InSAR 技术

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这一步用来评价干涉像对的质量，计算基线、轨道偏移（距离向和方位向）和其他系统参数。只有在获得的地面反射至少有两个天线重叠的时候才可以产生干涉，当基线垂直分量超过了临界值的时候，没有位相信息，相干性丢失，就无法做干涉。     

       SARscape>Interferometry->Baseline Estimation，打开基线估算面板。

图4.2  基线估算面板

       （1） 单击 Master file 按钮，选择主影像

       （2） 单击 Slave file 按钮，选择从影像

       （3） 单击 Baseline file，选择输入路径和文件名（该文件可选）

       （4） 单击 Start。结束后，在弹出的窗口单击 End 按钮，基线估算的结果显示在面板上

图4.3  基线估算结果

flyliusheng

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david_gyl

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从历史上来看，InSAR技术的发展起源于Thomas Yong 于1801年所做的“杨氏双缝干涉实验（见图2，图3）。”InSAR正是受这一实验启发发展而来。InSAR技术是近二十年发展起来的极具潜力的微波遥感新技术，它利用两副天线同时观测（单轨双天线模式）或两次近平行观测（重复轨道模式）获得同一地区的两景数据，通过获取同一目标对应的两个回波信号之间的相位差并结合轨道数据来获取高精度、高分辨率的地面高程信息。

　　　　　　  图2:杨氏双狭缝干涉实验 　　　　　　　　　　　　 　图3：点源干涉实验

Roger和Ingalls（1969）率先将无线电波干涉测量技术应用到金星和月球表面的观测，成功提取了月球表面的高程信息。Graham（1974）首次提出了InSAR在地形制图方面应用的设想，并利用机载合成孔径雷达数据获取了能满足1：25万地形图精度要求的高程数据，开创了InSAR技术在对地观测中获取地表三维信息的先河。Goldstein（1988）利用Seasat雷达数据获取了死亡谷Cottonball盆地的地形图，与出版的USGS的地形图很吻合。近十年来，欧美一些发达国家对机载和星载（包括航天飞机）的合成孔径雷达的理论和应用做了大量的研究，获取了大量的商用SAR图像，其中以欧洲空间局（ESA）的ERS1/2、ENVISAT ASAR,日本的JERS-1，ALOS PALSAR,德国的TerraSAR-X和加拿大的RADARSAT-1, RADARSAT-2 ,意大利的COSMO-SkyMed等星载SAR图像为代表。

InSAR最初设计是用来对地球表面测图，目前InSAR技术的应用已不仅仅涉及地形测图，还广泛应用在数字高程模型、洋流、水文、森林、海岸带、变化监测、地面沉降、火山灾害、地震活动、极地研究等诸多领域。其主要应用领域包括以下四大方面：

1.数字高程模型（DEM）的获取。InSAR技术可以全天候、全天时、大面积、高精度、快速准确地获取覆盖全世界的数字高程图，特别是在某些困难地区用传统测量方法无法涉及的地方，优势更为明显。最早利用机载系统获取DEM的代表是美国国家航空航天局，从1991年开始开展了一系列利用TOPSAR在不同环境下获取DEM的研究工作，获得了大量的研究成果。利用星载系统获取DEM的研究始于ERS卫星的发射，2000年2月11日NASA和美国国家影像与测绘局（NIMA）联合进行的为期11天的航天飞机雷达地形测绘任务，获得了地球北纬60度至南纬56度之间，面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，数据覆盖全球陆地表面80%以上地区（见图4）。

图4： SRTM数据覆盖范围（深色区域）

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从单纯的应用领域而言，InSAR形变监测主要分为突发地灾的应急与日常监测应用两大类。一类是地震、重大滑坡等灾后调查应用；另一类主要是面向活动断裂、区域性地面沉降、滑坡监测、矿山塌陷、重大工程与城市开发建设等目标。

比较而言，前者多是应急性调查，比如最近发生的尼泊尔大地震，Sentinel-1，RD-2以及ALOS-2都从不同侧面反映了局部或完整的地表变形场，有助于地震学研究。而后者多表现为缓慢变化，且多数情况下不会引发人员伤亡，虽然社会关注度不高，但却是日常InSAR需求最大最广的领域。从应用的层次上，大致可以分为应用监测型、试验探索型和科研型三类。应用型多表现在产业部门，科研型则多表现在高校研究所等专业研究机构。

存在的技术问题分为两类，一类是新型SAR传感器条件下新的InSAR技术发展进步，另一类就是InSAR形变监测应用的水平和解决问题的层次。

具体一点，面向技术研究的需要关注Sentinel-1 TOPS技术、TerraSAR-X 高分辨率等SAR技术进步而进行InSAR形变测量技术的研究，关注复杂条件下多分辨率InSAR技术的融合以及Tomography技术等研究。另一方面，需要强化InSAR监测结果的对于地学问题的解释和分析能力，提升研究水平。

这一点做起来难度比较大，主要取决于从业者对InSAR和地学问题的认识、理解和分析能力，需要一批从业者长期的积累才能形成，而这也是根本性推动InSAR技术发挥更大效能的关键所在。从单纯的技术层面上，仍需要通过卫星设计、参数优化、InSAR技术方法改进等多领域，改变部分形变“片段”监测的现状，逐步发展为“全过程”测量。

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下一代TerraSAR-NG卫星

TerraSAR-NG卫星0.25m分辨率SAR数据

从另一层面上，尽管许多行业已经认识到InSAR的工作能力，但也有不少观点认为InSAR并不能解决形变机理问题！单纯从这个观点而言，它无疑是正确而且有理的，但从测量的角度而言，任何监测手段都难以解决机理的问题。

测量、观测或者监测（Measurement，Observation or Monitoring），仅是工作的一部分，它更多的回答了看到了什么，但为什么会这样却并不是监测能回答的了的。客观的讲，也不应该期望一种手段或者一种数据解决原因与机理问题。这一点引申一下，科学、客观、理性的去认识一门技术（或者一件事情）是许多工作成败的关键！

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将点数据导入ArcMAP中，生成.shp文件，具体方法如下：
      第一步，先把点坐标信息（一般是经纬度）标准化，将原来的度分秒表示的都要转换成度表示的。
      第二步，将数据导入到Excel里面，总共有两列X,Y（列名可以随便取，但必须有列名），下面对应X,Y坐标数据即可，然后保存。数据的准备工作完成。
      导入方法：
      第一步，ArcMAP下面，菜单tool-Add XY Data…,如下图：

注意，由于我们导入的是经纬度信息，所以坐标系统是Geographic
Coordinate Systems-World-WGS 1984.prj ，必须给新生成的图层赋该坐标系统，用导入或者选择其他坐标系统，在与其他图层叠加时会出现错误。
      第二步，点ok，这时会有一个提示，点确定即可。

      第三步，这时会形成一个新图层，所有的点都添加进来了，但现在添加进来的点由于没有objectID或者FID，现在图层不具备.shp图层的大部分功能，如点的选择，编辑，关联，属性等操作。还需进一步操作。
      第四步，在刚才生成的图层上点右键，选data-expot data…，导出成.shp文件，这时再把导出的文件添加进来即可。至此，已完成任务。

      顺便提示下：arcgis 10下面的该工具路径变成file-add data-add XY data。

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InSAR技术利用两幅合成孔径雷达图像中的相位信息可以获取大范围、高精度的地表三维信息和形变信息，使得人们从空间对全球地表进行长时间序列的监测成为可能。其中，获取地表形变的InSAR技术又被称为DInSAR。但就实现测量的工作原理而言，差分干涉(D-InSAR)较之直接干涉(InSAR)有根本性的区别，前者达到毫米级的形变测量精度，而后者一般只能达到几米的地形测绘精度(如TanDEM-X Global DEM绝对精度为4-8m)。


因为前者是与相位变化直接相关的，半个波长代表一个整周(360度)的变化，1度的相位变化相对于C波段的SAR数据所反演的实际地表变化也不足1mm。以ERS1/2系统为例，当地表位移半个波长(2.8cm)时，就可以产生相位2π的变化，而只有当h≥4500cm时，才能产生同样的效果。

爱上浪哥

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周英

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