雷达干涉测量技术与地震周期监测

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1、地震第３２卷第２期２０１２年４月Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０１２ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ雷达干涉测量在地震形变＊研究中的应用孟国杰１，ＬｉｎｌｉｎＧｅ２，伍吉仓３，戴娅琼１（１．中国地震局地震预测研究所，北京１０００３６；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＳｐａｔｉａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＮｅｗＳｏｕｔｈＷａｌｅｓ，Ｓｙｄｎｅｙ２０５２，Ａｕｓｔｒａｌｉａ；３．同济大学测量与国土信息工程系，上海２０００９２）摘要：合成孔径雷达干涉测量（ＤＩｎＳＡＲ）以厘米乃至毫米的精度和很大的空间覆盖范围实现

2、地表形变观测，它是进行地壳形变观测的重要手段，在地震形变研究中发挥着越来越重要的作用。本文首先简要给出了微波雷达测量的特征，阐述了雷达图像数据处理的基本方法，分析了ＩｎＳＡＲ技术的主要影响因素和观测精度。结合较新的研究成果，分析了雷达遥感图像研究地震形变的方法，讨论了ＤＩｎＳＡＲ在震间、同震和震后形变观测研究中的最新进展。同时讨论了目前我国应用ＤＩｎＳＡＲ研究地震形变中面临的主要问题，最后阐述了应用雷达干涉测量研究地震形变的发展趋势。关键词：雷达干涉测量；地震形变；震间滑动；地震监测中图分类号：Ｐ３１５．７文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３２７４

3、（２０１２）０２－０１０５－０９引言干涉合成孔径雷达（ＩｎＳＡＲ）是进行地壳运动和地震形变观测的可靠手段。自从Ｍａｓ－ｓｏｎｎｅｔ等［１］用雷达干涉图像首次获取１９９２年美国ＬａｎｄｅｒｓＭ７．３地震的同震形变场之Ｗ后，雷达干涉图像在地震形变研究中得到广泛应用。研究内容涉及数据图像处理算法、误差去除和降低方法以及应用研究等，取得了丰富的研究成果。除此之外，雷达图像还在地球科学的多个领域得到很大应用，如土地利用、火山喷发、地表沉降监测等。目前全球主要的航天大国都已经发射了相应的雷达遥感卫星平台和雷达观测传感器，如欧洲空间局的ＥＲＳ１／２和Ｅｎｖｉｓａ

4、ｔ／ＡＳＡＲ（Ｃ波段），日本的ＡＬＯＳＰＡＬＳＡＲ（Ｌ波段），加拿大空间局的ＲＡＤＲＳＡＴ卫星（Ｃ波段），德国宇航中心的ＴｅｒｒａＳＡＲ－Ｘ（Ｘ波段），意大利国防部与航天局合作的Ｃｏｓｍｏ－ＳｋｙＭｅｄ星座（由４颗Ｘ波段ＳＡＲ卫星组成）。ＤＩｎＳＡＲ技术已在地球科学的许多领域得到应用，限于篇幅，本文只讨论和分析其地震形变研究中的应用。首先简要给出微波雷达测量的特征，然后讨论其观测精度和主要影响因素，结合最近发生的几个＊收稿日期：２０１２－０２－１６；修改回日期：２０１２－０２－２８作者简介：孟国杰（１９６９－），男，河南上蔡人，研究员，主要从事ＧＰ

5、Ｓ观测数据处理及应用研究。震例研究结果，分析雷达遥感图像研究地震形变的方法和目前存在的问题，最后阐述了ＤＩｎＳＡＲ技术在地震形变研究中的发展趋势。微波雷达测量的特征成像雷达发射和接收Ｌ波（波长２４ｃｍ）、Ｃ波（波长６ｃｍ）和Ｘ波（波长３ｃｍ）的电磁波，可进行全天候２４小时观测。对于每一具体的地物，雷达测量的参数有３个：沿轨道方向的位置，垂直轨道方向的位置和反射率。反射率的测定与雷达发射和接收信号的极化状态相关，极化方式分为相同极化和交叉极化，前者分为：发射信号水平极化，接收信号水平极化；发射信号垂直极化，接收信号垂直极化。交叉极化分为：发射信号水平

6、极化，接收信号垂直极化；发射信号垂直极化，接收信号垂直极化。相同波长的微波信号，随着入射角的不同，其反射率不同，因此产生了不同波段的反射模型。真实孔径雷达天线产生的光束宽度决定了方位向的分辨率，因此要求很长的天线才能得到较高的分辨率，而合成孔径雷达巧妙地将方位向分辨率提高至天线长度的一半。雷达工作一般具有多种扫描模式，其中Ｓｔｒｉｐｍａｐ模式用于提供单一的扫描带；ＳｃａｎＳＡＲ模式用于通过映射相邻的区域提供较宽的扫描带，增加具体地区的观测频率，提高获取升轨和降轨数据机会；Ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ模式以更精细的分辨率对物体提供聚光照。雷达干涉图的形成是根据

7、卫星平台在不同时间段发射的雷达脉冲相位的不同而得到，相位的变化与地面点和卫星之间距离的变化成正比，因此提供了卫星视线方向地表形变的测量。视向距离的变化与雷达入射角有关，入射角越大，则垂直形变映射成距离变化比水平形变更强烈，测量值对垂直位移比较敏感。１雷达影像干涉测量的数据处理目前主要的雷达干涉测量数据处理软件包括瑞士ＧａｍｍａＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ公司开发的ＧＡＭＭＡ软件，加拿大Ａｔｌａｎｔｉｓ公司的Ｅａｒｔｈｖｉｅｗ－ＩｎＳＡＲ软件，美国宇航局喷气推进实验室（ＪＰＬ）和加州理工学院研制的ＲＯＩ＿ＰＡＣ软件，荷兰Ｄｅｌｆｔ大学开发的ＤＯＲＩＳ软

8、件。干涉条纹中含有几何因素的贡献，包括卫星轨道、地球曲率和地形的影响，需要先去除这些因素的影响，并得到缠绕的差分相位，然后