研究生课程论文学院建筑专业地理信息系统课程名称遥感技术与应用研究生姓名彭强学号 12011001011开课时间 2013 至 2014 学年第 1 学期第一章概论1.1 引言合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry，简称InSAR)是新近发展起来的空间遥感技术，它是传统的SAR遥感技术与射电天文干涉技术相结合的产物。

雷达遥感经历了数十年的蓬勃发展，到了20世纪90年代已经成为空间对地观测技术的研究热点。

合成孔径雷达技术最先应用的物理学基础是托马斯.杨提出的双缝干涉原理，利用几何原理进行空中三角形解算，最终可以求得地表各点的高程。

SAR是20世纪50年代末研制成功的一种微波传感器，也是微波传感器中发展最为迅速和最有成效的传感器之一。

如何利用SAR数据提取目标的高程信息是SAR的重要应用之一。

INSAR技术与立体成像技术最大的查遍在于，SAR影像对之间的‘视差’是通过干涉信号之间的相位差得到的，这些相位差可用于确定目标物相对干涉SAR基线的角度。

通过所得到的单视复影像进行干涉，我们叫做D-INSAR，D-INSAR对于地表监测可以达到毫米级的精度，由于D-INSAR的这一特性，使得D-INSAR成为了变形监测的一个新的发展方向。

目前对合成孔径雷达干涉的研究机构很多，比如美国JPL单位，以Zebker等人为代表，他们主要研究机载和星载InSAR;在加拿大这项工作主要由CCRS承担，几年前主要集中在机载雷达系统方面，近几年来，加拿大成功地发射了RADARSAT之后，他们开始涉足卫星系统，此外，加拿大Atlantis最近研制了INSARWork-station软件，引起了同行的广泛重视；欧洲也有一些著名的InSAR研究中心，如德国的Hartl小组和意大利Prati研究组等[张景发，1998] 。

此外还有德国的地学研究中心（GFZ），欧空局的InSAR研究小组，英国的NPA，荷兰DELF 大学的InSAR研究机构等都做出了引人注目的成果。

【李陶】1.2星载合成孔径雷达卫星（SAR）技术的历史SAR方面的研究已经有五十多年的历史。

20世纪50年代，美国军队开始装备SAR，后来，美国航空航天局(NASA)和密执安环境研究所（ERIM）将SAR转化为民用。

由于很短的天线就能获取高分辨率影像，SAR才终于用到了航天器上。

最初的SAR应用在北美、巴西、哥伦比亚和巴拿马，并取得了很多成果，表明SAR获取信息的全天候、全天时特点，让红外和可见光摄影技术大为逊色。

由于SAR对地面坡度、目标表面形态敏感，可以从坡度估计转而用于估计目标点高程，进一步扩宽SAR的应用范围。

随着SAR技术的发展，它广泛应用于水利、农业、海洋、地质和环境等方面的工作、工程中。

干涉测量技术则是SAR应用中较晚出现的一个方向，或者说一个新的应用领域。

【舒宁】进入80年代后，美国航空航天局开始有计划地对SAR在航天高度进行试验与应用。

1981年11月哥伦比亚号航天飞机上搭载了成像雷达SIR-A，这是一种L波段的SAR，根据它所获得的图像探测到埃及及西北部沙漠地区的地下古河床，这一成果引起了国际科技界的震动。

1983年原苏联利用COSMOS雷达卫星进行海洋测绘，同时利用Verena-15和Verana-16宇宙飞船对金星进行雷达测绘。

2000年2月美国‘奋进号’航天飞机成功完成了地球测绘任务（SRTM）。

由于SRTM同时拥有C波段和X波段INSAR系统，因此SRTM能够利用干涉相干与频率之间相关联的特性，以及不同频率电磁波具有不同的穿透特性，来提高所提取的DEM精度，并获取散射过程的物理信息，对植被地区的研究极为有利。

【李平湘】总之80年代以后各国的各项关于SAR的研究，大大地促进了SAR技术的发展，使得INSAR和D-INSAR 技术逐渐趋于成熟。

进入新世纪以来，世界各国都在加紧筹划和研制新的可进行长期观测的各种先进的空间雷达。

欧洲空间局于2002年3月发射成功的环境卫星Envisat上搭载的先进合成孔径雷达系统，为c波段、多极化、多模式、采用分布式T/R组件及相控阵技术，是到目前为止最先进的星载SAR系统。

加拿大正在研制的Radarsat—2是Radarsar—1的改进型，它拟采用波导天线实现多极化。

美国下一个计划是使用SIR-D，它将是多频段（可能有4个）、多极化的星载成像雷达，为21世纪的长期地球观测系统(EOS)计划作技术准备。

中国自20实际70年代末研制出合成孔径雷达，后又研制出微波辐射计、高度计、散射计、和微波扫描仪，在机载微波遥感、成像机理和应用研究方面做了大量的工作，雷达干涉测量是近几年的事，在测绘、地质、环境监测等方面的应用研究也取得了进展，但是与北美、欧洲国家相比，还是有很大的差距，需要加强INSAR的研究。

总之由于D-INSAR和INSAR 对于地表监测的灵敏性和高精度，使得各国政府对于SAR方面的研究高度重视，中国在新世纪对于SAR研究方面有很多的举措，在未来几年间发射星载SAR卫星已经纳入中国第十二个五年的计划。

1.3合成孔径雷达（SAR）技术前沿合成孔径雷达（SAR）是近几年高速发展起来的高新技术，它是使用雷达信号的相位信息提取地球表面三维信息。

主要用于测量地面点的高程及其动态变化的测量。

INSAR技术能全天候、全天时获取大面积地面精确三维信息，空间分辨率高，基本不受气候条件的影像。

合成孔径差分干涉雷达（D-INSAR）是一种目前较新的地面变形观测方法，它是INSAR （合成孔径雷达干涉测量）技术的重要方面。

作为一种微波遥感的主要应用，INSAR技术通过卫星有源系统直接从空中对地面进行观测，不受时间和天气状况的限制，所得到数据具有较高的可靠性。

经过INSAR技术的处理，不但可以得到全球mm级精度的DEM，而且还可以获取反应地表在一定时间段内的卫校变化信息。

D-INSAR得到的地面变形观测结果在空间延续性上要远远优于GPS观测。

1993年Goldstein等人利用INSAR技术在极地可区分浮冰和固定冰区进行了冰雪监测，得出了南极地区地下冰河流动的速度以及南极冰盖随着季节变化的可靠规律，是INSAR 应用的冰雪观测的较为成功的例子。

1995年Massonnet 和Z.Lu等对埃特纳火山的INSAR和D-INSAR方面的研究，验证了火山的膨胀和紧缩与火山爆发的机理，得到的形变量与传统测量方法得到的形变量惊人相似，为人类探索火山的爆发机理做出了巨大贡献。

2009年R.J.Walters 对意大利中部的拉奎拉地震利用了D-INSAR技术中的二轨道观测技术进行地震形变的监测，得到了震后和同震地表形变变化规律，与传统测量所得结果吻合。

此例的成功证明了D-INSAR技术相对于传统测量方法的优越性。

与此同时，国内关于武汉大学和香港理工大学合作的关于汶川地震的D-INSAR监测，以及张红、王超等国内INSAR方面学者对于张北地震的D-INSAR监测和Zhenghong Li 在青海玉树成功运用D-INSAR技术进行了监测。

1.4 合成孔径雷达差分干涉技术（D-INSAR）合成孔径雷达差分干涉技术（D-INSAR）是对INSAR技术的一个拓展，INSAR技术仅能够达到10到20米的分辨率，无法对微笑的形变进行监测，然而通过几组数据对进行交叠干涉却能够将精度提高到毫米级，这样才逐渐的形成了D-INSAR技术的理论基础，经过这些年的发展D-INSAR技术逐渐走向成熟，甚至已经发展到PS-INSAR和SMAS等等新兴技术和方法的层面。

D-INSAR通过两幅天线同时观测（单轨模式），或两次近平行的观测（重复轨道模式），获取地面同意景观的复图像对。

由于目标和两天线位置的几何关系，在复图像上产生了相位差，形成了干涉纹图，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，这种差值包含大气延迟影响、平地效应、地形起伏、噪声以及两次成像过程中地表发生的细微变化，由于SAR上两天线距离较短，利用差分的方法，可以消除两个天线接收信号中的共同误差，如卫星轨道误差、大气影响等。

因此可以有效地提高观测的精度。

根据获取数字地面模型（DEM）的不同，D-INSAR技术可以分为二轨法和三轨法，前者是利用事先获取的DEM 模拟干涉文图，从整体干涉图中减去这部分信息就得到地面变化信息；后者利用三幅影像生成两幅干涉图，其中一幅干涉图是地表变化前产生的，主要获取地形信息，另外一幅干涉图是由两个跨越形变的SAR影像生成，包含了形变信息。

这样通过去除地形信息就可以得到形变信息了，从而可以达到利用D-INSAR进行地表形变监测的目的。

第二章INSAR原理及D-INSAR原理概述2.1 INSAR原理概述由SAR的信号获取原理可以知道，雷达天线向飞行平台一侧发射雷达波，遇地物后其后向散射分量形成回波，天线接收后按时间先后记录下回波强度，不同强度大小形成SAR 影像上的不同亮度。

其距离向的影像分辨率与脉冲长度有关，而方位向的分辨率则通过记录同一目标回波的相位史及进一步的数据处理得以提高。

所以SAR的成像过程包含了信号的振幅和相位信息的处理，相位信息是距离的函数，雷达干涉测量正是利用了相位信息才得以实施，而要更好地利用相位信息，也离不开对振幅信号的分析，通过影像获取目标的高程信息，必须采取立体摄影的方式，对于SAR影像而言，需要得到同一地域的两幅SAR影像，雷达干涉测量也是由两个“观测”点上对目标进行观测才能进行的，这两个观测点就是两个天线位置，如下图所示：可以 解算以上的空中三角形，目标的高程计算式子如下：()cos ...........................(211)Z y H ρθ=---由于222()2sin()........................(212)B B ρδρρραθ+=++---从中得出：222()sin()........................(213)2B Bρδρραθρ+---=-- 最终可以得出相位的关系如下：2.2................(214)t δρπδρϕπλλ==-- INSAR 观测一般有三种工作方式或工作模式，即距离向干涉测量（Across-track Interferometry ）、方位向干涉测量（Along-track Interferometry ）和重轨干涉测量（Repeat-pass Interferometry ）。

而一般在星载INSAR 中都利用重轨干涉测量。

2.2 D-INSAR 原理概述D-INSAR 技术是INSAR 技术的延伸，需要两个单复视影像和外部DEM （二轨）或者是三个单复视影像甚至多个单复视影像来进行干涉处理。