3-3干涉雷达与差分干涉雷达

RCS（Radar Cross Section，雷达散射截面积）的测量方法主要有以下几种：
1.实验室测量法：在实验室内，利用雷达波照射目标，通过测量反射回来的雷达波强度来计算目标的RCS。

实验室测量法可以模拟各种不同的目标场景，但需要使用精密的测量设备和专业的技术人员。

2.外场测量法：在实地环境中，利用雷达波照射目标，通过测量反射回来的雷达波强度来计算目标的RCS。

外场测量法需要选择合适的测量场地，并考虑自然环境的影响，如大气条件、地面反射等。

3.差分干涉合成孔径雷达（D-ISAR）技术：这是一种利用雷达波束的干涉效应来获取目标图像的技术。

通过将雷达波束分成两个子波束，并使它们在目标表面产生干涉，从而形成目标表面的高分辨率图像。

通过分析图像，可以计算目标的RCS。

4.极化雷达技术：极化雷达是一种利用不同极化状态的电磁波来获取目标信息的技术。

极化雷达可以发射不同极化状态的电磁波，并测量反射回来的电磁波的极化状态，从而得到目标的RCS。

5.双基地雷达技术：双基地雷达是一种利用两个不同的发射和接收站来获取目标信息的技术。

通过将发射站和接收
站分开设置，可以避免单基地雷达的一些限制，如地面反射和大气干扰等。

双基地雷达技术可以用于测量目标的RCS。

以上是RCS测量方法的几种常见方式，每种方法都有其优缺点和应用场景。

选择合适的测量方法需要考虑目标的特点和测量要求。

第27卷　第4期地　震　学　报Vo.l27,No.4 2005年7月　(423～430)ACTA SE I S MOL OG I CA S I N I C A J u.l,2005　文章编号:0253-3782(2005)04-0423-08巴姆地震地表形变的差分雷达干涉测量*夏　耶(德国波茨坦D-14473德国波茨坦地球科学研究中心)摘要　利用星载合成孔径差分雷达干涉技术和ENV ISAT卫星雷达数据,获得了2003年12月26日伊朗巴姆的里氏6.5级地震引起的同震地表形变场,并详细地介绍了信号处理的过程.利用地震前后的相干图的差异及形变场的突变棱线,精确确定了地面上断层裂缝的位置、形状和长度.这对震源理论模型的参数估计提供了依据.由雷达干涉技术测量得到的形变场与理论模型模拟的结果一致.关键词 微波遥感　雷达干涉　地震　形变测量中图分类号:P313.2 文献标识码:A1　合成孔径雷达及干涉的基本原理合成孔径雷达是一种微波侧视成像雷达(Curlande r,M c Donough,1991).为获取大面积地面图象,载体多为航空航天飞行器,如飞机、航天飞机和卫星.由于它的全天候和高分辨率工作特性,近20年来,获得了比光学传感器更快的发展.其应用领域遍及军事、测绘、气象、地质地震、海洋冰川、农林业等等.从原理上说,它与真实孔径雷达一样,都是发射一种线性调濒脉冲信号.由于雷达随着载体在运动中不断地发射和接收脉冲信号,回波信号的延迟将是运动着的雷达与目标相对位置的函数.若某一点目标距雷达距离是R,其微波反射系数为σ0,雷达增益为A,载波波长为λ,则在雷达图象上该点目标值为σ0A e-j4πRλ(1) 雷达干涉的原理,相对于雷达成像来说要简单得多.如果雷达在不同的位置上对同一个点目标进行两次扫描,便可得到该目标的两幅图象f1和f2,这里不考虑反射系数f i=e-4πR iλ i=1,2(2) 这两次扫描,可以用两副天线同时进行,即所谓的单轨模式;也可以用一副或不同的天线在不同的时候进行,这便是所谓的重复轨道模式.根据式(2),并参考图1,很容易推导出雷达干涉进行地形测量的机理.在图1中,P是地面上高度为h的一点,雷达在S和S1两个不同的位置上得到P点的两幅图象f1和f2,称为主图象和副图象.点到雷达的距离分别为R和R1,雷达高H,俯视角θ.B1是S与S1之间的距离,叫基线,它的水平角为α.若以雷达射线为基准,基线B1可分解为投影到雷达射线上的一个水平分量B1||和一个垂直于雷达射线的垂直分量B1⊥.所谓干涉,即将两幅雷达图象共轭相乘.乘积即为干涉图,其相位叫干涉条纹图,*2004-06-11收到初稿,2005-05-18收到修改稿并决定采用.图1　雷达干涉的几何关系示意图记为Υ1.它等于Υ1=-4π(R -R 1)λ=-4πλB 1sin (θ-α)(3) 记P 0为参考地平面上的一点,距雷达S的距离也为R.这时雷达对P 0的俯视角缩小了δθ(图中未标出),变为θ0.如果雷达在S和S 1也对P 0成像,则其干涉相位应为Υ0=-4π(R -R 1)λ=-4πλB 1sin (θ0-α)(4)式中,B 1sin (θ0-α)实际上就是S 和S 1对P 0成像时基线B 在SP 0射线上的水平分量B 0||.将参考地平面的干涉相位Υ0从Υ1中减去,即式(3)减式(4),也就是所谓的去平过程,其差为ΔΥ1=-4πλB 1co s (θ-α)δθ=-4πh λR sin (θ0)B 1⊥(5)在式(5)中,做了δθ≈sin (δθ)及R sin (δθ)≈PP 0=h /sin (θ0)的近似.由于式(5)中除了P 点的高程h 以外都是已知量,故该高程可通过去平后的干涉图直接求出.这便是用合成孔径雷达干涉进行地形测绘的基本原理.如果P 点发生了位移,到了P ′点,并出现在第二张副图象上,雷达的位置是S 2,则P ′到雷达的距离为它原来的距离R 2加一个变化ρ.在主图象与第二幅副图象构成的第二幅干涉图中,P ′点的干涉相位为Υ2=-4π(R -R 2-ρ)λ=-4π(R -R 2)λ+4πλρ(6)可以看到,位移在干涉图中的贡献与基线无关.与第一幅干涉图一样,将这第二幅干涉图中的相应的参考地平面的干涉相位减去,剩下的是高程分量和位移分量:ΔΥ2=-4πh λR sin (θ0)B 2⊥+4πλρ(7)两幅干涉图中的高程分量只不过是标度不同而已.将第一幅干涉图乘上一个因子后便可从第二幅干涉图中全然减去,在差分干涉图中得到位移分量4πλρ=ΔΥ2-B 2⊥B 1⊥ΔΥ1(8)这便是差分雷达干涉测量微小形变的基本原理.这里的位移ρ还只是真正的位移在雷达射线上的投影.要找到真正的位移矢量还需要先验知识或其它的附加条件和手段.2　数据处理与结果2.1　数据为了用合成孔径雷达干涉测量巴姆地震引起的形变场,欧洲航天局(ESA )提供了7幅424　地 震 学 报 27卷ENV ISAT 卫星的ASAR 雷达图象数据,都是I S2模式和VV 极化.其中4幅是降轨数据,3幅是升轨数据.轨道号分别是6687,9192,9693,10194,8956,9958,10459,相应的接收日期依次是2003年6月11日、2003年12月03日、2004年1月7日、2004年2月11日、2003年11月16日、2004年1月25日和2004年2月29日.升轨数据中,2004年1月25日接收的数据因多普勒频率差异太大不能使用.4幅降轨数据中,震前震后各两幅,可各自配对产生高程模型.差分干涉则选震前震后各一幅配对.可用的两幅升轨数据只能用来差分.所有的数据按升轨降轨归类配准,配准的精度为1⒑个像元,选用复相干系数作配准的判据.2.2　基线估算在雷达干涉信号处理中,基线的估算至关重要.由前面的分析可知,干涉图中任一点的相位,都是由该点对应的在参考平面上的参考点的干涉相位与其高程所决定的干涉相位的和(不考虑位移).而这两者正分别由基线的水平分量和垂直分量来标度.值得一提的是,地表上的一点与其在参考平面上的参考点虽然不是同一点,但在雷达图象上,它们是重合的.因此,所谓基线估算,就是把雷达图象上每一点都看成是在参考平面上,然后求每一点对应的水平基线和垂直基线.在主图象中,每一个距离行对应于卫星一个位置.这里所说的一个距离行是对主图象定义的,副图象配准好后,它的一个距离行可能来自原来的若干行.换句话说,配准后副图象中一个距离行要对应于雷达不同的位置.雷达对同一距离行上的点的距离和视角是不一样的.因此,在同一距离行上各点有各点的水平基线和垂直基线,并且不是线性变化的.卫星轨道的不平行造成同一距离行上每个点对应的基线不相等.在一幅标准ENV I SAT 卫星雷达图象对应的飞行时间内,一般为16s ,基线的变化可达数米,甚至上10m.ENV ISAT 雷达数据产品同时提供了相应的卫星轨道数据和其它的辅助数据.它不像它的前辈ERS 卫星那样有精度为几十厘米的精密轨道数据(Reigber et al ,1996),计算干涉图时有必要进行基线校正.要估算基线,实际上就是要估算干涉图中每一参考点在参考地平面上的坐标及对应的卫星在空间的坐标.根据主图象数据产品提供的卫星轨道数据和与其对应的图象时间数据,可以首先确定每一距离行对应的卫星的坐标.然后求这一距离行上每一点的坐标.一般选取地球的椭球体模型的表面作为参考地平面(坐标系为WG84).也就是说,每一点都应在这椭球体表面上.它与卫星的距离则由雷达接收天线的接收时间窗口决定.它与卫星的连线应与卫星空间轨道垂直,因为在成像处理时,将它定位在多普勒频率等于0的位置上.在这些条件的限制下,干涉图中每一参考点的坐标(x p ,y p ,z p )应满足下面的方程组(Curlander ,1982):(x 2p +y 2p )R 2e +z 2p R 2p=12λP s (V s -V p ) (S -P )=0(S -P ) (S -P )=R s(9)式中,R s 是参考点到卫星的距离,R e 和R p 分别是椭球体的长短轴,V s 是卫星的速度矢量,V p 是参考点因地球自转引起的速度矢量,S 是卫星的坐标向量,P 即参考点的坐标向量(x p ,y p ,z p ).解出(x p ,y p ,z p )以后,由参考点引第二条卫星轨道的垂线,便可得到辅卫星425　4期 夏　耶:巴姆地震地表形变的差分雷达干涉测量的坐标.有了卫星和参考点的坐标,所有的基线便迎刃而解.然后将其应用到去平和差分过程中去[参见式(4)～(6)].表1列出了本文中用到的所有配对图象间的轨道号、接收日期及基线分布.表中只给出了图象开始部分两端(nea r range and far rang e )的垂直基线.表1　干涉配对图象数据一揽轨道号接收日期轨道方向基线分布/m 9192,66872003-12-03,2003-06-11降轨484.09～468.5810194,96932004-02-11,2004-01-07降轨-540.59～-508.319192,101942003-12-03,2004-02-11降轨 3.08～3.3910459,89562004-02-29,2003-11-16升轨-13.56～-20.722.3　干涉图与高程模型图2a 是巴姆地区的ENV I -SAT 雷达强度图象(雷达坐标),覆盖面积为42km ×42k m.巴姆城位于图象的中央偏左上方.图2b 和图2c 是两张去平以后的干涉图,分别用地震前的两幅图9192,6687和地震后的两幅图10194,9693干涉而成.它们反映了巴姆地区地震前后的地形.每一条干涉条纹表示2π的相位变化或分别表示大约17m 和19m 的高程变化.图3a ,b 是图2b ,c 的积分(即解缠)(Co stantini ,1996),它们表达了累计的相位变化,也就是实际地形的一种标度.图3c 是图3a 和图3b 的差分.在做差分时,没有必要将相位转换成高程,见式(8).差分的结果是十分均匀的,说明在地震前后的各自时间段内的地形没有变化,图3a 和图3b 都可以作为高程模型使用.差分结果的均匀性还证明了图2b ,c 的积分没有误差,基线估计也是正确的.在图3中,为了增加一些相对位置的信息,相位的值用颜色度表示,但强度和饱和度分别用雷达强度和地震前后的相关值进行了调制.图2　(a )雷达强度图;(b )震前干涉图(2003年12月3日,2003年6月11日);(c )震后干涉图(2004年2月11日,2004年1月7日)2.4　差分干涉与形变场地震前后各取一张雷达图进行干涉并去平后,得到的干涉图除了包含地形信息外,还应包含有地震引起的地表的形变.将降轨雷达图9192和10194配对干涉,时间段是2003年12月3日和2004年2月11日,再对图3a 进行差分,即减去地形的相位.图4a 即是其差分的结果.该结果已做了地理位置校正(geocod i n g ).图4a 中,地形全减掉了,只剩下形变引起的相位变化.一个颜色周期仍表示2π的相位变化,但这时反映的是大小为半个波长的形变,即2.8c m [式(8)].该形变主要发生在巴姆城内及其周围25km 的范围内.前已述及,雷达干涉测量到的形变只是真实形变在雷达射线上的投影.对ENV I SAT 降轨图象和巴姆地区来说,雷达射线的方向余弦是-0.066,0.384和0.920.形变场只可见4个梅花瓣的一半,即东边南北两个.南边的一瓣在雷达射线方向上隆起30c m ,北边的下沉426　地 震 学 报 27卷图3　(a )震前地形图;(b )震后地形图;(c )图(a )与图(b )的差分图4　(a )降轨形变图(2003年12月3日,2004年2月11日);(b )升轨形变图(2004年2月29日,2003年11月16日);(c )同震形变场(降轨);(d )同震形变场(升轨)18c m .图4b 是用升轨数据(10459,8956)得到的形变场,投影在方向余弦为-0.057,-0.332和0.942的雷达射线上.图4b 中可见3个形变花瓣,只是量小多了.西北瓣隆起12c m ,东北瓣下沉6c m ,东南瓣隆起18c m ,西南边的那一瓣因位置不在此升轨图象中,故只见一个很小的外围弧段,但可看出是下沉的.由形变梅花瓣隆起与下沉的分布推断,断层应是南北走向,断层东边的板块向南搓动,而西边的板块向北.断层似乎应由若干段构成.巴姆地震形变的主要成份南北相对位移矢量与雷达射线在空间几乎垂直(99.8°),导致它在图4a ,b 中的贡献甚微.图4c ,d 分别是图4a ,b 的积分,即形变场,并427　4期 夏　耶:巴姆地震地表形变的差分雷达干涉测量已标定了其地理坐标.可见该形变主要在巴姆城附近,其25km 以外已经基本削弱到0了.3　断层位置和形状的确定巴姆地震是由于断层的破裂引起的.如果地面上也出现了裂缝,裂缝本身是一种破坏,其周边的近临点的相对位移量应是最大.因此,可通过检测此裂缝来估计断层的位置和形状.第一种方法是比较震前、震后和地震前后3张雷达相干图.断层应只出现在地震前后相干图中.因篇幅有限,这里只给出了地震前后相干图,并用于图3和图4对颜色的调制中.在这些图中,巴姆城北边和南边的黑线条即是新的裂缝.在震前、震后的相干图以及雷达强度图中,这两条黑线是不存在的.在巴姆城内,因相关值太低,无法检测此裂图5　检测出的断层裂缝缝在城内的走向.但可以肯定的是,新破裂的断层正好位于巴姆城地下.第二种方法是用图象棱边滤波器(edge de t e c -tion filter )对形变场滤波.图5是滤波器的输出,断层的位置和形状十分清楚地突现出来.可见它粗略地由3段组成:南段、北段和中间段.中间段在巴姆城中,是杂乱无序的.北段的端点位置是58°21′57.68″E ,29°11′36.00″N 和58°22′10.29″E ,29°7′36.78″N ,长约6km ;南段的端点位置是58°20′19.91″E ,29°4′57.30″N 和58°20′45.14″E ,28.58′27.46″N ,长约13k m.在巴姆城地下的中间段可想象成北段南端与南段北端的联结线,长约5km.图6　理论模型模拟的结果.(a )降轨;(b )升轨(W ang ,2004)428　地 震 学 报 27卷4　震源理论模型的参数估计合成孔径雷达干涉测量得到的形变场和断层位置的形状及构成的数据,可帮助地球物理学家深化他们的震源理论模型的研究和模拟.德国波茨坦地球科学研究中心汪荣江(W ang ,2004)博士用日本庆应大学冈田光弘(Okada ,1985)教授提供的弹性半空间形变理论模型和本文提供的形变场(包括升轨和降轨)和断层的测量数据,借助一个二维正交傅里叶级数,用最小二乘法对形变理论模型的参数进行了估计.图6a ,b 是用理论模型和估计出的参数反演出来的分别对应于降轨和升轨的地壳形变场.将图4a ,b 分别与图6a ,b 比较,可以说它们非常一致,方差在2c m 左右,较大差异只在断层附近,且只有几厘米.可能因理论模型及参数尚不能完全反映断层的微细结构的缘故.参考巴姆地区地质图,可知北段断层与老断层(巴姆断层)重合,但它没有像老断层那样向东南延伸,而是拐向西南,穿过巴姆城,再向南延伸,形成全新的南段断层,与原巴姆断层几乎平行且相距大约5k m.汪荣江(W ang ,2004)的模拟结果表明,北、中、南3块断层面的长度和走向分别是7k m ,0°;5km ,35°;14km ,357°.北段断层朝西倾斜55°,滑移分量很小,在20～70c m 范围内;而中段和南段断层向东倾斜近80°,南段滑移分量为1～2m ,最大达2.75m.中段是过度带.可见80%以上的地震能量是在南段释放的,震源应在南段断层上.这也是巴姆城遭到毁灭性破坏的主要原因之一.5　结论本文简要地介绍了合成孔径雷达的成像和干涉的基本原理,给出了用ENV I SAT 卫星雷达数据进行巴姆地震形变场测量的干涉处理过程及结果,证明了星载合成孔径雷达干涉技术是大地形变测量和地震研究的一个十分强大和有效的工具.本文同时用升轨和降轨干涉结果作为形变理论模型参数估计数据源.因估计结果是不唯一的,多一个独立数据源等于多加了一个限制条件.但这样做的话,对干涉结果的准确性则提出了更高的要求.从升轨和降轨干涉结果来看,远场的形变都基本为0,近场和远场的形变模型参数估计残差非常小,在断层附近也就几厘米.这证明本文中涉及的雷达干涉信号处理过程是优秀的.如果干涉结果不准确,用升轨和降轨干涉结果同作为形变理论模型参数估计数据源将导致形变模型参数估计残差显著增大.在本文中,用梯度滤波器和解缠后的差分相位精确地确定了引起这次地震的新老断层的结构、大小及位置.这对形变理论模型参数估计至关重要.Talebian 等(2004)没有把这个断层估计好,为了减小参数估计残差,毫无道理地增加另一条断层,并断言,不增加另一条断层,则模型参数估计不好,更谈不上同时使用升轨和降轨干涉结果作为形变理论模型参数估计数据源.本文的结果证明他们的观点是不对的.利用干涉雷达进行大面积、快速度、低成本、高精度高分辨率的形变测量,是其它传统方法,包括现代的GPS 都无法做到的.现在合成孔径雷达干涉技术的主要缺陷有3点:一是有些地区雷达信号的相干性很差,以至无法进行干涉;其二是在数据量少的情况下,大气影响难于去除;第三是干涉结果只是形变投影到雷达射线上的结果,单靠雷达干涉技术本身,不能确定真实的形变矢量.随着雷达技术的进步,这些缺陷会逐步得到解决.例如,多波段,长波长及借助其它技术(Ferretti et a l ,2001;X ia ,et al ,2002)可解决部分地区的不相干和大气的问题;多卫星、多轨道和双侧视可解决确定真实的形变矢量的问题.429　4期 夏　耶:巴姆地震地表形变的差分雷达干涉测量430　地 震 学 报 27卷2006年德国将发射一颗X波段的雷达卫星(TerraSAR-X).随后德国和欧洲航天局还将发射Tande m TerraSAR-X及P波段的雷达卫星(Terra SAR-P).可以预见,合成孔径雷达干涉技术将会迎来一个新的研究和应用的高潮.参　考　文　献C ostanti n iM.1996.A phas e unw rapping m et hod based on net w or k progra mm i ng[A].In:ESA eds.P r oceed i ngs of t he“Fring e′96″Wor ks hop,EAS SP-406[C].Zürich,Sw itzerland,261～272C urlander J C.1982.Locati on of spaceborne SAR i m agery[J].I EEE Tran s Ge osci and R e m ote Sensi ng,20(3):359～364C urlander J C,M c Donough R N.1991.Syn t h etic Apert u r e Radar[M].Ne w York:J ohn W iley＆Sons Inc.,28FerrettiA,Prati C,Rocca F.2001.Per m anen t s catt eres InSAR interfero m etr y[J].IEEE,39:8～20Okad a Y.1985.Su rface def or m ati on due t o shear and tens il e f au lts i n a half-s pace[J].B ullSeis m SocAm er,74(4):1135～1 154Reigber Ch,X ia Y,Kau f m ann H,et a l.1996.I m pact of precis e orb its on SAR i n terferometry[A].In:ESA eds.P r oc.ESA-F ri nge Works hop on App li ca ti on s of ERS SAR Interfer o m etr y,ESA SP-406[C].Züric h,Sw itzerl and,223～232,h tt p://www.geo.un iz h.ch/rsl/fri nge96Tabeb i an M,Fiel d i ng E,Funning G,et a l.2004.The2003Ba m(Iran)earthqu ake:Rup t u re of a b i nd stri ke-sli p fau lt[J].Ge ophys R es Lett,31:L11611,doi:10.1029/2004G L020058W ang R,Xia Y,G ross erH,et a l.2004.The2003Ba m(SE Iran)earthqu ake:p recise s ource para m eters from sat ell it e radar i n-terfero m etr y[J].Ge ophys J I n t,159:917～922X ia Y,Kau f m ann H,Guo X F.2002.Diff eren tialSAR i n t erf ero m etry using corner refl ectors[A].In:IEEE ed.P r oc I GARSS′02[C].H oes Lane:I EEE In c,1243～1246BA M EARTHQUAKE:S URFACE DEFORMAT I ON M EA-S URE M ENT U SI NG RADAR I NTERFEROM ETRYX ia Ye(GeoFors chung s Z e n tr um P ots dam,D-14473P ots dam,Ger m any)Abst ract:Th is paper described the app lication of d iffe r en tial syn t h etic ape rture radar inte rfero m e-try(D-I N SAR)and Env isat ASAR da ta t o m ap t h e coseis m ic surface de for m a tion caused by t h e M W=6.5B a m earthquake on26t h Dece m ber2003i n cluding t h e i n t e rfe r o m e tric data pr ocessi n g and resu lts i n detai.l B ased on t h e difference in the coherence i m ages befo r e and after the event and edge search of t h e defo r m ation field,a ne w fau lt r uptured on the surface w as detected and used as a data source for para m ete r extracti o n o f a t h eo r e tica l se is m ic m odeling.The si m u lated de-f o r m ation fie l d fro m the m odel perfectl y co incidesw it h t h e result derived fr o m the SAR inte rfero-m e tric m easure m en.tK ey w ords:m ic r o w ave r e m o te sensing;SAR interfer o m e tr y;eart h quake;defo r m ation m easure-m en t作者简介李文军　中国地震局地球物理研究所博士研究生.1991年中国地质大学(武汉)地质学专业毕业,获学士学位;1999年中国地震局地质研究所固体地球物理专业毕业,获硕士学位.曾从事矿产资源普查与勘探、瞬变电磁法研究和应用工作.现从事数字地震学研究工作.何小波　中国科学院研究生院博士研究生.2002年中国矿业大学物探专业毕业,获学士学位.主要从事通过地震波形分析了解地壳上地幔结构方面的研究.中国地球物理学会会员.敬少群　湖南省地震局高级工程师.1987年云南大学地球物理系地球物理专业毕业,获学士学位;2001年中国科学技术大学地球和空间科学学院毕业,获硕士学位.主要从事地震活动性及地震前兆的观测研究工作.中国地震学会会员.刘根友　中国科学院测量与地球物理研究所副研究员.1987年武汉测绘科技大学大地测量系毕业,获学士学位;2004年中国科学院测量与地球物理研究所获博士学位.主要从事G PS 、地壳形变、地球重力学及数据处理工作.中国地震学会形变测量专业委员会委员.夏　耶　德国波茨坦地球科学研究中心研究员.1968年上海交通大学电机工程系毕业;1982年湖南大学电气工程系研究生毕业,获硕士学位;1995年在德国斯图加特大学导航研究所获博士学位.现在的研究方向主要是合成孔径雷达干涉技术理论及其在地形测绘和地质灾害监测中的应用.詹　艳　中国地震局地质研究所副研究员,在职博士研究生.1989年7月成都地质学院应用地球物理系毕业,获学士学位.主要从事电磁方法理论与应用研究工作.裴正林　石油大学CNPC 物探重点实验室研究员.1984年西安地质学院(现长安大学)勘探地球物理专业毕业,获学士学位;2000年中国地质大学(北京)获工学博士学位;2003年石油大学(北京)博士后出站.主要从事井间地震层析成像,地震波传播理论及其数值模拟方法,以及小波变换应用研究.中国地球物理学会会员.郭梦秋　云南省地震局防灾研究所.2001年云南大学地球科学系毕业;2004年中国地震局兰州地震研究所固体地球物理专业硕士研究生毕业.主要从事工程地震研究.注:马宏生、傅征祥、黄玮琼、边银菊、陈顺云等的简介分别见本刊:Vo.l 24,No .6;Vo.l 13,No .2;Vo.l 11,No .4;Vo.l 24,N o .5;Vo.l 24,No .6.Ⅰ。

雷达干涉测量(崔松整理)雷达干涉测量（崔松整理）第一章绪论第二章雷达SAR：使用短天线一段时间内不断收集回波信号，通过信号聚焦处理方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。

1.1雷达及雷达遥感发展概况ENVISAT与ERS的SAR传感器相比，Envisat ASAR的优点主要表现在：扫描合成孔径雷达(ScanSAR)可达到500km的幅照宽度；（ERS只有100km）可获得垂直和水平极化信息；（如果发射的是水平极化方式的电磁波，与地物表面发生作用后会使电磁波极化方向产生不同程度的旋转，形成水平和垂直两个分量，用不同极化方式的天线接收，形成ＨＨ和ＨＶ两种极化方式的图像。

若雷达发射的是垂直极化方式的电磁波，同理，会产生ＶＶ和ＶＨ两种极化方式的图像。

）交替极化模式可使目标同时以垂直极化与水平极化方式成像；有不同的空间分辨率和数据率；可提供7个条带，入射角在15°～45°的雷达数据。

RADARSAT多极化、多入射角ALOSALOS采用了先进的陆地观测技术，能够获取全球高分辨率陆地观测数据。

该卫星载有三种传感器：全色立体测图传感器，新型可见光和近红外辐射计、相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR）。

PALSAR不受云层，天气和昼夜影响，可全天时全天候对地观测，该卫星具有多入射角，多极化，多工作模式及多种分辨率的特性，最高分辨率可达7m。

（ERS、ENVISAT是多入射角吗？）TerraSAR-XTerraSAR-XTerraSAR-X 是固态有源相控阵的X 波段合成孔径雷达（SAR）卫星，具有多极化、多入射角的特性，具备4 种工作方式和4 种不同分辨率的成像模式。

高分辨率聚束式(High ResolutionSpotLight(HS))聚束式(SpotLight Mode(SL))宽扫成像模式(ScanSAR Mode(SC))条带成像模式(Stripmap Mode(SM)) COSMO-SkyMedCOSMO-SkyMed星座共包括4颗SAR卫星工作在X波段，具有多极化、多入射角的特性，具备3种工作方式和5种分辨率的成像模式，作为全球第1个分辨率高达1 m的雷达成像卫星星座，COSMO-SkyMed系统将以全天候、全天时对地观测的能力、卫星星座特有的高重访周期和l m高分辨率成像1.2InSAR及发展概况SAR的不足：SAR传感器获取的原始资料主要包含两种信息：一是地面目标区域的二维图像，二是地面目标反射回来的相位SAR成像没有利用回波相位信息。

差分干涉相位模型概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在介绍差分干涉相位模型，并对其进行解释和说明。

差分干涉相位模型是一种基于差分干涉成像技术和相位模型基础原理的研究方法，广泛应用于地质勘探、灾害监测与预警以及农业生产等领域。

通过对差分干涉相位计算方法的探索和相位变化物理机制的解释，我们可以更好地理解和应用这一模型。

1.2 研究背景随着科学技术的不断发展，遥感数据处理和分析成为许多领域研究的重要手段之一。

而差分干涉成像技术作为一种强大的遥感数据处理工具，能够通过计算两个或多个时间点的合成孔径雷达（SAR）图像之间的相位差异，提供高精度的地表形变信息。

1.3 目的与意义本文旨在系统概述差分干涉相位模型，并深入解释其基本原理和计算方法。

同时，还将通过实际案例研究，展示该模型在地质勘探、灾害监测与预警以及农业生产中的应用实践。

通过这些工作，我们可以更好地理解和把握差分干涉相位模型在不同领域中的潜力和局限性，为未来的研究提供参考与指导。

以上是“1. 引言”部分内容，简要介绍了文章的背景、目的和意义。

接下来，我们将详细阐述差分干涉相位模型的概述，在第2节中对其进行全面讨论。

2. 差分干涉相位模型概述：2.1 差分干涉成像技术简介:差分干涉成像技术是一种基于干涉原理的高精度测量方法。

它通过使用两个或多个相干波束，利用相位差信息来获取目标物体的形态、运动以及表面高程等方面的信息。

2.2 相位模型基础原理:差分干涉相位模型是差分干涉成像技术中的重要组成部分。

它是根据波束在传播过程中受到目标物体引起的相位延迟，从而实现对目标物体进行成像和测量的过程。

在差分干涉相位模型中，我们首先需要获取两个或多个相干波束之间的相位差信息。

这可以通过构建一个参考光束和待测光束之间的干涉装置来实现。

当参考光束和待测光束在目标物体上发生反射或透射后重新合并时，由于光束经历了不同路径长度，其相位就会发生变化。

通过适当处理这些变化后得到的数据，我们可以恢复出目标物体表面或形态上微小细节的信息。

一、概论1、合成孔径雷达干涉测量技术（INSAR）：利用雷达成像传感器获取被测对象具有相干性的复数图像信息，并通过图像配准、干涉图滤波、相位解缠、基线估算、相位高程转换等处理环节，由干涉相位反演地形信息或形变信息的理论和技术。

2、INSAR技术的应用：地形测绘、城市目标显示和城市形态分析、海洋表面状态监测、极地冰况监测（冰川研究）、农业和资源调查、地表变形监测等。

二、合成孔径雷达遥感基础3、平行于飞行方向，也就是沿航线方向上的分辨率称为方位向分辨率。

斜距：雷达到目标的距离方向，雷达探测斜距方向的回波信号。

地距：将斜距投影到地球表面，是地面物体间的真实距离。

4、SAR成像几何的参数：（1）入射角θ：雷达入射波束与当地大地水准面垂线的夹角。

局部入射角θ1：雷达入射波束与地面散射表面法线之间的夹角。

（2）视角φ：天线朝地面的垂直方向与天线朝入射点方向的夹角。

（3)俯角θd：天线沿水平方向与天线朝入射点的方向之间的夹角。

5、SAR影像的主要特性：（1）斑点噪声（2）多视处理（3）穿透性（4）具有几何特征由两个或两个以上频率相同、振动方向相同、相位差恒定的相干电磁波在空间叠加时，合成振幅为各个波的振幅的矢量和。

因此，会出现交叠区某些地方振动加强，某些地方振动减弱或完全抵消的现象，称之为干涉。

6、侧视成像的几何特征：阴影、透视收缩、顶底倒置透视收缩：到达斜面顶部的斜距与到达底部的斜距之差△R往往比地距之差（即水平距离之差）△X要小，在影像中斜面的长度被缩短了，这种现象称为透视收缩。

顶底倒置：从底部返回的信号先于顶部的信号部，相互位置互换，称为顶底倒置。

阴影：当雷达波束照射到有起伏的地面时，斜面的背后往往存在电磁波不能到达的区域，传感器也接受不到后向散射信号。

在影像中表现的亮度很低，称为阴影。

三、雷达干涉测量概述1、INSAR的基本原理：通过两幅天线同时观测（单轨道双天线模式），或两次平行的观测（单天线重复轨道模式），获得同一区域的重复观测数据，即单视复数（SLC）影像对；由于两副天线和观测目标之间的几何关系，同一目标对应的两个回波信号之间产生了相位差，由此得到的相位差影像通常称为干涉图，再结合观测平台的轨道参数和传感器参数等可以获得高精度、高分辨率的地面高程信息。

干涉合成孔径雷达工作原理
干涉合成孔径雷达（InSAR）是一种空间对地观测技术，结合了传统的SAR 遥感技术与射电天文干涉技术。

其工作原理如下：
1. 雷达向目标区域发射微波。

2. 接收目标反射的回波，得到同一目标区域的两幅具有相干性的单视复数图像。

3. 若这两幅图像之间存在相干条件，将它们共轭相乘，可以得到干涉图。

4. 根据干涉图的相位值，可以计算出两次成像中微波的路程差，从而得出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化。

此外，根据安装在平台上天线数目的多少和数据获取方式的不同，InSAR系统可分为双（多）天线系统和单天线系统。

其中，双（多）天线系统是在SAR平台上安置两（多）部天线，同时接收地面的后向散射回波，从而得到相应地区的两（多）幅SLC图像。

而单天线系统则是在SAR平台上安置一部天线，通过对同一地区的重复飞行进行观测，得到测区两幅具有相干性的SLC图像。

以上内容仅供参考，建议查阅专业雷达书籍或请教专业人士获取更准确的信息。

关于InSAR和D-InSAR的数据处理一、合成孔径雷达干涉技术（InSAR）合成孔径雷达干涉技术出现于20世纪60年代末.它是SAR与射电天文学干涉测量技术结合的产物。

当SAR扫过地面同一目标区域时,利用成像几何关系,通过成像、一些特殊的数据处理和几何转换,即可提取地表目标区域的高程信息和形变信息。

由于InSAR 技术有效利用了SAR的回波相位信息,测高精度为米级甚至亚米级,而一般雷达立体测量方法只利用灰度信息来实现三维制图,测高精度仅能达到数十米,因此该技术迅速引起了地学界及相关领域科研工作者的极大兴趣,现已成为微波遥感领域的研究热点.干涉合成孔径雷达利用多个接收天线观测得到的回波数据进行干涉处理，可以对地面的高程进行估计，对海流进行测高和测速，对地面运动目标进行检测和定位。

接收天线相位中心之间的连线称为基线，按照基线和航向的夹角，人们将InSAR分为基线垂直于航向的切轨迹干涉和沿航向的顺轨迹干涉。

切轨迹干涉可以快速提取地面的三维信息，顺轨迹干涉主要用于动目标检测和海洋水流与波形测量。

二、InSAR 基本原理InSAR 测量模式主要有两种:一种是双天线单轨(Single Pass)模式,主要用来生成数字高程模型,一般用于机载SAR;另一种是双轨(Two Pass) 模式,主要用于获取地表变形,一般用于星载SAR.下面以重复轨道干涉测量为例,简要介绍InSAR 技术的基本原理(见图1).假设卫星以一定的时间间隔和轨道偏离(通常为几十米到1km 左右)重复对某一区域成像,并在两次飞行过程中处于不同的空间位置1S 和2S ,则空间干涉基线向量为B,长度为B;基线向量B 与水平方向的夹角为基线倾角α。

1S 和2S 至地面点P 的斜距分别为R 和R+△R;将基线沿视线方向分解,得到平行于和垂直于视线向的分量||B 、'B ;H 为1S 到参考面的高度;从1S 发射波长为λ的信号经目标点P 反射后被1S 接收,得到测量相位1ϕ,114arg{}R u πϕλ=+(1)同样,另一空间位置2S 上测量到相位2ϕ，224()arg{}R R u πϕλ=+∆+（2）式中,arg{1u }和arg{2u }表示不同散射特性造成的随机相位.假设两幅图中随机相位的贡献相同,则1S 和2S 关于目标P 点的相位差124R πφϕϕλ=-=-∆（3） 也称为干涉相位,可由经过配准的两幅SAR SLC 图共扼相乘得到.根据图1中的几何关系并利用余弦定理可得: 222()sin()2R B R R RBθα+-+∆-=（4） cos h H R θ=-（5）由于R R ∆且R B ，则||sin()R B B θα∆≈-=（6） (4)、(5) 两式即为In SAR 确定高程的原理性公式.三、合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)D-InSAR 技术是在主动式微波合成孔径雷达 SAR 相干成像基础上发展起来的,它以合成孔径雷达复数据提供的相位信息为信息源,可从包含目标区域地形和形变等信息的一幅或多幅干涉纹图中提取地面目标的微小形变信息。