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第20卷 第4期(410～418

2004年12月中国地震E ARTH QUAKE RESE ARCH I N CHI NA V ol. 20 N o. 4Dec. 2004

[文章编号]100124683(2004 042410209 星载合成孔径雷达差分干涉测量(D 2I nSAR 技术在形变监测中的应用概述 马 超

2 (太原理工大学, 太原 030024 1 ,2 单新建1 1 (中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室, 北京德外祁家豁子 100029

摘要 本文综述了地球表面形变的主要类型(包括开采沉陷、地表沉降、、地震形

变、火山运动、冰川运动及山体滑坡等 及其在我国的分布状况, (包括InS AR 及D 2InS AR , 统称InS AR 技术 , 形变监测领域的应用与发展。G , 由于InS AR 特有的技术特点, , 必将对形变: 差分干涉合成孔径雷达 形变监测

] [文献标识码]A 1 I nSAR 技术的发展

S AR 干涉测量(InS AR 以S AR 复数据所承载的相位信息为信息源, 作为一项地表三维和变化信息获取技术, 其研究始于上世纪50年代。1946年, Ryle 和Vonberg 构造了类似Michels on 2M orley 干涉仪产生的无线电波, 并用于一些新的宇宙电波的定位(张红,2002 。1969年,InS AR 技术首次应用于对金星表面测量(R ogers and Ingalls ,1969 ,1972年同样的技术用于月球表面的测量(Z isk ,1972 。G raham (1974 首次提出用InS AR 技术来制图的构想并用机载数据实现了能满足1:25

万地形图要求的高程数据。1988年, 星载数据获得实用性实验结果(G oldstein and Z ebker ,1988 。

早期的InS AR 系统主要是机载系统。由于机载系统的不稳定性及数据获取能力的局限性, 一定程度上限制了InS AR 技术的成长, InS AR 技术徘徊于纯理论研究和实验研究之间。1978年世界上第一颗合成孔径雷达卫星(美国Seasat 卫星 发射成功。进入90年代, 原苏联、欧洲空间局、日本、加拿大也先后成功地发射了合成孔径雷达卫星。一系列的星载S AR 系统(A LM AZ 、ERS 2l Π2、J ERS 2l 、RADARS AT 2l 的成功发射, 一系列的航天飞机成像雷达(SIR 2A ,SIR 2B ,SIR 2C Π

X 2S AR 及航天飞机雷达地形测绘任务(SRT M 的成功完成, 为全球提供了更 [收稿日期]2003208208; [修定日期]2004208206。

[项目类别]地震科学联合基金(102096 及国家自然科学基金(40374013 联合资助。

[作者简介]马超, 男,1967年生, 太原理工大学讲师, 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在职博士生。

4期马 超等:星载合成孔径雷达差分干涉测量(D 2InS AR 技术在形变监测中的应用概述411多的适合进行干涉处理的S AR 数据,InS AR 研究逐步从理论研究阶段跨入实用研究的阶段。

干涉测量形变监测主要依据于InS AR ΠD 2InS AR 的技术原理,InS AR ΠD 2InS AR 原理在相关文献多有记述(Z ebker , 1986; G abriel et al. , 1989; R odriguez , 1992; G higlia , and Pritt , 1998; Santitamnont ,1998 。

2 地球表面的形变及I nSAR 技术在形变监测中的应用

地球表面形变依形变场大小可以分为开采沉陷、地表沉降、地壳与构造地质形变及日月引力作用产生的固体潮。其中前两种形变主要是人为因素造成的, 后两种形变的成因是自然力的作用。

211 I nSAR 技术在开采沉陷形变监测中的应用

对于因煤炭、石油、天然气及部分金属矿等开采引起的沉陷, 常规的监测方法是采用精密水准测量或重复光电测距三角高程测量, , 为沉陷监测及环境治理做出了贡献。随着G PS , 测、自动化数据采集与处理的优势。近年来, 利用得到应用。Marco van der K ooij 等(1995 ERS 数据对美国加利福尼亚, 30～40cm , 与常规方法对比, , 5mm 。Patzek 等(2001 利用ERS S AR 。波兰学者Perski 利用InS AR 技术对Upper Silasia (Perski ,1998; 2000, Perski &Jura ,1999

, 作为对照, Upper Silasia 煤田开采沉陷监测也采用了G PS 技术(表1 。由于Upper Silasia 煤田开采大量采用水沙充填, 下沉量远小于自然冒落开采, 因此, 采用沉降监测要有较高精度。沉陷监测的实践表明,InS AR 技术具有大面积、连续、快速的优势, 可以达到厘米级的分辨率, 完全满足精度要求, 是水准测量和G PS 测量的有效补充, 在大面积、短周期沉陷区损害调查及预测中优势明显。此外, 在人工扰动沉陷监测领域, 美国学者William F oxall (1999 曾利用InS AR 技术对Nevada T est Site 地下核试验场1992年3月的一次核爆炸沉陷坑进行了计算, 这也体现了InS AR 技术用于极端环境形变监测具有的优越性。

表1Upper Silasia 煤田开采下沉盆地GPS 控制点的沉降量 与I nSAR 对比表(1993年3月9日～8月10日