雷达差分干涉测量技术及其应用研究——以1997年西藏玛尼7.9级地震区域形变测量为例

雷达差分干涉测量是一种最新的大地形变测量遥感技术方法，本文对差分干涉技术的原理及具体实现进行了深入研究，并讨论了差分干涉测量结果的误差。利用欧洲空间局1996年4月15日获取的ERS-1数据和4月16日获取的ERS-2数据，以及1997年12月2日获取的ERS-2数据，应用差分干涉测量技术对发生于1997年11月8日的西藏玛尼地震进行了提取区域形变场的应用研究，从得到的变化检测条纹图中可识别出地表破裂带，还可定量推算震中周围和两条断裂带附近的变形情况，差分干涉测量结果与地面调查符合得很好。     

利用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测伊朗Bam地震同震形变场

介绍了差分干涉测量的原理、差分干涉数据对的选取方法,以及三轨法差分干涉测量数据处理的流程.利用星载合成孔径雷达差分干涉(D-InSAR)测量技术和ENVISAT ASAR雷达数据对2003年12月26日伊朗Bam 6.5级地震引起的地表形变场进行了测量试验,成功地获取了Bam地震的蝴蝶状的同震形变场生成了地表形变的等值线图,并且根据相干图确定了地震造成破坏最严重的区域的位置、分布及面积.试验证明D-InSAR技术是地表形变测量和地震研究的一个强大和有效的工具.     

基于D-InSAR的1993-1995年苏州市地面沉降监测

本文利用欧洲空间局ERS-1/2 SAR数据,通过SAR差分干涉测量(D-InSAR)处理得到1993-1995年苏州市地面沉降场测量值.地面水准测量数据的验证分析表明,差分干涉测量值与水准测量值的相关度达0.943,标准误差均值为0.1706.雷达差分干涉测量精度可达5mm(以水准测量代表地面形变的真实情况).研究结果表明,D-InSAR技术进行城市地面沉降方面监测和时空演化特征研究具有很大的优势,同时可用于其它类型城市地质灾害的监测.     

基于D—InSAR的1993—1995年苏州市地面沉降监测

本文利用欧洲空间局ERS-1/2 SAR数据，通过SAR差分干涉测量（D-InSAR)处理得到1993-1995年苏州市地面沉降场测量值。地面水准则测量数据的验证分析表明，差分干涉测量值与水准则值量值的相关度达0.943，标准误差均值为0.1706。雷达差分干涉测量精度可达5mm（以水准则量代表地面形变的真实情况）。研究结果表明，D-InSAR技术进行城市地面沉降方面监测和时空演化特片研究具有很大的优势，同时可用于其它类型城市地质灾害的监测。     

伊朗巴姆6.5级地震同震形变场的获取与解译

介绍了雷达差分干涉测量的原理,利用星载合成孔径雷达差分干涉测量技术和ENVISAT ASAR雷达数据,成功获取了2003年12月26日发生在伊朗巴姆的6.5级地震引起的同震形变场,通过生成地表形变的剖面图及等值线图,对形变场进行了深入的解译与分析,同时根据相干图确定了地震造成破坏最严重区域的位置、分布及面积.     

干涉雷达在获取地震同震位移场中的应用

给出了干涉雷达位相构成的表达式,其次对干涉雷达的数据处理方法进行了比较分析并且对一些数据处理应注意的问题进行了阐述;最后以1997年11月8日西藏玛尼发生的7. 5级地震前后的ERS-1/2干涉雷达数据为基础,介绍了干涉雷达在获取西藏玛尼地震同震位移场中的应用。     

ERS卫星雷达干涉测量:1999年台湾集集大地震震前和同震地表位移

1999年集集大地震(Mw=7.6)是20世纪以来台湾岛内最大的地震.在本研究中,5个不同时间获取的ERS-1/2卫星合成孔径雷达图像被组合,并被处理成多个差分干涉图,以此来考查与该地震相关的地表位移场.这些差分干涉图(空间分辨率为50m×50m)详细地揭示了沿台湾西海岸震中附近150km2陆地范围内的震前和同震地表形变.几个具有较长时间(2-3a)跨度的震前干涉图呈现出高度的相关性和一致性,并均显示出约1个干涉条纹,相当于沿kd 雷达视线方向的地表位移在空间尺度上呈相对总量为28.3mm的分布;而具有短时间跨度(0.5-la)的同震干涉图呈现出显著的反映地震形变的干涉条纹(9-10个条纹),相当于沿雷达视线方向的地表位移在空间尺度上呈相对总量为25.5-28.3cm的分布,这些由干涉处理所得到的形变观测结果与GPS测量结果吻合程度很高(相关系数达0.95),证实了干涉形变精度可达1cm.特别地,这些高分辨率的同震形变干涉结果可以为该地震的物理机制解释提供极好的观测数据,同时也展示了使用短波段InSAR监测长时间累积的微小震前地表位移是可能的.     

利用NOAA-16/FY-1C和ASAR数据纠正大气水汽对重轨星载D-INSAR的影响

大气水汽影响一直是造成重轨星载合成孔径雷达差分干涉测量监测结果不确定性的一个重要因素.本文以地表形变速率稳定的延怀盆地为试验区,利用ASAR数据得到该区域的差分干涉处理结果,利用与ASAR数据获取时间相近的NOAA_16/FY_1C数据对该区域的大气水汽含量进行了反演.通过这些结果,对差分干涉处理结果中大气水汽的影响进行了去除.去除大气水汽影响后得到的地表形变结果与野外考察实测结果基本吻合,从而验证了该方法的可行性.     

永久散射体雷达差分干涉应用于区域地表沉降探测

永久散射体干涉测量技术可以克服常规干涉方法在区域地表形变测量中的雷达信号失相关和大气延迟影响. 本文对基于永久散射体的干涉处理全过程进行了分析, 基于差分相位的两个主要特性: 沉降信号时序相关、地形相位与空间基线成比例, 提出构建PS网络, 并采用间接观测平差法估计沉降速度网和高程修正网的全局最优解. 实验选取上海地区近10年间的ERS-1/2卫星C波段SAR数据进行干涉处理, 在永久散射体上分离形变信号、高程修正和大气分量, 并最终提取上海地区高分辨率地面沉降速度场, PS结果与地面精密观测成果吻合较好.     

基于SRTM DEM的二路重轨DINSAR地震形变探测--以2001年昆仑山口西MS8.1大地震震中为例

雷达差分干涉测量（DINSAR）技术能够精确测量雷达视线向的地表形变量的特性，使其成为一种新兴的地表形变遥感测量方法。2001年11月14日发生的昆仑山口西8．1级大地震是近50年来发生在我国大陆的最大规模地震。地震造成的断裂带长度约350km。文中以断裂带最西端的震中地区为实验区，选取多时相ERS-2 SAR影像和航天飞机SRTM DEM数据，采用二路重轨雷达差分干涉处理方法提取了地震形变信息并进行了对比验证。研究结果表明，采用外部DEM的二路差分方法在地形起伏大的高山地区较为有效，且昆仑山地震太阳湖南侧地震破裂带是左旋性质的。     

星载合成孔径雷达海浪遥感测量

与传统测站式海浪测量不同,具有高空间分辨率的合成孔径雷达能提供大面积海浪的二维波场特性,是遥感测量海浪场的新手段,其使用的微波可穿透云层,因而测量不受恶劣天气的影响.在合成孔径雷达海浪成像机理的基础上建立了遥感测量二维海浪谱及相关海浪要素的模式和算法.从台湾东北部海域海浪的ERS-1 SAR图像中获得了二维海浪谱及海浪的波高、波长和波向等特征参数,与实测资料相比,其中波高和波向的误差分别为0.2 m和2.0°.     

干涉成像雷达(INSAR)技术及其应用现状

介绍了干涉成像雷达（ＩＮＳＡＲ）技术的发展历史、基本原理和关键技术,以及星载ＩＮＳＡＲ的处理流程,还介绍了主要的应用领域,特别是ＩＮＳＡＲ在确定兰德斯地震位移场中的应用。说明ＩＮＳＡＲ在三维信息获取及地壳形变监测方面具有良好的应用前景     

星载合成孔径雷达遥感技术的地学应用

合成孔径雷达(SAR)因其具有全天时、全天候成像能力及对地物有一定穿透力等独特的优点,已成为地学研究的一个重要手段．本文对合成孔径雷达成像机理及遥感图像特征做简要介绍,对新兴起的合成孔径雷达干涉测量(INSAR)技术做简要描述,并就SAR在地学研究中的应用领域进行了列举,展示了合成孔径雷达技术在地学研究中的重要作用．     

Detection of macroalgae blooms by complex SAR imagery

Increased frequency and enhanced damage to the marine environment and to human society caused by green macroalgae blooms demand improved high-resolution early detection methods. Conventional satellite remote sensing methods via spectra radiometers do not work in cloud-covered areas, and therefore cannot meet these demands for operational applications. We present a methodology for green macroalgae bloom detection based on RADARSAT-2 synthetic aperture radar (SAR) images. Green macroalgae patches exhibit different polarimetric characteristics compared to the open ocean surface, in both the amplitude and phase domains of SAR-measured complex radar backscatter returns. In this study, new index factors are defined which have opposite signs in green macroalgae-covered areas, compared to the open water surface. These index factors enable unsupervised detection from SAR images, providing a high-resolution new tool for detection of green macroalgae blooms, which can potentially contribute to a better understanding of the mechanisms related to outbreaks of green macroalgae blooms in coastal areas throughout the world ocean.     

Conceptual study of lunar-based SAR for global change monitoring

As an active microwave remote sensing imaging sensor, Synthetic Aperture Radar (SAR) plays an important role in earth observation. Here we establish a SAR system based on the platform of the moon. This will aid large-scale, constant, and long-term dynamic Earth observations to better meet the needs of global change research and to complement the space borne and airborne earth observations. Lunar-based SAR systems have the characteristics of high resolution and wide swath width. The swath width could be thousands of kilometers in the stripe mode and it could cover 40% of earth’s surface with 10 meters or even higher spatial resolution in the scanning mode. Using the simplified observation model, here we quantitatively analyze the spatial resolution and coverage area of lunar-based SAR and simulate the observation on the Qinghai-Tibet plateau and the Amazon plain. The results show that this system could provide near 100% daily coverage of the Qinghai-Tibet plateau, whereas 40% to 70% daily coverage of the Amazon plain. Lunar-based SAR could provide large-scale, long-term and stable time series data in order to support future research of global change.     

Ocean surface wave measurements from fully polarimetric SAR imagery

A new method for the retrieval of ocean wave parameters from SAR imagery is developed,based on the shape-from-shading(SFS)technique.Previously,the SFS technique has been used in the reconstruction of 3D landform information from SAR images,in order to generate elevation maps of topography for land surfaces.Here,in order to retrieve ocean wave characteristics,we apply the SFS methodology,together with a method to orient the angular measurements of the azimuth slope and range slope,in the measurement of ocean surface waves.This method is applied to high resolution fine-quad polarization mode(HH,VV,VH and HV)C-band RADARSAT-2 SAR imagery,in order to retrieve ocean wave spectra and extract wave parameters.Collocated in situ buoy measurements are used to validate the reliability of this method.Results show that the method can reliably estimate wave height,dominant wave period,dominant wave length and dominant wave direction from C-band SAR images.The advantage of this method is that it does not depend on modulation transfer functions(MTFs),in order to measure ocean surface waves.This method can be used in monitoring ocean surface wave propagation through open water areas into ice-covered areas,especially the marginal ice zone(MIZ)in polar oceans.     

Identifying storm-induced wave origins using SAR wave mode data

Because of weak dissipation effects, swells generated by fierce storms can propagate across an entire ocean basin; therefore, observing swell generation and decay and retrieving storm characteristics from a swell by satellite remote sensing are possible. In this study, based on the dispersion relation and geometrical optics principle, we used SAR wave mode data from 2003 to 2010 provided by GlobWave to track swells with peak wavelengths of more than 300 m to locate a storm-generated far-traveling swell and present the swell field related to this “static” origin. Through a comparison with ECMWF wind datasets, we conducted validations and explored some conditions that cause misjudgments in swell origins. Finally, we obtained the spatiotemporal distribution characteristics of satellite-observed swell origins (i.e., the fierce wind condition) and their evolution. This work can be used as a reference for wave models, providing early swell warnings, determining air-sea surface interactions, and determining global climate change.     

提取地震同震形变场特征的最佳雷达波段问题研究

利用弹性形变模型, 并以走滑型断层为例, 对地震同震形变场进行了模拟研究。 结合雷达成像几何关系, 得到干涉雷达的LOS向形变场以及干涉相位条纹图像。 对比分析了不同雷达波段(X波、 C波、 L波)以及不同雷达入射角(30°和50°)的同震形变场和干涉相位图。 结果表明, 同一雷达波段不同雷达入射角的LOS向形变场会有不同的效果, 入射角逐渐增大时, LOS向形变量随之增大, 体现了发震断层走滑特征; 采用不同雷达入射角, 其探测到的地表形变垂向分量和水平分量信息量不同, 表明入射角较大或较小时能够分别较好地对地表形变的水平变化和垂向变化进行监测; 同一雷达入射角, 不同雷达波段的干涉相位条纹有明显区别, 波长越短, 干涉条纹越密集, 容易出现去相关现象, 长波长的干涉相位条纹比较清晰。 从某种意义上讲, 尽管长波长的干涉相位反映地表形变信息的细节会减少, 但受噪声影响较小, 抗干扰性能较短波长的强, 干涉像对相干性高。 地表形变表现为长期缓慢的小幅度渐变性形态, 也表现为短期迅速的大面积突发性形态。 不同雷达波长探测到的地表形变有效信息不同, 为了更好地利用干涉雷达对各种尺度和不同变化速率的地表形变进行监测, 需要在满足精度的条件下尽可能地选择波长较长及多样化的雷达数据。