合成孔徑雷達干涉測量理論與應用

前言

　　在以衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIs）為代表的測繪新理論、新技術的發(fā)展中，合成孔徑雷達干涉測量技術（InSAR）已成為當前極具發(fā)展?jié)摿Φ奈⒉ㄟb感技術。InSAR是合成孔徑雷達技術與射電天文干涉測量技術的合成，使用微波探測地表目標的主動式成像傳感器，通過機載或星載的方式采集地面各種自然或人工目標發(fā)射或反射的微波信號，經(jīng)處理分析后，識別目標物，提取所需的信息，從而揭示其幾何、物理性質(zhì)和相互聯(lián)系及其變化規(guī)律。在測繪學中，InSAR系統(tǒng)能生成大規(guī)模的數(shù)字高程模型（DEM）及其相關的地圖測繪產(chǎn)品。而在InSAR基礎上發(fā)展起來的差分合成孔徑雷達干涉測量（D-InSAR）則可以根據(jù)SAR的復數(shù)據(jù)提供的相位信息，以厘米級甚至毫米級精度在大空間尺度與時間尺度上探測到地球表面的位移，尤其對垂直形變極其敏感，且能大規(guī)模監(jiān)測幾天或幾年的形變場信息，其高分辨率和空間連續(xù)覆蓋的特征是衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）、衛(wèi)星激光測距（SLR）、甚長基線干涉測量（VLBI）以及傳統(tǒng)大地測量（如精密水準測量）等手段所不具有的，從而在D-InSAR所獲得的地表形變信息中可以揭示更多的地球物理現(xiàn)象。這為用地球物理大地測量方法（Geophysical（3eodesy）研究地球科學問題提供了一種新的有效途徑。　　目前，國內(nèi)外合成孔徑雷達干涉測量技術已走向成熟，其應用領域不斷擴大，應用前景相當廣闊，在測繪、資源勘探、環(huán)境保護、防災減災、海洋探測、土地和森林調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、國家安全等諸多方面發(fā)揮著越來越廣泛的作用，因此對合成孔徑雷達干涉測量技術的研究已成為熱門課題。

內(nèi)容概要

《合成孔徑雷達干涉測量理論與應用》概要地介紹了目前國外已經(jīng)發(fā)射成功的主要空間SAR的基本情況；系統(tǒng)地闡述了InSAR的基本原理和數(shù)據(jù)處理流程；重點分析了復數(shù)InSAR影像對的自動配準、干涉圖計算、地理編碼和相位解纏等關鍵技術；對人工角反射器（CR）和永久散射體（PS）技術、多模式干涉測量進行了深入研究；利用差分干涉測量（D-InSAR）理論，對伊朗巴姆地震區(qū)數(shù)字高程模型（DEM）的獲取進行了研究和分析，并分析了GPS和InSAR數(shù)據(jù)融合的可行性及技術途徑。    合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）是20世紀發(fā)展最為迅速、最具應用潛力的新型對地觀測技術，是當前國際遙感界乃至地學界極為關注的熱點研究課題。    《合成孔徑雷達干涉測量理論與應用》可供從事測繪、遙感、地理、資源和環(huán)境等學科領域的科技人員和高等院校相關學科師生學習參考。

作者簡介

焦明連，1963年生，河南商丘人。1985年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學院（現(xiàn)更名為河南理工大學）；現(xiàn)任淮海工學院測繪工程學院黨委書記、副教授，教育部高等學校測繪學科教學指導委員會委員，中國測繪學會測繪教育委員會委員，中國測繪學會礦山測量專業(yè)委員會委員，全國交通工程測量學術

書籍目錄

第1章 緒論  §1.1 引言  §1.2 合成孔徑雷達及其干涉測量技術的發(fā)展與現(xiàn)狀  §1.3 合成孔徑雷達系統(tǒng)  §1.4 本章小結第2章 合成孔徑雷達干涉測量原理  §2.1 雷達原理  §2.2 InSAR測量的工作模式  §2.3 InSAR高程測量的基本原理  §2.4 InSAR數(shù)據(jù)處理流程  §2.5 本章小結第3章 地面數(shù)字高程模型的生成  §3.1 概述  §3.2 基線估算  §3.3 相干斑去除  §3.4 圖像配準  §3.5 干涉圖計算  §3.6 平地相位去除  §3.7 目標高程計算  §3.8 地理編碼  §3.9 InSAR中的其他有關問題  §3.10 本章小結第4章 相位解纏  §4.1 概述  §4.2 相位解纏的數(shù)學模型  §4.3 路徑跟蹤法  §4.4 基于特征提取的解纏方法  §4.5 最小二乘解纏方法  §4.6 基于最優(yōu)估計的解纏方法  §4.7 相位解纏開放源代碼軟件介紹  §4.8 本章小結第5章 合成孔徑雷達差分干涉測量  §5.1 差分干涉測量的原理  §5.2 差分干涉測量的應用  §5.3 本章小結第6章 CRInSAR與PSInSAR技術  §6.1 角反射器對雷達信號的散射特性  §6.2 CRInSAR技術  §6.3 PSInSAR技術  §6.4 CRInSAR與PSInSAR技術的聯(lián)合  §6.5 本章小結第7章 多模式干涉測量  §7.1 概述  §7.2 聚束SAR模式  §7.3 寬幅SAR模式  §7.4 寬幅SAR的應用  §7.5 多模式干涉測量  §7.6 本章小結第8章 D-InSAR技術應用于形變監(jiān)測的實例  §8.1 巴姆地區(qū)概況及數(shù)據(jù)信息  §8.2 GTOPO30DEM與SRTMDEM  §8.3 巴姆地區(qū)DEM生成  §8.4 巴姆地區(qū)地震形變分析  §8.5 G：PS-InSAR融合技術及其應用  §8.6 本章小結參考文獻附錄英文縮略語對照表

章節(jié)摘錄

　　進入21世紀，衛(wèi)星對地觀測技術得到了迅猛發(fā)展，也使得大地測量技術徹底跨越到了衛(wèi)星大地測量時代，其中具有標志性和代表性的衛(wèi)星系統(tǒng)有全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星、地球重力衛(wèi)星以及微波遙感衛(wèi)星（合成孔徑雷達衛(wèi)星、海洋測高衛(wèi)星）。這3種衛(wèi)星系統(tǒng)已促使大地測量的研究手段、方法和目標發(fā)生了巨大的變化?！　‖F(xiàn)代衛(wèi)星大地測量技術不僅能在地表上長時間以109相對精度定位，而且它已遠遠超過原來經(jīng)典大地測量技術的目標，并涉及多種學科領域，可以提供和處理地球動力學、行星學、大氣學、海洋學、板塊運動學和冰川學等其他學科很難取得的必需信息和數(shù)值，并有可能解決這些學科領域中的許多困惑（廖明生等，2003）。　　合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR），特別是星載SAR具有全天候、大范圍、高地面分辨率和不受大氣影響等優(yōu)點，已經(jīng)成為地形測繪、災害監(jiān)測、資源普查、變化檢測等很多微波遙感應用領域的重要信息獲取手段?！　『铣煽讖嚼走_干涉測量（synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR）技術成功地綜合了合成孔徑雷達成像原理和干涉測量技術，利用傳感器的系統(tǒng)參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和軌道之間的幾何關系等精確測量地表某一點的3維空間位置及其微小變化。尤其在最近十幾年，InSAR技術取得了重大突破，一般理論問題趨于解決，已成為雷達遙感領域中引人注目的重要分支?！　『铣煽讖嚼走_差分干涉測量（Differential InSAR，D-InSAR）技術，是InSAR應用的一個拓展。雷達干涉圖的差分可用于監(jiān)測雷達視線方向厘米級或更微小的地球表面形變，以揭示許多地球物理現(xiàn)象，如地震形變、火山運動、冰川漂移、地面沉降以及山體滑坡等。

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