合成孔径雷达遥感新技术

摘 要：合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是一种快速发展的大地测量技术，能够全天候获取高精度、连续覆盖的地面高程和地表形变信息。InSAR已在地形测绘、全球环境变化、灾害监测评估等相关领域得到了广泛应用并取得了一系列成果。本文对包含有地质体微波散射特性以及雷达穿透成像性技术的综述，并对多源数据融合技术在雷达遥感地质中的应用进行了分析与研究。

关键词：合成孔径雷达;遥感;地质应用

合成孔径雷达干涉（synthetic aperture radar interferometry，InSAR）是正在发展中的极具潜力的微波遥感新技术，其诞生至今已近30年。起初，它主要应用于生成数字高程模型（DEM）和制图，后来很快被扩展为差分干涉技术（differential InSAR，DInSAR）并应用于测量微小的地表形变。近20年来，InSAR已在地形测绘、全球环境变化（冰川消融、冻土退化、冰川漂移、极地冰层变化等）、灾害监测评估（地震地壳形变、火山运动、山体滑坡、区域地面沉降等）、能源资源勘查（油气田开采、矿藏资源开采、地下水抽采等）等相关领域得到了广泛应用，并取得了一系列重要研究成果。高分辨率、多极化、多站、多星座组网SAR卫星系统的长足进展，新型机载SAR和地基 SAR系统的逐渐成熟，显著增强了地形测绘和地表形变监测能力。

其中，灾害监测评估直接关系着人们的安全，如何准备监测形变地区显得尤为重要。合成孔径雷达遥感技术能够在最大程度下保证勘探结果的正确性，是现阶段我国机构以及相关勘探队伍使用的主要手段之一，并且成了现阶段地质勘探手段中最重要的技术。

一、应用理论基础

合成孔径雷达使用卫星或飞机搭载的合成孔径雷达系统，通过两副天线同时观测（单轨模式），或两次近平行的观测（重复轨道模式），获取地面同一景观的复影像对。由于目标与两天线位置的几何关系，在复图像上产生了相位差，形成干涉纹图。干涉纹图中包含了斜距向上的点与两天线位置之差的精确信息。根据复雷达图像的相位差信息，利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，通过影像处理、数据处理和几何转换等来提取地面目标地形的三维信息。而合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-INSAR）是以合成孔径雷达复数据提取的相位信息为信息源，利用复雷达图像的相位差信息来精确地测量出图像上每一点的三维位置和提取地面自标微小地形变化或测量地表形变等。由于它可以穿过各种大气云层，全天候、全天时获取地面高程及形变信息，现已成为一种极具潜力的空间对地观测技术。

二、遥感地质应用

合成孔径雷达遥感技术的应用有一定的针对性，在这其中最主要的应用就是热带雨林地区以及部分的沙漠地区，在这些地区进行地质勘探作业，应用合成孔径雷达遥感技术能够提供有效的帮助，并且随着技术的推广已经能够应用至绝大多数的地质勘探领域，在古河道的分步研究过程中合成孔径雷达遥感技术也获得了应用。相关的地质勘探学家在21世纪初就已经认识到合成孔径雷达遥感技术在地质勘探过程中的重要性，并且应用至危地马拉地区、伯利兹地区的地质勘探过程中，通过数据的计算获得了大量的雷达成像记录，在这其中发现了绿化面积超过1200km2的古河道，并且依照当地的气候条件、古河道河流面积以及人口的预测计算，能够推断出该地区就是中美洲曾经最繁荣的农耕经济地区，这种古文明的发现是十分具有影响力的;除此之外也有一波地质勘探学家曾经在撒哈拉沙漠内发现了类似的古文明遗址遗迹附近的古河道，虽然沙漠地区的气候较为干旱，但是沙里的密度较为平均、沙粒的大小也处在同一水平线上，能够作为经典的合成孔径雷达遥感技术的试点区域，能够有效地应用SAR技术进行地质体的勘探;除此之外对雷达成像的数据进行进一步的计算发现，撒哈拉沙漠地区的古文明遗址一共有一个，古河道的长度大约为900km，还有隐藏的双环形火山口一个以及类似的火山结构1300余个，在相关的合成孔径雷达遥感技术的帮助下能够确认该地区地下河植被覆盖情况，微波的发射以及反馈能够通过雷达的成像很好地研究地质体的遗迹信息以及相关地质体结构，能够凭借合成孔径雷达自身的较高辨别精度对地下建筑的内部进行進一步的研究。

三、多源数据融合技术

曾经有中国学者在进行天山至北山的重要矿区遥感目调查的过程中，为了能够保证雷达成像的真实性与准确性，为合成孔径雷达技术中应用了空间纹理信息处理技术和多光谱影响成像技术，在这其中，雷达所探测得到的数据能够转化为科技含量较高的高视角四极化的产品，经过对各项探测数据的矫正分析过后能够将地质探测的误差控制在6m左右。除此之外通过合成孔径雷达遥感技术中的融合成像技术能够较为准确的进行地质纹理的分辨，同时还拥有较为丰富的地质岩石色调信息，从而实现更为精准化的地质信息解译。

InSAR与不同类型的观测数据融合，如InSAR 与GPS数据的融合，目前在时序InSAR中，对外部数据的应用主要是进行InSAR结果的检验、大气校正等，InSAR与GPS数据的融合可以建立高精度、高分辨率的三维形变场，更重要的是我们需要研究InSAR与GPS数据在物理意义上的融合，也即InSAR与GPS数据如何在反演地震断层及发震机理方面起到融合的作用。又如InSAR、GPS和重力资料的融合，可以从几何和物理这两个方面来研究质量迁移和地壳运动，反演地震断层和地震参数，研究地壳和岩石圈在构造及深部应力场作用下的运动和变形情况，定量分析长期地震活动性和危险性区域。

现今，InSAR研究的国际合作日益加强，以中欧 “龙计划”和欧盟“Terrafirma计划”为代表的政府间 科技合作项目先后启动，拓宽了InSAR技术的应用 领域，大大促进了SAR/InSAR技术在地形测绘、地震变形、冰川运动、城市沉降等方面的科学应用。而我国InSAR技术的发展与研究将主要集中在发展高分辨率、小型化卫星，力争在具有干涉模式的星载SAR方面取得突破;进一步深化和拓展InSAR数据处理算法研究，以缩小与国际差距;进一步推广InSAR技术用于地表形变监测和地形测绘等。

参考文献

[1]谭街霖，邵芸.成像雷达（sA1z）遥感地质应用综述田.地质找矿论丛，2011（01）：59一65.

[2]刘冬，郑南山，王刚.基于GPS与D-InSAR融合技术的矿区沉降监测[J].城市勘测，2011（04）：96-98+102.

作者简介：梁茹冰（1997—），女，汉族，河南许昌人，学生，工学硕士，单位：成都理工大学地球科学学院资源与环境遥感专业，研究方向：遥感技术与应用。