測量地球的新利器—InSAR技術
近幾年地面下沉、礦山塌陷、地裂縫、滑坡等名詞經(jīng)常出現(xiàn)在大眾的視野，這些災害的發(fā)生都有不同程度的地表形變出現(xiàn)，那地球因為微震或者人類活動產(chǎn)生的地表微小形變能夠測量嗎？InSAR（合成孔徑干涉雷達測量）技術的出現(xiàn)回答了這個問題。作為大范圍、可回溯、非接觸的地表形變調(diào)查與監(jiān)測的高效手段，InSAR已成為目前研究熱點。從名字來看，InSAR由In和SAR兩部分組成，具體是什么呢，我們來解讀一下。
一、SAR（合成孔徑雷達）
SAR是輻射源（如衛(wèi)星）沿著一定方向不斷移動，在不同位置上接收同一地物的回波信號并進行相關解調(diào)壓縮處理的側(cè)視雷達。合成孔徑就是衛(wèi)星接收同一地物這段時間在軌道上行駛的距離。SAR獲取數(shù)據(jù)不受氣象條件影響，能夠長時間、大范圍的對地表進行穩(wěn)定、連續(xù)的觀測，通過提供與地物散射特性有關的幅度、相位、頻率和極化等豐富信息，揭示地學現(xiàn)象的時空變化規(guī)律，具有巨大的應用潛力。
二、In（干涉）
干涉是InSAR技術的核心，為什么要干涉成像呢？
當我們讓衛(wèi)星環(huán)繞地球一圈對地球表面進行掃描，如果只對地球表面掃描一次得到回波，那只能得到絕對的振幅和相位信息，因為地表散射體從形狀和分布上錯綜復雜，我們很難從一次回波信息中提取散射體的位置和高度。如果衛(wèi)星連續(xù)兩次甚至多次掃描同一目標，并且假設兩次掃描期間地表沒有發(fā)生任何形變，我們就可以從中求解地形起伏信息。這是InSAR第一個應用，求取標準地形模型（DEM）。如果兩次掃描同一地區(qū)期間，假設地表沒有發(fā)生任何形變，但實際地面發(fā)生了地震或者人為活動導致的地表下沉等，那通過已有的精細DEM消除地形影響就能得到地表的微小形變，這是InSAR的第二個應用，測量地表形變。
一、SAR（合成孔徑雷達）
SAR是輻射源（如衛(wèi)星）沿著一定方向不斷移動，在不同位置上接收同一地物的回波信號并進行相關解調(diào)壓縮處理的側(cè)視雷達。合成孔徑就是衛(wèi)星接收同一地物這段時間在軌道上行駛的距離。SAR獲取數(shù)據(jù)不受氣象條件影響，能夠長時間、大范圍的對地表進行穩(wěn)定、連續(xù)的觀測，通過提供與地物散射特性有關的幅度、相位、頻率和極化等豐富信息，揭示地學現(xiàn)象的時空變化規(guī)律，具有巨大的應用潛力。
SAR數(shù)據(jù)獲取方式包括星載、機載和地面?zhèn)鞲衅鳌Ｐ禽d是目前應用最廣且應用效果較好的方式，常用的星載SAR數(shù)據(jù)包括歐空局的Sentine1、日本的ALOS-2、意大利的Cosmo-Skymed、加拿大的RADASAT2、德國的Terrasar-X以及中國的GF-3等。具體參數(shù)如下：
| 數(shù)據(jù)源 | 基本參數(shù) | 應用方向 | 獲取方式 |
| Sentine1 |
C波段、多極化 4種工作模式（SM、IW、EWS、WV） 分辨率5*20米 |
地表形變 大范圍資源監(jiān)測 |
免費，中國區(qū)提供IW模式 |
| ALOS-2 |
L波段、多極化、 3種工作方式、6種成像模式 最高分辨率1米 |
地表形變 資源監(jiān)測 |
付費 |
| Cosmo-Skymed |
X波段、多極化、多入射角 3種工作方式、5種成像模式 最高分辨率1米 |
地表形變 高分辨率資源監(jiān)測 |
付費 |
| RADASAT2 |
C波段、多極化 3種工作方式 最高分辨率3米 |
地表形變 高分辨率資源監(jiān)測 |
付費 |
| Terrasar-X |
X波段、多極化、多入射角 4種成像模式 最高分辨率1米 |
地表形變 高分辨率資源監(jiān)測 |
付費 |
| GF-3 |
C波段、多極化 12中成像模式 最高分辨率1米 |
資源監(jiān)測（大范圍或局部高分辨率） | 各省衛(wèi)星中心 |
干涉是InSAR技術的核心，為什么要干涉成像呢？
當我們讓衛(wèi)星環(huán)繞地球一圈對地球表面進行掃描，如果只對地球表面掃描一次得到回波，那只能得到絕對的振幅和相位信息，因為地表散射體從形狀和分布上錯綜復雜，我們很難從一次回波信息中提取散射體的位置和高度。如果衛(wèi)星連續(xù)兩次甚至多次掃描同一目標，并且假設兩次掃描期間地表沒有發(fā)生任何形變，我們就可以從中求解地形起伏信息。這是InSAR第一個應用，求取標準地形模型（DEM）。如果兩次掃描同一地區(qū)期間，假設地表沒有發(fā)生任何形變，但實際地面發(fā)生了地震或者人為活動導致的地表下沉等，那通過已有的精細DEM消除地形影響就能得到地表的微小形變，這是InSAR的第二個應用，測量地表形變。
InSAR是獲取高精度地面高程信息的前言技術之一，技術方法從傳統(tǒng)的D-InSAR（差分干涉測量）到時間序列分析的PS-InSAR（永久散射體）、SBAS（短基線）等越來越成熟，對于地表形變的監(jiān)測能力已經(jīng)達到了毫米級，精度與水準測量相當。
目前，InSAR在DEM更新、地面沉降、滑坡監(jiān)測、城市建筑物穩(wěn)定性評估等方面都有著明顯的優(yōu)勢，特別是各地InSAR技術在滑坡監(jiān)測方面實現(xiàn)了較好的應用效果，已成為地質(zhì)災害早期識別的重要技術之一。
未來隨著SAR系統(tǒng)成像能力的不斷提高和InSAR技術的不斷發(fā)展，如何充分發(fā)掘和利用這些信息仍是重要課題，作為測量地球的新利器，InSAR必將擁有更廣闊的應用前景。
目前，InSAR在DEM更新、地面沉降、滑坡監(jiān)測、城市建筑物穩(wěn)定性評估等方面都有著明顯的優(yōu)勢，特別是各地InSAR技術在滑坡監(jiān)測方面實現(xiàn)了較好的應用效果，已成為地質(zhì)災害早期識別的重要技術之一。
未來隨著SAR系統(tǒng)成像能力的不斷提高和InSAR技術的不斷發(fā)展，如何充分發(fā)掘和利用這些信息仍是重要課題，作為測量地球的新利器，InSAR必將擁有更廣闊的應用前景。
（注明：文章圖片來源互聯(lián)網(wǎng)）
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