雷达卫星数据 的应用优势及现状

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作模式向用户提供高质量的SAR图像，在多个领域得到较 好应用并逐步发挥着不可替代的作用。
后续即将发射的RADARSAT卫星星座确保用户继续 使用C波段数据。该星座由三颗卫星组成，昼夜覆盖，将 大大缩短重访周期，极大地提高监测频率，有利于雷达遥 感监测技术的应用推广。
图4 RADARSAT-2海南某地水稻种植面积估计
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3. 地表沉降监测 近年来，随着城市化迅速发展、地铁高铁等城市交通 的建设、矿区开采等产生了较为严重的地面沉降，引起大 众的关注。地面沉降造成了极其严重的后果，对环境、工 程建设、居民生活影响越来越大，制约着社会经济可持续 发展。因此，有关部门需要对地面沉降进行监测，进而为 决策部门提供准确参考数据。采用合成孔径雷达干涉测量 技术（InSAR）为沉降监测提供了一种全新的、有效的监 测方式。相对于传统的水准测量和GPS测量，InSAR技术 在大范围、连续性监测等方面具有一定的优势，两者对比 如表4所示。
二、雷达卫星数据的应用优势
王娜
北京环球星云遥感科技有限公司
1. 全天候获取 雷达卫星传感器可不受天气影响，具有穿透云雾、全天时、全天候工作能力。如图1所 示，左图为光学影像，右图为雷达影像。通过对比同一地区获取的光学影像与雷达影像可以发 现光学影像受云雾的影响，部分地物信息被遮挡，但是雷达影像能够穿透云雾获取全面地物信 息，在多云多雨的区域优势更为明显。
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结构信息。 蓝色箭头所指为建设用地在不同极化方式上成像特征
表现。VV极化建筑物结构纹理模糊，而HH极化及其他两种 交叉极化都能较好地表达建筑物的纹理结构。通过理论研究 及实际验证，VV极化均不适合做建筑物的细节信息提取。
实际应用中可根据不同的需求选择合适的极化方式， 综合利用多种极化方式有利于地物分类精度的提高。
作为当前世界上高分辨率雷达卫星之一， R A D A R S AT- 2 具 有 自 身 优 势 和 特 点 。 如 表 3 所 示 ， RADARSAT-2可提供最高1米分辨率的雷达影像，具有全 极化能力和左右视功能，新增宽模式的影像对于大面积监 测更为有效。同时，卫星具有近实时编程服务及近实时交 付能力，可对灾害应急进行快速响应。
2. 农业应用 我国是一个农业大国，为了保障农作物安全稳固生 产，需要对农作物进行常规监测，及时准确地掌握农作物 生长状况，指导农业生产管理，遥感技术无疑是较快且又 行之有效的方式。由于雷达图像具有全天时全天候获取、 对地物含水量较为敏感的特性，雷达遥感监测适用于农作 物监测，包含农作物分类、产量估测等，在农业领域有很 大的应用潜力。 后向散射是雷达图像从定性到定量的一个重要表征。 不同的农作物类型，由于其植株高度、密度、含水量等发 生变化引起SAR图像后向散射不同。 全极化雷达数据极大地丰富了地物雷达波的散射信 息，有利于提高农作物分类和识别精度。多时相雷达数据 可以识别作物的播种期、生长期及成熟期，从而对农作物 的生长状况、产量做出估计。 图4所示为海南某地区水稻种植面积估算结果，采用 2009年8月28日至2011年8月18日间27景RADARSAT-2时间 序列Spotlight聚束模式数据。其中，（a）是对所有时间序 列数据取最小后向散射值，得到的是水稻种植前的土地形 态，（b）是对所有时间序列数据取最大后向散射值，得 到的是水稻生长茂盛时期土地形态。通过两个图像比值， 即可估算水稻的种植面积，进而进行产量估算。
表2 RADARSAT卫星现状及星座计划
RADARSAT-1卫星1995年发射，设计寿命为5年，实 际运行了近18年，为政府、科学研究及商业用户提供大量 数据，在海洋、国土等领域做出了重要贡献。
RADARSAT-2卫星2007年发射，设计寿命为7年，预 计可达12年。RADARSAT-2自发射以来，以成熟的商业运
图6 峰峰矿区沉降监测局部区域雷达视向沉降量
4. 应急响应 灾害发生时，相关决策部门需要及时、准确地掌握灾 情及动态变化情况。卫星遥感及航空遥感是当前获取灾害 信息的有效途径，但一般灾害发生时会伴有恶劣的天气状 况，光学卫星获取困难，雷达遥感穿透云雾、全天时、全 天候的工作能力弥补了光学卫星的不足，为应急快速响应 提供了一种新的技术支持和应急保障。 RADARSAT-2雷达卫星在应急响应机制方面具有很大 的优势，主要体现在： ◎紧急编程服务（4-12小时）：在应急响应事件 中，可快速进行卫星获取计划编程，以满足处理紧急情 况的需要。 ◎近实时交付能力（2-4小时）：数据接收后2-4小时 可以交付产品，可对灾害应急进行快速响应。在刚刚过去 的4.20雅安地震中，RADARSAT-2在震后24小时内获取了 3米高分辨率雷达卫星影像，为相关部门做出紧急救援方 案提供了帮助。 目前，越来越多的部门、行业意识到雷达卫星数据 在应急响应中的重要作用，并将雷达卫星遥感应急技术 列入紧急预案之一，在事故发生后采用紧急编程获取雷 达卫星影像，以期尽快获取事故区域影像，提取信息辅 助领导决策。
当前，在轨运行的高分辨率雷达卫星包括德国的 Te r r a S A R - X 、 意 大 利 的 C O S M O - S k y M e d 及 加 拿 大 的 R A D A R S AT- 2 。 这 三 颗 高 分 辨 率 雷 达 卫 星 的 最 高 分 辨 率 达1米，可以投入民用，极大地推动了雷达遥感处理及技 术研究的发展。雷达遥感卫星的发展概况如表1所示。总 体来说，SAR系统已完成多波段（X-C-S-L）覆盖、低分 辨率向高分辨率过渡、单极化到全极化突破，将全面进
图2 SAR图像不同极化方式地物响应
3. 纹理细节清晰 雷达影像可以较好的表达地物的纹理特征，有利于地 物目标解译和识别。 4. 对地物参数变化敏感 由于雷达图像的特殊成像原理，地物含水量、含盐量 等差异可以通过图像明显反映，因此，通过雷达图像进行土 壤含水量反演等已成为当前雷达遥感应用关注的方向之一。
五、雷达数据的应用现状
雷达卫星遥感的独特优势，使其在多个领域中得到较 好应用，尤其在海洋溢油监测、农作物监测、地表沉降监 测、应急响应等方面已经在逐步尝试，并得到较好的应用 结果。
1. 海洋溢油监测 海洋溢油是最常见的海洋污染之一，是破坏海洋环境 和海洋生态平衡的主要污染源。因此，需要对海洋溢油进 行常规监测，以便及时、准确的掌握溢油影响范围及发展 趋势。雷达卫星遥感采用微波，其波长较长，受天气影响 较少。采用雷达卫星遥感监测海洋溢油已被证实了其探测 的技术可行性，目前已作为海洋溢油常规监测行之有效的 监测手段。RADARSAT-2可在卫星过境以后的2-4小时内 提供卫星影像，可满足海洋溢油监测时效性的要求。 近年来，我国沿海发生三次重大溢油事故：2008年广 西北部湾管道溢油事故、2010年大连新港7.16溢油事故、 2011年蓬莱19-3油田溢油事故，引起相关领域管理部门的 高度重视。 如图3（a）所示为采用RADARSAT-2 Standard模式数 据蓬莱溢油事故监测结果；图3（b）为采用RADARSAT-2
入高分辨率、多波段、多模式、多极化的工作阶段。其 中 ， R A D A R S AT- 2 雷 达 卫 星 以 其 全 极 化 测 量 能 力 使 S A R 数据在极化方式上有了突破性的改善，以下介绍中以 RADARSAT-2为例来说明目前的雷达卫星数据的具体应用 方向。
表1 雷达遥感卫星的发展
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雷达卫星数据
的应用优势及现状
李晓芳
北京环球星云遥感科技有限公司
一、综述
随着信息技术和传感器技术的飞速发展，遥感数据的获取方式逐渐多元化。目前，光学影 像已经被大众广泛认知，其应用较为成熟，而雷达图像因其特殊的成像方式和图像特征，应用 程度较低。
近年来，TerraSAR-X、CosmoSky-Med及RADARSAT-2三颗高分辨率雷达卫星相继成功发 射，人们开始探索星载高分辨率雷达的应用优势。随着各行业对雷达遥感成像优势及雷达遥感 技术可行性的深入了解，目前雷达遥感技术已经在某些业务领域发展成为常规的、必不可少的 监测手段。
图5 峰峰矿区沉降监测差分干涉条纹图
六、结语
雷达卫星数据因其主动成像特性，具有全天时、全 天候获取能力，能够弥补光学的不足，已经在多个行业 领域得到较好应用。高分辨率雷达遥感卫星在分辨率、 波束模式、极化方式上都有了突破性改善，极大地推动 了雷达遥感处理及技术研究的发展。雷达遥感技术日趋 成熟，能够在一些行业应用领域实现业务化监测，应用 前景更加广阔。
图1 光学影像与雷达影像对比图
2. 极化信息丰富 雷达卫星传感器可提供单极化、双极化及全极化等多种极化影像。通过不同的极化方式组 合及处理，可以从雷达图像中提取较多的地物参数信息。如图2所示为不同极化方式下SAR图像 的地物响应。 红色箭头所指为耕地在不同极化方式上成像特征表现。通过对比可以看出，HH极化耕地 纹理特征及边缘特征信息损失较大，但是VV极化及两种交叉极化都可以较好的表达田埂等纹理
四、RADARSAT雷达卫星系列
R A D A R S AT 雷 达 卫 星 系 列 包 括 ： R A D A R S AT- 1 卫 星、RADARSAT-2卫星及后续即将发射的RADARSAT卫 星星座，如表2所示。
三、雷达遥感卫星的发展阶段
近年来，雷达遥感卫星迅速发展。从1994年美国国家 航空航天局（NASA）航天飞机搭载L、C波段的传感器， 到2002年欧洲空间局（ESA）发射C波段ENVISAT-ASAR 卫星再到2006年日本发射L波段ALOS-PALSAR卫星等， 这些卫星为早期雷达遥感技术应用提供大量研究数据，为 雷达遥感技术发展做出重要贡献。
表4 雷达遥感沉降监测与传统沉降监测方法对比
InSAR技术是通过获取地面同一目标区域满足干涉条 件一定数量的SAR影像，利用相位信息及成像几何关系， 通过一定的数据处理，提取目标区域的形变信息。InSAR 技术沉降形变监测精度可达厘米级甚至毫米级。
图5所示为峰峰矿区沉降监测差分干涉结果，采用 2011年1月9日与2011年2月2日RADARSAT-2多视精细宽模 式数据，从图中可以看出矿区出现较多的沉降漏斗区域。 图6所示为得到的矿区内局部区域（图5红色框标注）雷达 视向沉降量，经统计矿区24天内平均沉降量约为6-10cm。
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Wide模式数据渤海溢油监测结果。从监测结果可知，利用 雷达图像进行溢油监测能够取得较好的效果，同时结合对 应的风场信息等，还可以初步判定海洋溢油的扩散方向和 速度。
（a）蓬莱溢油/Standard/20110618
（b）渤海/Wide/20120711
图3 RADARSAT-2海洋溢油监测
表3 RADARSAT-2雷达卫星优势