INSAR在變形監(jiān)測中應(yīng)用原理--ppt課件

1、基于INSAR進行的變形監(jiān)測簡析簡述： 近年來地震、火山、滑坡和地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害越來越嚴(yán)重地威脅著人類的生存空間，針對這種災(zāi)害而發(fā)展起來的地表形變監(jiān)測和測量技術(shù)就顯得尤為重要。 傳統(tǒng)的開采沉陷監(jiān)測方法是在采空區(qū)上方布設(shè)巖層移動觀測站進行幾何測量，對測量結(jié)果進行分析計算分析得到相關(guān)參數(shù)。盡管近年來測量儀器有了較大改進，可使用數(shù)字水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS 等先進儀器進行地表沉陷觀測，減輕了野外觀測的勞動強度，但是基于離散點的地表移動觀測站方法缺點仍然非常明顯1、離散觀測點在觀測過程中容易受采動破壞而在后期無法觀測，造成觀測成果缺失2、在山區(qū)及沉陷積水區(qū)等地，一些最佳觀測位置觀測者通常難以進入、無法

2、接近，造成觀測成果不理想3、盡管觀測儀器有了大幅改進，但觀測強度和難度依然較大，長時間觀測費用較高4、離散點觀測方法的觀測點總是有限的，其結(jié)果很難反映整體開采沉陷規(guī)律，尤其是整個開采范圍的多環(huán)境要素的影響規(guī)律傳統(tǒng)沉降觀測的缺點： 航空航天遙感技術(shù)作為對地觀測獲取地球空間信息的重要手段，近年來發(fā)展迅猛，不僅能夠快速、大面積測制多種比例尺地形圖，還廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)報、災(zāi)情評估和軍事偵察等領(lǐng)域。 其中合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）以其具有全天候、全天時獲取地表信息的特點，已發(fā)展成為一門不可或缺的對地觀測新技術(shù)。 基于 SAR 發(fā)展起來的合

3、成孔徑雷達干涉測量（InSAR）技術(shù)，自 20世紀(jì)90年代初起就開始在全球及區(qū)域性地形測圖、大尺度地表形變監(jiān)測中得到廣泛的研究和應(yīng)用。與可見光遙感相比，InSAR 實現(xiàn)了遙感技術(shù)對地表變化的幾何測量，可定量化研究自然環(huán)境的活動變化狀況，是傳統(tǒng)光學(xué)遙感技術(shù)和測量手段的有益補充 InSAR 聯(lián)合處理同一地區(qū)的兩景 SAR 圖像，提取對應(yīng)像素位置上的相位差，可以獲取大范圍、高精度地表三維信息和變化信息，其中獲取地表形變的 InSAR 技術(shù)稱為差分合成孔徑雷達干涉測量已發(fā)射的星載SAR平臺InSAR的分類：以星載重復(fù)軌道干涉測量為例介紹 InSAR 技術(shù)的原理：平行基線：垂直基線：干涉圖中任一個像素的

4、相位：則有：地表點t1的高程可以表示為:計算出每個像素的干涉相位 ，結(jié)合衛(wèi)星平臺姿態(tài)數(shù)據(jù)，即可計算出干涉圖中每個像素對應(yīng)的地表高程 z在z=0是忽略高次項，按泰勒級數(shù)展開有： 上式即為忽略大氣延遲相位和 SAR 系統(tǒng)噪聲相位后，干涉圖上任意像素的干涉相位，可以進一步分解為：平地相位：地形相位：兩邊分別對求導(dǎo)，得到干涉圖上相鄰兩像素的相位差為：對照上圖，qs可以表示為：式中：q為 t1、t2兩地面目標(biāo)點在豎直方向上的距離，即高差，s 為t1、t2兩點在斜距向上的距離 上式右邊第一項表示高程變化引起的相位差，右邊第二項表示無高程變化的平地引起的相位差，也可進行分解：平地相位變化分量：地形相位變化分

5、量：有上式可知，平地相位的變化只出現(xiàn)在斜距方向上，表現(xiàn)為與衛(wèi)星平臺飛行方向平行的明暗相間的條紋，且當(dāng)B0 時，從近距點到遠距點隨著斜距R 逐漸增加，平地相位單調(diào)增加，反之平地相位單調(diào)減少。若用 表示相位誤差, 表示干涉測量的高程誤差，則：干涉圖上一個 2 相位對應(yīng)的高程變化量稱為高程模糊度，記作 haInSAR 技術(shù)對地形測量的敏感性較弱 差分雷達干涉測量技術(shù)： 若考慮到衛(wèi)星平臺兩次成像期間，地表點發(fā)生了微小形變，其在斜距向的投影分量記為d，則干涉圖中任一像素的干涉相位還應(yīng)包括:上式可看出：地表形變引起的相位與干涉像對的基線無關(guān)。同時干涉相位還會不同程度地受到大氣延遲效應(yīng)、衛(wèi)星軌道擾動和系統(tǒng)熱

6、噪聲等因素的影響，可以認為干涉圖相位是由平地相位，地表起伏，地表形變，大氣延遲以及軌道、熱噪聲等因素引起的： 據(jù)不同需求，從上式提取某一種（或幾種）有用相位、而消除或抑制其他相位的方法，稱為 DInSAR 技術(shù)。DInSAR 技術(shù)監(jiān)測地表形變方案雖然DInSAR 技術(shù)監(jiān)測地表形變有很高的理論精度，但實際應(yīng)用中面臨著許多限制性因素，一定程度上制約了 DInSAR 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。DInSAR 技術(shù)容易受到各種失相干因素的影響，概況起來可以分為以下六類：（1）時間失相干。SAR 傳感器兩次成像期間，地表覆蓋、氣候變化等導(dǎo)致地物散射特征發(fā)生了改變，從而降低 SAR 影像的相干性。（2）空間失相干（3）體散射失相干（4）熱噪聲失相干（5）多普勒質(zhì)心失相干（6）形變梯度過大引起的失相干DInSAR 受到分辨率和波長的制約，所以只能夠監(jiān)測地表一定量的位置變化，若變化量過小或過大，利用DInSAR 技術(shù)都將不能得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。優(yōu)勢：(