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1、成像雷达遥感地质灾害应用张万超（中国地质大学信息工程学院遥感与科学技术专业）摘要：概述了合成孔径雷达技术的发展状况,对合成孔径雷达成像机理及特征做了简要介绍。结合SAR技术的发展阶段,简述了成像雷达遥感地质研究的技术理论,总结了国内外应用研究现状。同时对新兴起的新型成像雷达技术(极化雷达、干涉雷达)及其发展趋势也做了简单描述,重点突出了新型成像雷达技术在地质地震研究中的应用。最后提出了新型成像雷达技术在目前研究中存在的问题及对当前研究的改进措施,展望了他们未来的发展趋势。关键词:成像雷达遥感;地质应用;极化雷达;干涉雷达成像雷达遥感,一般即指合成孔径雷达(synt
2、heticapertureradar,SAR)遥感,其显著特点是主动发射电磁波,具有不依赖太阳光照及气候条件的全天时、全天候对地观测能力,并对云雾、小雨、植被、及干燥地物有一定的穿透性,此外,通过调节最佳观测视角,其成像的立体效应可以有效地探测目标地物的空间形态,增强地形地貌信息。这些独特的优势使得雷达遥感相对光学遥感,在地质学中得到了更为广泛的应用和深入发展。地质学是雷达遥感除了军事侦察以外最早的应用领域,起始于20世纪60年代美国在云雾覆盖、林木繁茂的南美开展的大规模机载雷达地质应用试验。随后美国、巴拿马、巴西等国家成功的进行了几次机载雷达遥感飞行,广泛地用于
3、基础地质及矿产、油气资源调查。进入20世纪80年代,机载雷达遥感已作为一种成熟的技术应用于地质探测中,美国、加拿大等国家相继开展了SAR制图、雷达地质研究等计划,取得了大量数据,对矿产资源和地质调查作出了很大贡献。在开展机载雷达地质研究的同时,星载雷达遥感也广泛应用地质研究。SeasatSAR及SIR-A/B等卫星、航天飞机雷达的相继升空,获得的包括从亚马逊河及印度尼西亚的热带雨林到北非和沙特阿拉伯的干旱沙漠地带等地区的大范围的雷达影像,提供十分丰富的地质构造、岩性、隐伏地质体等地质矿产信息。20世纪90年代,雷达遥感研究达到空前高潮,ALAMZ-SAR,ERS-
4、1/2SAR,JERS-1/SAR及RADARSAT-1相继发射,以及航天飞机SIR-C/X-SAR二次成功的飞行,为雷达地质研究工作的进一步开展提供了丰富的数据源。当前,国际民用高分辨率合成孔径雷达卫星研究又向前跨进了一大步,EnviSat/ASAR,ALOS/PALSAR,TerraSAR-X,TecSAR,Cosmo-Skymed-X,RADARSAT-2等雷达卫星的相继升空,雷达遥感获取的信息量越来越丰富,同时数据处理方法和手段越来越完善,特别是新型成像雷达遥感技术(极化雷达、干涉干涉雷达)的出现,雷达遥感已经深入到地壳形变、地震孕育、板块运动及地面沉降测
5、量等地质研究各领域。1．地质体微波散射理论目标的散射特性,是雷达图像解译的理论基础。地质体散射是电磁波与地质体相互作用的结果,雷达图像上的灰度数字值是相应地面地物的雷达后向散射回波强度在图像上的反映。可用如下的雷达方程来表示:其中:Pt为雷达接收功率;Pr为雷达发射功率;G为天线增益;γ为波长;R为天线与目标地质体之间的距离;σ为后向散射系数,与地质体物理特性参数(表面粗糙度、复介电常数)等有关;A为目标地质体的雷达后向散射截面,是一个与雷达系统参数(波长、极化、发射功率、天线增益)及成像几何位置(入射角,天线到目标地质体的距离)有关的因子。显然,在雷达系统参数及
6、成像几何位置不变的情况下,雷达图像上的后向散射强度仅随目标地质体物理特性参数后向散射系数而变化。如果在绝对尺度上已知k,就可把像元的灰度数字值DN(ij)直接与σ联系起来,生成一幅在绝对尺度上强度直接和后向散射系数有联系的图像(即绝对定标)。如果只知道k的相对变化,就只能生成一幅相对后向散射图像(即相对定标)。决定雷达图像后向散射强度的岩石表面性质主要是表面粗糙度和复介电常数。表面粗糙度取决于表面结构形迹,如沙、砾和卵石的颗粒及风化碎屑。除未固结的砾石、沙和粘土外,表面粗糙度和岩性之间并没有固定的关系。因此,不同岩性的岩石可能有相同的雷达回波。因此,在雷达图像上识
7、别岩性,必须利用岩石的地貌表现和风化特征。数是对表面物质电性的测量,它强烈地影响着物质吸收电磁波能量的能力,并影响着电磁波能量的反射率。物质的相对介电常数由实部和虚部组成,实部代表物质的介电常数,而虚部表示物质的损耗因子。复介电常数在很大程度上取决于表面物质的含水量,相对地质体而言,含水量极低。因此,复介电常数的实部与岩石类型、结构、密度和岩石化学成分有关,而虚部则变化较小。2．像雷达遥感在地质研究中的应用在雷达遥感的发展过程中,单波段、单极化及多波段、多极化雷达图像在地质学中应用非常广泛;其所特有的全天候、全天时数据获取能力及对一些地物的穿透性能,已成功地应用于
8、对地观测,
