雷达干涉测量技术与地震周期监测

介绍了国内外利用雷达干涉测量技术监测地震周期（同震、震间、震后）各个阶段地表形变的最新研究成果,分析了现阶段利用雷达干涉测量技术研究地震周期存在的主要问题,并展望该领域今后的发展方向和研究重点。     

宽幅InSAR大地测量学与大尺度形变监测方法

随着人们对大尺度地形信息与地表环境变化监测需求的提升,以及哨兵1号（Sentinel-1A）、大地2号（ALOS-2）等合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）卫星的宽幅模式数据不断获取,宽幅雷达干涉测量（SAR interferometry,InSAR）技术已成为大尺度地形测绘、地球动力学（地震、火山、滑坡等）与人工地物结构健康监测等领域的研究热点。分析了两类宽幅SAR数据,即扫描（ScanningSAR,ScanSAR）模式与逐行扫描地形观测（terrain observation by progressive scans SAR,TOPSAR）模式开展干涉测量的主要限制条件与解决方法,探讨了宽幅InSAR形变监测关键误差估计与改正方法、时间序列分析技术与方位向位移观测技术,并给出2008年矩震级Mw 7.1新疆于田地震同震、震后形变监测应用。随着宽幅SAR数据的不断积累,宽幅InSAR大地测量学有望得到深入发展与应用。     

DInSAR技术监测玉树地震同震形变场的研究

近二十年来,合成孔径雷达干涉测量技术（DInSAR）作为一种监测地表形变的有效技术得到广泛应用,其视线向精度可达厘米级甚至毫米级。该技术尤其是对监测快速、激烈的地表形变更为有效,如地震、火山等。利用DInSAR技术,选用日本ALOS卫星PALSAR数据,获取了2010—04—14玉树Mw6．9地震的同震形变场。结果表明：地表至少发生过3次地表破裂,沿断层走向的形变分布范围远远大于垂直断层分布范围,形变分布特征以左旋走滑为主。     

地基干涉雷达IBIS-S桥梁动态形变监测研究

简述了地基干涉雷达系统用于动态形变监测的基本原理,提出了针对地基干涉雷达监测数据特点的桥身局部相对形变分析方法。结合桥梁静载试验形变过程进行分析,说明了该方法在实际桥梁结构安全监测中的可行性。     

利用InSAR数据的汶川地震形变场提取及分析

以2008年5月12日发生在中国四川的Mw 7.9级汶川地震为研究对象,由于汶川地震发生在植被覆盖茂密、地形起伏大的龙门山山区,常规的C波段雷达在这些区域几乎得不到任何有意义的信号,采用日本JAXA的L波段ALOS/PALSAR覆盖震区的震前和震后6个条带的卫星数据,以SRTM-DEM数据作为外部DEM,利用GAMMA软件进行二通差分干涉测量处理,获取了覆盖震区的同震形变场;并使用国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”项目组公布的震区GPS同震观测结果,与InSAR观测结果进行了比较分析,表明两者之间具有很好的一致性,通过传统差分干涉获取到的形变量精度可以达到cm级。     

星载宽幅SAR干涉测量研究

星载宽幅SAR也称为ScanSAR,其干涉测量是一种宽测绘带的三维测高和变形监测模式。本文介绍了ScanSAR模式(Wide Swath Mode,WSM模式)干涉测量及其与IM模式(Image Mode)联合干涉测量的方法,提出ScanSAR干涉数据处理的具体实现方案,并通过实例验证了ScanSAR干涉测量不仅能得到与IM模式同样的监测结果,而且其覆盖面较广,易发现大范围的变形,尤其是大区域的缓慢形变。     

利用InSAR研究西藏拉孜地震同震形变

采用欧空局ERS—1卫星雷达数据获取了1993年Mw 6.2级西藏拉孜地震同震形变场,并采用弹性位错模型反演了该地震的断层参数。结果显示该地震产生的最大地表位移约为12 cm,断层倾角为42°,不支持该断层为低角度正断层的论断。     

青海玉树地震差分干涉雷达同震形变测量

2010-04-14青海玉树发生7.1级地震后,作者利用震前和震后获取的日本ALOS卫星PALSAR遥感数据,开展了差分干涉雷达(D-InSAR)地震同震形变测量与分析。结果表明:玉树地震引起较大范围地表变形,地震变形沿玉树—甘孜断裂带向南东东方向扩展,在N33.7°,E96.81°附近达到最大形变量,D-InSAR监测到雷达视向上的最大形变量为35cm。地表形变特征对于评价玉树地震破坏程度、推断断层性质、研究地震形变和地震孕育特征具有重要的参考价值。     

永久散射体与短基线雷达干涉测量在城市地表形变中的应用

在介绍永久散射体与短基线集雷达干涉测量方法的基础上,以辽宁省盘锦市为例,运用两种方法研究了其市区地表形变特征。对比升降轨永久散射体方法与短基线方法所得到的形变平均速率和时序分析可知,两种方法所得的研究区域的地表形变趋势较为可靠,且以垂直沉降为主,新城区是最大沉降区域,最大下沉速率达20 mm/a,其他区域较为稳定。     

DInSAR技术对地震同震形变场的研究

合成孔径雷达差分干涉测量（DInSAR）可用于监测厘米级或更微小的地表形变,以揭示许多物理现象,如地震形变、火山运动、大气变化、冰川漂移、地面沉降以及山体滑坡等。DInSAR作为一种新型的空间对地观测技术,具有不受时间和空间的限制、对地物具有一定的穿透性等传统测量所不可比拟的优势,已得到较为广泛的应用。简要介绍DInSAR技术的基本原理及其处理流程,以Barn地震为例提取Bam地震的同震形变场。     

ENVISAT ScanSAR干涉数据处理研究

ScanSAR干涉测量是一种三维测高模式,而且ScanSAR模式也是SAR卫星的一种工作模式,且具有宽覆盖、大范围和重返周期短的优点。本文结合ScanSAR的工作原理及特点,分析了ScanSAR的成像算法,针对ScanSAR的数据处理的关键点,提出了采用分字条带处理的方法来剔除轨道误差,消弱拼接、大地水准面差距、大气效应的误差。在此基础上,使用GAMMA软件给出处理流程,然后通过对ENVISAT卫星的青藏高原宽幅数据的处理,进行实验对比,证明该方法的有效性,并为ScanSAR干涉测量的进一步研究提供了重要的科学参考。     

九寨沟Ms7.0地震的同震形变场误差研究及断层滑动分布反演

北京时间2017年8月8日四川省九寨沟发生Ms7.0级地震。为了提高断层滑动分布反演的可靠性,本文利用升降轨InSAR数据联合反演断层滑动分布,再根据模拟形变值二次反演,对比反演结果来探讨升降轨形变场误差和确定断层滑动分布的结果。结果表明,九寨沟升轨同震形变场的质量较好,降轨形变场受余震、震后粘弹性松弛效应影响明显,利用模拟形变值二次反演确定的断层滑动分布可靠性更高。     

利用ALOS数据获取汶川MS8.0地震的震前形变

利用合成孔径雷达干涉测量的短基线技术对汶川震前的地表形变进行面状监测。获取的是日本卫星L波段的ALOS PALSAR传感器拍摄的卫星数据。在Gamma软件处理下,将2007年6月至2008年5月的时隔320 d的6景数据,利用stacking技术得到汶川震中地区在震前一年内的变形速率。变形特征表明,沿着汶茂断裂带呈“凸”字形分布特征,断裂带处最大隆升值达24 cm,断层两侧出现下降的趋势,在绵虒镇附近达到最大沉降值22 cm。与前人用D-InSAR所做出的研究结果相比,二者具有很好的一致性。     

日本2011 Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的同震形变及其滑动分布反演:GPS和InSAR约束

利用覆盖整个日本东北部的3个条带的Envisat/ASAR降轨数据和6个条带的ALOS/PALSAR升轨数据,通过二通差分干涉处理,首先得到了2011年日本Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的初步同震形变干涉结果,然后,利用GPS同震观测值对InSAR结果进行校正和基准统一。在此基础上,采用弹性半空间矩形位错模型,联合GPS和InSAR观测结果对同震滑动分布进行反演,获取了发震断层的断层滑动分布。结果显示,此次地震的滑动分布主要发生在40～50km深度范围内,最大滑移量为50.3m,释放的能量为3.20×1022 N·m(相当于Mw 8.94级)。     

汶川地震震后形变的GPS反演

通过对汶川地震后震区附近的GPS连续站资料的高精度数据处理,获得各测站的时间序列。利用时间序列分析,求得震后松弛时间约为38d,并获得各测站的震后位移。基于粘弹性松弛模型,对震后位移进行了模拟,反演出龙门山地区地壳的弹性层厚度的最佳估值为45km,粘弹性层的粘滞系数的最佳估值为1.8×10¹⁹ Pa.s,该结果与地震学以及地球物理学等给出的结果基本一致。     

GB-InSAR监测大型露天矿边坡形变

2023-02-22,中国内蒙古自治区新井露天矿发生大面积坍塌事故,造成重大人员伤亡。为了全面获取新井露天矿的地表形变信息及灾前形变特征,采用全散射体合成孔径雷达干涉测量（full scatterer interferometric synthetic aperture radar,FS-InSAR）技术,利用2021-09-09—2022-08-11的24期哨兵1号雷达影像,对该露天矿开展了精细化监测。结果表明,对于低相干露天矿地区,FS-InSAR技术能够获取全域精细的地表形变信息,监测点密度可达4 758个/km²;2022年2月以后,坍塌体底部开始出现加速失稳的形变异常先兆特征,南帮西侧底部形变最为严重,多处形变速率超过200 mm/a,存在较大坍塌风险。卫星InSAR技术可以全面掌握露天矿的形变空间分布及灾前时序变化特征,对于矿区安全生产具有重要意义。

     

永久散射体雷达干涉测量技术

论述了永久散射体干涉测量(permanent scatterer interferometry, PSI)产生的背景和基本原理,并介绍了其应用实例,讨论了PSI的技术特点和今后的发展方向。