干涉合成孔徑雷達
干涉合成孔徑雷達（英語：Interferometric synthetic aperture radar，縮寫：InSAR或IfSAR）是一種應用於測繪和遙感的雷達技術。這種測量方法使用兩幅或多幅合成孔徑雷達影像圖，根據衛星或飛機接收到的回波的相位差來生成數字高程模型或者地表形變圖。[1][2][3]理論上此技術可以測量數日或數年間厘米級的地表形變，可以用於自然災害監測，例如地震、火山和滑坡，以及結構工程尤其是沉降監測和結構穩定性。
技術
合成孔徑雷達
合成孔徑雷達（SAR）是一種雷達形式，其中雷達數據的複雜處理用於產生非常窄的有效波束。 它可以用來形成相對固定目標的圖像; 移動目標可以在形成的圖像中模糊或移位。 SAR是主動遙感的一種形式:天線傳輸從圖像區域反射的輻射，而不是被動傳感(反射是從環境照明中檢測到的)。 因此，SAR圖像採集與自然照明無關，並且可以在夜間拍攝圖像。 雷達使用微波頻率的電磁輻射; 典型雷達波長的大氣吸收非常低，這意味着雲層不會阻止觀測。
相位
影響相位的因素
InSAR的難點
生成干涉圖
軟件
有許多InSAR處理軟件可供使用，其中有些對於學術用途是免費的。
- GMTSAR - 是完全開源的InSAR處理軟件，主要使用c寫成，由cshell串聯，使用地理繪圖軟件GMT生成結果。Github主頁[1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- IMAGINE InSAR - 是ERDAS IMAGINE遙感套件所包含的InSAR處理包，用C++寫成。主頁是[2] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 。
- ROI PAC - 由NASA的噴氣推進實驗室和Caltech開發。運行於UNIX，可以在The Open Channel Foundation免費下載。
- DORIS - Delft University of Technology開發的處理套件，C++寫成，一直到多個平台，基於GPL許可證發布：DORIS[永久失效連結]。
- Gamma Software - 商業套件，擁有多個模塊覆蓋了SAR數據處理、SAR干涉、差分SAR干涉等。運行於Solaris、Linux、Mac OS和Windows，研究機構可獲得大幅度的折扣[3] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。
- SARscape - 商業套件，擁有多個模塊覆蓋了SAR數據處理、SAR干涉、差分SAR干涉等。作為ArcView和ENVI的擴展運行於Windows、Linux和Mac OS下[4] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。
- Pulsar - 商業套件，基於UNIX[5] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。
- DIAPASON - 法國空間局CNES開發，[4][5]由Altamira Information維護，商業套件。運行於UNIX和Windows[6]。
- SAR Studio -商業套件，由迅感科技（北京）有限公司開發[7] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），擁有多項核心技術、支持多種SAR衛星傳感器，具備強大的SAR處理能力，提供150餘個聯合開發商業級算法模塊，已成為一款綜合、可靠、高效的商業化地形高程反演和地表形變監測軟件系統。
- Skysense-InSAR - 商業套件，由洪都天順（深圳）科技有限公司開發，依託香港中文大學太空所研發團隊，運行於Windows，主頁是[6]
數據源
應用
構造
InSAR可應用於構造形變，例如地震造成的地表位移。首次應用實在1992年Landers地震[4]，很快便在全球各種地震之中普遍使用，特別是對1999年土耳其伊茲密特和2003年伊朗巴姆地震進行了深入研究。[7] [8] InSAR也可用於監測斷層。
火山監測
InSAR被用於各種火山監測，包括爆發造成的形變，爆發中深層岩漿分布的變化造成的地表應變，火山體的重力延展，和火山構造形變信號。[9]早期基於InSAR的火山研究對象包括埃特納火山,[5]和基拉韋厄峰，[10]隨着此領域的發展，更多的火山研究開始進行。儘管此技術作為可行的火山監測技術存在各種限制，例如衛星的重現時間、檔案數據的缺乏、相干性和大氣誤差，但它仍然廣泛應用於火山形變的學術研究。[11]最近，InSAR也被應用於埃塞俄比亞的峽谷研究。[12]
地面沉降
DEM生成
永久散射體
永久或固定不變的散射體技術相對傳統InSAR來說是最近開發的，它基於對一些列干涉圖中保持相干性像素的研究。1999年，意大利米蘭理工大學的研究人員開發了一種新的多圖象處理方式，這就是在一摞圖像中尋找地面上提供了穩定持久雷達反射的物體。這些物體可以是像素般大，通常是子像素大，出現於每一幅圖像中。
米蘭理工大學在1999年為此技術申請了專利，並在2000創建了附屬公司Tele-Rilevamento Europa - TRE來進行此技術的商業化操作和進一步的研究。
Some research centres and other companies were inspired to develop their own algorithms which would also overcome InSAR's limitations. In scientific literature, these techniques are collectively referred to as Persistent Scatterer Interferometry or PSI techniques. The term Persistent Scatterer Interferometry (PSI) was created by ESA to define the second generation of radar interferometry techniques.
Commonly such techniques are most useful in urban areas with lots of permanent structures, for example the PSI studies of European cities undertaken by the Terrafirma project.[13] The Terrafirma project (led by Fugro NPA) provides a ground motion hazard information service, distributed throughout Europe via national geological surveys and institutions. The objective of this service is to help save lives, improve safety, and reduce economic loss through the use of state-of-the-art PSI information. Over the last 5 years this service has supplied information relating to urban subsidence and uplift, slope stability and landslides, seismic and volcanic deformation, coastlines and flood plains.
引用
- ^ Massonnet, D.; Feigl, K. L., Radar interferometry and its application to changes in the earth’s surface, Rev. Geophys. 36 (4), 1998, 36 (4): 441–500, doi:10.1029/97RG03139
- ^ Burgmann, R.; Rosen, P.A.; Fielding, E.J., Synthetic aperture radar interferometry to measure Earth's surface topography and its deformation, Annual Review of Earth and Planetary Sciences 28, 2000, 28: 169–209, doi:10.1146/annurev.earth.28.1.169
- ^ Hanssen, Ramon F., Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis, Kluwer Academic, 2001, ISBN 9780792369455
- ^ 4.0 4.1 Massonnet, D.; Rossi, M.; Carmona, C.; Adragna, F.; Peltzer, G.; Feigl, K.; Rabaute, T., The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry, Nature 364, 1993, 364: 138–142, doi:10.1038/364138a0
- ^ 5.0 5.1 Massonnet, D.; Briole, P.; Arnaud, A., Deflation of Mount Etna monitored by spaceborne radar interferometry, Nature 375, 1995, 375: 567–570, doi:10.1038/375567a0
- ^ 洪都天顺（科技）有限公司. [2017-06-19]. （原始內容存檔於2018-04-22）.
- ^ Envisat's rainbow vision detects ground moving at pace fingernails grow. European Space Agency. August 6, 2004 [2007-03-22]. （原始內容存檔於2007-04-12）.
- ^ The Izmit Earthquake of 17 August 1999 in Turkey. European Space Agency. [2007-03-22]. （原始內容存檔於2007-03-10）.
- ^ Wadge, G., A strategy for the observation of volcanism on Earth from space, Phil. Trans. Royal Soc.Lond. 361, 2003, 361: 145–156
- ^ Rosen, P. A.; Hensley, S.; Zebker, H. A.; Webb, F. H.; Fielding, E. J., Surface deformation and coherence measurements of Kilauea Volcano, Hawaii, from SIR C radar interferometry, J. Geophys. Res. 101 (E10), 1996, 101 (E10): 23,109–23,126, doi:10.1029/96JE01459
- ^ Stevens, N.F.; Wadge, G., Towards operational repeat-pass SAR interferometry at active volcanoes, Natural Hazards 33, 2004, 33: 47–76, doi:10.1023/B:NHAZ.0000035005.45346.2b
- ^ Wright, T.J.; Ebinger, C.; Biggs, J.; Ayele, A.; Yirgu, G.; Keir, D.; Stork, A., Magma-maintained rift segmentation at continental rupture in the 2005 Afar dyking episode (PDF), Nature 442, 2006, 442: 291–294 [2009-07-13], doi:10.1038/nature04978, （原始內容存檔 (PDF)於2007-01-04）
- ^ Ground movement risks identified by Terrafirma. European Space Agency. 8 September 2006 [2007-03-21]. （原始內容存檔於2006-10-05）.
參見
外部連結
- InSAR, a tool for measuring Earth's surface deformation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Matthew E. Pritchard
- Radar interferometry tutorial
- USGS InSAR factsheet （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- InSAR Principles （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, ESA publication, TM19, February 2007.
- B. Kampes, Radar Interferometry – Persistent Scatterer Technique, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht,The Netherlands, 2006. ISBN 978-1402045769