INSAR在變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用原理--ppt課件

1、基于INSAR進(jìn)行的變形監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)析簡(jiǎn)述： 近年來(lái)地震、火山、滑坡和地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重地威脅著人類(lèi)的生存空間，針對(duì)這種災(zāi)害而發(fā)展起來(lái)的地表形變監(jiān)測(cè)和測(cè)量技術(shù)就顯得尤為重要。 傳統(tǒng)的開(kāi)采沉陷監(jiān)測(cè)方法是在采空區(qū)上方布設(shè)巖層移動(dòng)觀測(cè)站進(jìn)行幾何測(cè)量，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算分析得到相關(guān)參數(shù)。盡管近年來(lái)測(cè)量?jī)x器有了較大改進(jìn)，可使用數(shù)字水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS 等先進(jìn)儀器進(jìn)行地表沉陷觀測(cè)，減輕了野外觀測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是基于離散點(diǎn)的地表移動(dòng)觀測(cè)站方法缺點(diǎn)仍然非常明顯1、離散觀測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)過(guò)程中容易受采動(dòng)破壞而在后期無(wú)法觀測(cè)，造成觀測(cè)成果缺失2、在山區(qū)及沉陷積水區(qū)等地，一些最佳觀測(cè)位置觀測(cè)者通常難以進(jìn)入、無(wú)法

2、接近，造成觀測(cè)成果不理想3、盡管觀測(cè)儀器有了大幅改進(jìn)，但觀測(cè)強(qiáng)度和難度依然較大，長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)費(fèi)用較高4、離散點(diǎn)觀測(cè)方法的觀測(cè)點(diǎn)總是有限的，其結(jié)果很難反映整體開(kāi)采沉陷規(guī)律，尤其是整個(gè)開(kāi)采范圍的多環(huán)境要素的影響規(guī)律傳統(tǒng)沉降觀測(cè)的缺點(diǎn)： 航空航天遙感技術(shù)作為對(duì)地觀測(cè)獲取地球空間信息的重要手段，近年來(lái)發(fā)展迅猛，不僅能夠快速、大面積測(cè)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(cè)、災(zāi)害預(yù)報(bào)、災(zāi)情評(píng)估和軍事偵察等領(lǐng)域。 其中合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）以其具有全天候、全天時(shí)獲取地表信息的特點(diǎn)，已發(fā)展成為一門(mén)不可或缺的對(duì)地觀測(cè)新技術(shù)。 基于 SAR 發(fā)展起來(lái)的合

3、成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)，自 20世紀(jì)90年代初起就開(kāi)始在全球及區(qū)域性地形測(cè)圖、大尺度地表形變監(jiān)測(cè)中得到廣泛的研究和應(yīng)用。與可見(jiàn)光遙感相比，InSAR 實(shí)現(xiàn)了遙感技術(shù)對(duì)地表變化的幾何測(cè)量，可定量化研究自然環(huán)境的活動(dòng)變化狀況，是傳統(tǒng)光學(xué)遙感技術(shù)和測(cè)量手段的有益補(bǔ)充 InSAR 聯(lián)合處理同一地區(qū)的兩景 SAR 圖像，提取對(duì)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(chēng)為差分合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量已發(fā)射的星載SAR平臺(tái)InSAR的分類(lèi)：以星載重復(fù)軌道干涉測(cè)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(gè)像素的

4、相位：則有：地表點(diǎn)t1的高程可以表示為:計(jì)算出每個(gè)像素的干涉相位 ，結(jié)合衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)，即可計(jì)算出干涉圖中每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的地表高程 z在z=0是忽略高次項(xiàng)，按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)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(jìn)一步分解為：平地相位：地形相位：兩邊分別對(duì)求導(dǎo)，得到干涉圖上相鄰兩像素的相位差為：對(duì)照上圖，qs可以表示為：式中：q為 t1、t2兩地面目標(biāo)點(diǎn)在豎直方向上的距離，即高差，s 為t1、t2兩點(diǎn)在斜距向上的距離 上式右邊第一項(xiàng)表示高程變化引起的相位差，右邊第二項(xiàng)表示無(wú)高程變化的平地引起的相位差，也可進(jìn)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(tái)飛行方向平行的明暗相間的條紋，且當(dāng)B0 時(shí)，從近距點(diǎn)到遠(yuǎn)距點(diǎn)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(cè)量的高程誤差，則：干涉圖上一個(gè) 2 相位對(duì)應(yīng)的高程變化量稱(chēng)為高程模糊度，記作 haInSAR 技術(shù)對(duì)地形測(cè)量的敏感性較弱 差分雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)： 若考慮到衛(wèi)星平臺(tái)兩次成像期間，地表點(diǎn)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(duì)的基線無(wú)關(guān)。同時(shí)干涉相位還會(huì)不同程度地受到大氣延遲效應(yīng)、衛(wèi)星軌道擾動(dòng)和系統(tǒng)熱

6、噪聲等因素的影響，可以認(rèn)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(chēng)為 DInSAR 技術(shù)。DInSAR 技術(shù)監(jiān)測(cè)地表形變方案雖然DInSAR 技術(shù)監(jiān)測(cè)地表形變有很高的理論精度，但實(shí)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(lái)可以分為以下六類(lèi)：（1）時(shí)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(guò)大引起的失相干DInSAR 受到分辨率和波長(zhǎng)的制約，所以只能夠監(jiān)測(cè)地表一定量的位置變化，若變化量過(guò)小或過(guò)大，利用DInSAR 技術(shù)都將不能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。優(yōu)勢(shì)：(