。132 北京科技大学学报 第33卷 ynthetic aperture radar interferon etry InSAR) 相位项，形变后的单视复数数据与主影像形成的干 的发展，合成孔径雷达差分干涉(differen tial 涉SR图像既包含地形相位项又包含形变相位项， synthetic aperture radar n erfermetry D-InSAR) 利用己知的卫星轨道数据和地形数据（如己知的 术正好能够解决连续大面积上非常小的地面活动监 DEM能够很容易去除地形相位项，差分后仅剩下 测，而且具有高精度、高分辨率、全天候、监测成本低 与地表形变有关的相位项，然后将其转变为微小形 以及能够监测人员无法进入的区域等优点，是非常 变值.其测量精度为其所用电磁波波长的量级，因 具有潜力的地面活动辨识和监测技术，成为滑坡、沉 此在微波频率范围内可达到厘米级的精度匀，与永 降、地震和火山等地质灾害活动调查监测实践应用 久散射体PS技术及GPS技术等结合，精度可达到 上的研究热点.20世纪90年代以来，在滑坡监测领 毫米级0 域的研究和应用中已有许多报道1.1995年 D-ISAR技术根据其消除地形相位的方法不 Achache等山首先将D-nSAR技术应用在大规模小 同，主要分为DEM的两轨法、三轨法和四轨法它们 位移的滑坡监测上，获得了与地面监测相同精度的 的原理是基本相同的.本文采用三轨法，其基本原 结果.1996年Frnea等获得了La Clapierey滑坡 理如图1所示山. 位移活动的范围，揭示了整个滑坡的滑动趋势及地 面不连续监测不能监测到的滑坡上小规模的不稳定 QBwB,只4 性.1999年Vemeer等3也对La Valet附近的滑 B. 坡进行了位移的提取，获得了与地面监测相一致的 1.2md的位移精度.2000年Rz0等揭示了 Randazzo滑坡整个滑坡体的形变位移状态.2003年 Paolo等l对Maratea Valley内的滑坡进行了研究， 获得了D-ISAR GPS汲电子测距仪DM三种监测 基本相一致的结果，并在此基础上提出了调查期间 内滑坡的不稳定模型.2003年S9 uarzon等I9也对 La Vaetter滑坡进行了研究，从15幅差分干涉图中 图1三轨法差分干涉测量成像几何示意图 推演出滑坡的位移值。得到了与地面监测相一致的 Fg Geomn etrical skech of theeorbitD hSAR 结果.2006年Cojesant垮I对Liech enstein Ap滑 坡进行了研究，得出了D-S技术最具吸引力和 A、A和A是卫星三次对同一地区成像的位 最可靠的优势就是对广域区域上稳定与不稳定区域 置，下和为卫星三次成像位置到地面监测点P 的定性辨识，以及大地质灾害的危险区定性划分和 的距离，B和B分别为卫星在A、A及A、A位置 对缓慢滑坡上不同滑动速率区域的辨识.2006年与 成像时的空间基线，和？分别为B和B与水平 2008年，Singh roy等8-列利用D-nS4R技术分别对 向倾角，0为传感器电磁波的入射角，B、B1和 老滑坡和冻融性滑坡活动进行了研究，都取得了较 B从、B分别为基线B和B沿视线向的平行和垂 好的结果.但是，目前我国利用DSAR技术在滑 直分量.由图中几何关系及B《十可得 坡方面研究的应用实例还很少. 子=+居-2 r B cos-0+A 2 1D-InSAR技术基本原理和处理流程 I一Bs(0-月)会BM (1) 1.1D-nSAR技术的基本原理 式(1表明用干涉测量法所得到的相位差与视线方 合成孔径雷达差分干涉(D-SR)技术，是通 向的基线分量成正比.这里设定在A处获得第一 过对SAR数据的处理将同一场景与地形和形变有 幅影像且为主影像，假设在地表未发生形变前在A 关的两幅干涉SR图像的相位差转变为地表微小 处获取第二幅影像，所以第二幅影像与A处的主影 形变值的技术.两幅干涉SAR图像是由形变前的 像形成的干涉SR图像，其干涉相位差仅包含地形 一帧单视复数(SIC)SAR数据和形变后的一帧单视 信息，即两次对地面同一点P成像的干涉相位差 复数(SLC)SAR数据，分别与选定的SC主影像数 △中12可表示为 据进行精确的配准和干涉产生的.形变前的单视复 数数据与主影像形成的干涉SAR图像仅包含地形 △p:-,-4:-交p(-D=北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 (syntheticapertureradarinterferometry, InSAR)技术 的 发 展, 合 成 孔 径 雷 达 差 分 干 涉 (differential syntheticapertureradarinterferometry, D-InSAR)技 术正好能够解决连续大面积上非常小的地面活动监 测 ,而且具有高精度、高分辨率 、全天候、监测成本低 以及能够监测人员无法进入的区域等优点 , 是非常 具有潜力的地面活动辨识和监测技术 ,成为滑坡、沉 降 、地震和火山等地质灾害活动调查监测实践应用 上的研究热点.20世纪 90年代以来 ,在滑坡监测领 域的研究和应 用中已有许多报道 [ 1--9] .1995 年 Achache等 [ 1] 首先将 D-InSAR技术应用在大规模小 位移的滑坡监测上, 获得了与地面监测相同精度的 结果.1996年 Fruneau等 [ 2]获得了 LaClapiere滑坡 位移活动的范围 ,揭示了整个滑坡的滑动趋势及地 面不连续监测不能监测到的滑坡上小规模的不稳定 性 .1999年 Vietmeier等 [ 3] 也对 LaValette附近的滑 坡进行了位移的提取, 获得了与地面监测相一致的 1.2cm·d -1的位移精度 .2000 年 Rizzo等 [ 4] 揭示了 Randazzo滑坡整个滑坡体的形变位移状态.2003年 Paolo等 [ 5]对 MarateaValley内的滑坡进行了研究 , 获得了 D-InSAR、GPS及电子测距仪 EDM三种监测 基本相一致的结果, 并在此基础上提出了调查期间 内滑坡的不稳定模型 .2003年 Squarzoni等 [ 6] 也对 LaValette滑坡进行了研究, 从 15幅差分干涉图中 推演出滑坡的位移值, 得到了与地面监测相一致的 结果.2006年 Colesanti等 [ 7] 对 LiechtensteinAlps滑 坡进行了研究, 得出了 D-InSAR技术最具吸引力和 最可靠的优势就是对广域区域上稳定与不稳定区域 的定性辨识 ,以及大地质灾害的危险区定性划分和 对缓慢滑坡上不同滑动速率区域的辨识.2006年与 2008年 , Singhroy等 [ 8--9] 利用 D-InSAR技术分别对 老滑坡和冻融性滑坡活动进行了研究, 都取得了较 好的结果.但是, 目前我国利用 D-InSAR技术在滑 坡方面研究的应用实例还很少 . 1 D-InSAR技术基本原理和处理流程 1.1 D-InSAR技术的基本原理 合成孔径雷达差分干涉 (D-InSAR)技术, 是通 过对 SAR数据的处理将同一场景与地形和形变有 关的两幅干涉 SAR图像的相位差转变为地表微小 形变值的技术.两幅干涉 SAR图像是由形变前的 一帧单视复数(SLC)SAR数据和形变后的一帧单视 复数(SLC)SAR数据 ,分别与选定的 SLC主影像数 据进行精确的配准和干涉产生的.形变前的单视复 数数据与主影像形成的干涉 SAR图像仅包含地形 相位项,形变后的单视复数数据与主影像形成的干 涉 SAR图像既包含地形相位项又包含形变相位项, 利用已知的卫星轨道数据和地形数据 (如已知的 DEM)能够很容易去除地形相位项 , 差分后仅剩下 与地表形变有关的相位项, 然后将其转变为微小形 变值 .其测量精度为其所用电磁波波长的量级, 因 此在微波频率范围内可达到厘米级的精度 [ 5] , 与永 久散射体 PS技术及 GPS技术等结合 , 精度可达到 毫米级 [ 10] . D-InSAR技术根据其消除地形相位的方法不 同, 主要分为 DEM的两轨法 、三轨法和四轨法,它们 的原理是基本相同的 .本文采用三轨法, 其基本原 理如图 1所示 [ 11] . 图 1 三轨法差分干涉测量成像几何示意图 Fig.1 Geometricalsketchofthree-orbitD-InSAR A1 、A2 和 A3 是卫星三次对同一地区成像的位 置, r1 、r2 和 r3 为卫星三次成像位置到地面监测点 P 的距离, B1 和 B2 分别为卫星在 A1 、A2 及 A1 、A3 位置 成像时的空间基线 , 1 和 2 分别为 B1 和 B2 与水平 向倾角 , θ为传感器电磁波的入射角, B1∥ 、 B1⊥ 和 B2∥ 、B2⊥分别为基线 B1 和 B2 沿视线向的平行和垂 直分量.由图中几何关系及 B1 r1 +r2 可得 r 2 2 =r 2 1 +B 2 1 -2r1 B1cos π 2 -θ+ 1 r1 -r2 B1sin(θ- 1) B1∥ (1) 式(1)表明用干涉测量法所得到的相位差与视线方 向的基线分量成正比 .这里设定在 A1 处获得第一 幅影像且为主影像 ,假设在地表未发生形变前在 A2 处获取第二幅影像 ,所以第二幅影像与 A1 处的主影 像形成的干涉 SAR图像 ,其干涉相位差仅包含地形 信息 ,即两次对地面同一点 P成像的干涉相位差 Δ 12可表示为 Δ 12 = 1 - 2 = 2π λ ρ(r2 -r1)= · 132·