干涉合成孔径雷达(InSAR)技术利用位于不同空间位置的雷达对同一目标地物进行观测,得到两幅或多幅SAR影像,然后进行干涉处理,通过同一目标两次回波信号的干涉相位差,获取该目标的高程或形变信息。干涉相位中包含了地形信息和地表形变信息,当去除了地形信息后,就可以得到沿雷达视线向的形变信息,这就是差分雷达干涉测量(DInSAR)的基本原理。DInSAR技术作为 InSAR 技术的一个扩展,可以用来对地面进行大范围的形变监测,精度可达厘米级。然而,受去相干和大气传播误差的影响,DInSAR处理结果的精度和可靠性受到制约。为了克服常规DInSAR技术受时间、空间去相关的影响,意大利的Ferretti团队于2000年提出了“永久散射体(PS)”干涉处理技术,该技术开启了时间序列InSAR的新篇章。近年来,以DInSAR、时间序列InSAR为代表的星载InSAR技术在地质灾害监测领域显示出越来越大的应用潜力。中国科学院空天信息创新研究院云烨等基于团队前期研究成果,首先介绍了InSAR形变监测的原理;然后系统性回顾了InSAR技术的发展,分析了DInSAR、时间序列InSAR等方法的技术特点和适用范围;进而从地质灾害监测应用的角度分析了InSAR技术在地震、滑坡、水利工程、地面沉降等领域的应用现状和发展趋势。该工作拟发表在《雷达学报》2020年第1期“合成孔径雷达技术”专刊2“星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用”(云烨,吕孝雷,付希凯,薛飞扬),现已网络优先出版。该文首先介绍了InSAR形变监测的基本原理,回顾了InSAR技术的发展,详细介绍了DInSAR、PSI、SqueeSARTM、JSInSAR、Offset Tracking、Stacking InSAR等技术的原理和特点,针对InSAR技术应用较多的地震、滑坡、水利工程形变、地面沉降等地灾类型,综述星载InSAR技术在其中的应用。在地震形变监测应用中,目前利用InSAR技术的形变提取已从提取地震形变位移大小和空间位置向定量化的、三维形变信息提取发展,成为地震形变监测、预测和灾后评估的重要手段;在滑坡形变监测应用中,协同利用多种测量手段开展滑坡动态监测、隐患早期识别、自动化解译是未来的发展趋势,同时给出了作者团队基于JSInSAR技术获取的某滑坡形变速率结果(图1);在水利工程形变监测中,结合国内外研究现状和作者团队前期研究成果 (图2、图3),提出应积极利用InSAR技术大范围、长时间序列观测的优势关注水电站等大型水利设施的全生命周期监测;在地面沉降监测中,InSAR技术已处在广泛应用阶段,后续发展将降低技术的准入门槛,以提供服务、解译结果的方式服务于各行业应用部门。最后,文章总结了当前地灾监测应用中InSAR技术在大气效应校正、复杂地区形变信息获取、多维形变信息获取中的关键问题,以期服务于地质灾害动态监测与防治工作。综上,从InSAR技术在地质灾害监测的应用和发展进展来看,该技术己经基本成熟,已处在广泛的业务应用阶段,相关理论和技术体系也日趋完备。随着未来星载SAR卫星系统的发展和行业的驱动,加上InSAR工作者在处理技术上的不断改进和提高,InSAR技术将必然发展成为一项成熟的高精度对地观测技术,对地质灾害的调查与监测产生巨大的影响。
图1 采用常规PSI技术和JSInSAR技术获得的四川地区某滑坡形变速率图
图2 利用升轨数据获得的拉西瓦水电站周边形变速率图(发现四处形变较大的区域:形变①~形变④,红色虚线箭头所指为四处形变区域的对应放大图)
图3 拉西瓦水电站果卜岸坡区域形变速率图