23o , E75.120o ）。
已有的研究表明该地震主要沿老的约80 km 长的车龙辅断层破裂，断层呈南北走向，低角度逆冲且向东倾斜[2]。
受地震影响区域内的GPS 测量结果已显示出了明显的地表位移[3]（见图1a ）。
基于四轨差分干涉方法，我们使用四幅ERS-1/2 SAR 图像探测该地震所引起的地表形变，其中，1999年5月6日和1999年10月28日由ERS-2获取的两幅图像形成“地形——形变干涉对”（影像中心垂直基线长度为20m ）；而1996年5月15和16日分别由ERS-1和ERS2所获取的两幅图像形成一个“地形干涉对”（干涉图如图1b 所示），用于建立扣除地形影响所需的数字高程模型（结果及精度如第2节中所述）[2, 4]。
图3显示了最后所生成的同震形变干涉图（覆盖范围约1500 km 2），每一干涉条纹代表2.8 cm （雷达波长的一半）的斜距向（雷达至地面分辨元方向）地表位移，研究区域内呈现共约10个弧形干涉条纹，相当于斜距向地表位移在空间尺度上呈相对总量为28 cm 的分布，显著的非均匀地表位移是车龙辅逆冲断层应力释放的结果。
这些同震干涉条纹与其它的地震研究结果是相符的：南部弯曲度较小的干涉条纹主要反映了因车龙辅断层左旋逆冲破裂引起的显著地表形变，北部的条纹呈向东弯曲趋势，这涉及到另一个紧接车龙辅断层北端且呈东西走向的断层系统右旋逆冲破裂。
从图3可以看到，越靠近断层，干涉条纹率越高，也就是地表形变的梯度越大。
参照Y u 等[3]的GPS 三维形变观测结果可知，这些同震干涉条纹反映了地表位移引起震前和震后两次成像间卫星到地表的雷达斜距变短，此外，最显著的位移发生在近断层的台冲市范围内，水平位移大致呈东南向，介于70~140 cm ，城市下沉介于10~30 cm 。
对图3中的相位进行解缠，便得到绝对差分相位，最后可逐像素计算出沿雷达视线方向的地表位移量（见第3讲式14）。
我们以图1a 所示的19个GPS 点上同震形变观测结果（见文献3）作为比较标准，来分析干涉形变测量结果的精度，表1列出了这些GPS 点上的两类观测结果比较情况，注意表中已将GPS 所测量的三维地表位移矢量投影到雷达视线方向上，得到一维位移量（必须指出，InSAR 仅能观测到一维形变量）。
从两类结果的差异统计分析可知：两类观测的相关性程度为0.95；差异均值为0，差异标准偏差为 1.3 cm 。
这说明所得到的干涉形变观测量的综合精度为1 cm 左右。
但是，在少数GPS 点（如AF15和AF16）上，吻合程度不高，值得指出的是，GPS 观测为单点位移，而InSAR 所观测的是一个面元上的均值位移，在这个面元内部过渡的非均匀位移分布会严重地影响两类观测量的可比性。
此外，GPS 有限的高程精度也是影响两类结果可比性的原因之一。
表1 19个GPS 点上DInSAR 与GPS 形变结果对比GPS 点名纬度(deg) 经度(deg) GPS (cm)DInSAR(cm)差异(cm)A247 24.02044 120.40778 -8.3 -8.1-0.2 AF09 24.03731 120.51428 -9.5 -8.8-0.7 AF13 23.94653 120.69767 -16.5 -15.9 -0.6 AF14 24.01502 120.64324 -17.4 -17.2 -0.2 AF15 24.09426 120.64775 -12.2 -15.2 +3.0 AF16 24.03643 120.66834 -19.2 -21.3 +2.1 AF17 24.15659 120.63185 -13.7 -15.4 +1.7 AF18 24.21601 120.52691 -8.4 -8.4 0.0 AF21 24.21644 120.57254 -12.6 -10.6 -2.0 AF26 24.22169 120.65141 -15.0 -13.9 -1.1 AF28 24.01601 120.60064 -10.9 -11.5 +0.6 G090 24.31193 120.56194 -6.9 -7.3 +0.4 G091 24.37942 120.58882 -5.4 -5.7 +0.3 G103 24.26055 120.71809 -17.1 -15.4 -1.7 M326 24.25417 120.57509 -10.4 -9.5 -0.9 M428 24.32745 120.62201 -11.2 -10.2 -1.0 M904 24.29847 120.60678 -11.3 -10.9 -0.4 TECS 24.35633 120.65511 -7.1 -7.9 +0.8 WNTS 24.13813 120.58446 -9.4-8.9-0.54 InSAR 应用局限性分析与讨论从第二讲中我们已经知道，雷达成像时天线发射的微波信号要穿越大气层且与地表交互作用后被反射回去再由传感器记录下来。