卫星雷达干涉测量
干涉合成孔径雷达(InSAR)是一种获取地球图像的主动遥感技术，是一种美丽而强大的地表变形建模和高程测绘技术。然而，合成孔径雷达技术也被认为是一项复杂的技术，很难理解。本期《科技焦点》旨在解释InSAR的概念。
合成孔径雷达(SAR)在微波光谱中获取地球图像，其波长为厘米量级。这种大小的电磁波可以穿透云层，使SAR成为全天候的遥感系统，日夜工作。用于对地观测的合成孔径雷达(SAR)仪器是在机载、星载甚至地面平台上发现的，它们基于相同的原理，但本文将重点介绍卫星雷达系统。自1990年代以来，已经开发和发射了各种SAR卫星，欧洲哨兵- 1a卫星是最近进入天空的卫星。
基线
SAR卫星在地球500 ~ 800公里的高度环绕地球运行，在特定的时间后会重新访问地球上的每一个地方。两次连续访问之间的时间间隔——重复周期或InSAR术语中的“时间基线”——取决于卫星轨道，通常是几天到大约一个月的顺序。然而，由于轨道控制的限制，在获取下一个雷达图像时，卫星可能不会再次处于完全相同的位置。垂直于卫星观测方向的两个采集点之间的距离称为“垂直基线”。在InSAR中，这个距离会产生3D效果(类似于我们用眼睛看到深度的方式)，可以用于地形测绘。
大多数SAR卫星使用c波段，但在过去十年x波段和l波段系统也被发射。了解SAR图像采集之间的波长和基线对于使用InSAR和解释结果非常重要，本文将进一步解释。
相位信息
SAR卫星发射雷达波并测量图像中每个像素反射波的振幅和相位(全波的分数)。卫星可以非常精确地测量相位信息，为雷达干涉测量奠定了基础。最简单的形式是，通过计算雷达波相位的差异，将同一场景的两幅(精确对齐的)SAR图像合并成一个“干涉图”。产生的干涉图通常以彩色显示，基于两幅图像之间的不同的阶段,导致InSAR闻名的彩色图像(图1)。相位差周期在一个干涉图被称为“边缘”,是由包装阶段观察到的波分数是不会超过一波周期。根据卫星的观测方向，每个条纹对应于沿卫星视线一半SAR波长范围的减小或增大。这些被包裹的相位差通常适用于可视化目的，但许多其他应用需要被包裹的(连续的)相位差信息，这些信息可以通过应用先进的数学相位展开算法来获得。
InSAR的边界条件
时域和垂直基线(结合感兴趣区域和数据的可用性)为InSAR应用设置了边界条件。由于该技术依赖于比较两幅或多幅图像中每个像素的相位，因此这些相位在雷达反射中仍应足够相干，以便具有可比性。两幅图像之间的时间间隔越长，导致像素内反射的某些物体或元素发生变化的几率就越大。这将导致相干性的丧失，并最终导致两个像素之间的完全去相关。最大时间基线取决于地区，但在有作物的地区范围为数周，在干旱地区范围为数年。随着垂直基线的增大，相干性的丧失也会发生，因为物体从不同的视角看时是不同的。
对干涉图的贡献
为了了解雷达干涉测量的结果，了解影响相位差的因素是很重要的。对观测相位差最重要的贡献是局部地形(通过垂直基线的三维效应)、地表随时间的变形、未校正的卫星轨道误差以及大气延迟的时空差异引起的大气信号。这些贡献总是存在的，它们对结果有高度可变的影响。例如，一个中等垂直基线和小时间基线的干涉图可以很好地显示局部地形，但只能显示有限的表面变形。需要对相位差的哪一部分进行校正，这取决于应用(尽管卫星轨道误差在后期处理时总是需要进行校正)。例如，在模拟地表变形时，通常使用干涉图中该区域的高程模型，并计算由地形引起的相位差。当该干涉图从原始干涉图中减去后，只有地表变形和大气延迟差异的信号仍然可见。
PS-InSAR
长期变形监测使用一种特殊形式的干涉合成孔径雷达(InSAR)，即持久散射干涉测量(PS-InSAR)。它应用的一个例子是监测建筑物的沉降，这种影响在几年的时间里可以小到只有几毫米。PS-InSAR在图像区域中发现物体，随着时间的推移，这些物体会产生恒定的和特征的雷达反射。这种“持续散射点”是在许多雷达图像的堆栈中被跟踪的点。然而，这些点的数量和分布取决于感兴趣的区域，在发生许多变化的动态区域(如植被生长)很难找到它们。
潜在的
卫星雷达干涉测量有许多不同的应用，从自然灾害测绘(如地震和火山)到监测结构工程中的沉降和稳定性。由于能够利用数百公里外的卫星进行厘米级甚至毫米级的测量和监测，合成孔径雷达是一项非常有用和令人印象深刻的技术，在测绘工业中具有巨大的潜力。
图1，显示2015年9月16日智利地震的干涉图。用于创建此干涉图的SAR图像是2015年8月24日和2015年9月17日的Sentinel-1A图像。每个条纹对应于卫星观测方向上约2.8cm的位移。图片提供:ESA SEOM INSARAP研究PPO.labs/NORUT。包含修改后的哥白尼哨兵数据(2015)。
