InSAR（SAR Interferometry），就是我们常说的雷达干涉测量。就InSAR这个名词本身，仍然有好多种不同的中文叫法。比如，很多人都说成是干涉雷达， 也有说成干涉SAR的。在写法上， 有星载干涉SAR， 干涉雷达， 雷达干涉， 雷达干涉测量等等。此前我曾专门写过一片博文，详述了InSAR技术相关的几个名词的含义和区别。实际上，如果我们从测量技术这个角度去理解InSAR，那么它就是雷达干涉测量，只不过现在所言的雷达一般都是星载合成孔径雷达（SAR）。很显然，这个名称蕴含了基本的应用能力，那就是测量，通过干涉的方式实现测量的目标，而所用的信息载体就是SAR观测时获取的相位。
这一技术的诞生充满了偶然性，当初成像雷达的发展并不是为了进行干涉测量，而是补充光学遥感的不足， 以成像为主要任务。作为雷达遥感的“ 副产品”，InSAR技术目前已成为雷达遥感学科的重要分支，并将逐步发展成为一种可满足日常应用的常规测量手段。自上世纪80年代初以美国SEASAT雷达卫星数据为研究对象开启干涉测量技术研究以来， 以雷达相位干涉测量为代表的遥感技术为空间大地测量、全球及区域尺度的地形测绘与形变监测提供了新的方法和手段，改变了以往依靠水准、GPS等点位测量方式在空间测量点密度、监测范围和重复观测频率上的不足，扩展了地学领域对地表过程（中长期缓慢地壳变化及局部快速地表变化等）变化研究和认识的广度和深度，强化了地学过程反演的可靠性和稳定性，间接地提高了对自然与人为作用下地表变化及影响的认知。这些都不是空谈，越来越多的研究和应用成果不断在证明着这一点。我从事的工作主要是利用InSAR技术进行大尺度的形变监测，因而更多的是从测量的角度去认识。这一点上，InSAR技术具备两项基本能力，一是地形测绘（多属全球尺度上的），另一项则是地表形变的监测。比较而言，前者属于一次性的基础测图（如美国的SRTM任务，德国的TanDEM-X全球高分辨率DEM获取计划等），而后者则由于观测对象本身变化的多样性，是目前应用最为广泛的领域，因为，我们所处的地球无时无刻不在以各种形式发生着变化，而变形就是这种变化的一种外在表现。但就实现测量的工作原理而言，差分干涉（D-InSAR）较之直接干涉有根本性的区别，前者达到毫米级的形变测量精度，而后者一般只能达到几米的地形测绘精度（如TanDEM-X Global DEM绝对精度为4－8m）。因为前者是与相位变化直接相关的，半个波长代表一个整周（360度）的变化，1度的相位变化相对于C波段的SAR数据所反演的实际地表变化也不足1mm。
RADARSAT-2全国地面沉降调查与监测任务计划
开展特定形变场的InSAR监测，首先要了解常见的变形体或变形场的特征，再结合InSAR技术的工作特点，明确前提条件，熟悉测量范围，具备怎样的监测能力。就地表形变的特征而言，有局部的，有区域性的，有快速的，有缓慢的，有离散的，有连续的。不同的诱发机制，产生的变形尺度不同。比如地面沉降，多是由于地下流体的开采引发的一定范围（区域性或局部）连续缓慢的变化，而对于煤矿开采沉陷，则是固体被采掘引发的局部变化，在部分地区会出现非连续变化，呈现出快速的，非线性的变化特征。面对各种不同尺度的变化，测量工作的作用就是利用具有足够采样频率的观测手段实现对被观测对象动态过程的精准刻画。从这个意义上，测量手段在时间和空间上的采样频率决定了测量结果的精准性和全面性（基本前提是变形过程的时空频率与观测手段的频率是否满足奈奎斯特采样定律）。
从方法论上，能否成功应用特定的测量技术而精准地观测对象的变化特征，依赖于对观测对象变形特征的深刻认识和对观测手段测量能力的深入理解，只有二者达到完美的契合，才能“每一枪都击中靶心”。很显然，InSAR与其他测量手段一样，要实现精准测量的第一步是对被观测对象的认识和分析，是否适用，能否测量，如何布设观测网络等，只有明晰了这些问题后，才能开始工作。那么，我们再看看InSAR具备怎样的测量能力。InSAR的工作原理是相位测量，形变测量过程中有一个重要的数据处理步骤是相位解缠，类似于GPS载波相位解模糊。这里的前提条件是相位的连续性满足互差小于PI的条件，对应的，要求相邻两个目标之间的变形量保持在1/4个雷达波长以内（无论重复轨干涉数据时间间隔长短），才能进行相位解缠求解变形量。比较而言，长波长数据有利于测量大变形，而短波长与之相反；相同的相位精度下，短波长SAR数据形变测量精度优于长波长。以常用的C波段为例，波长为5.6cm，重复轨差分干涉时要求相对变形小于1.4cm。但事实上，自然界的变形体并不都满足这一要求，对于局部过大的变形，InSAR是无能为力的！但好在地表变形多数条件下是连续的（着重指空间上），即使像滑坡、塌陷这一类非连续特别显著的变形，如果加密了观测频率（即利用周期更短的SAR数据），其大变形也可以分解为若干连续的小变形的累积。就是说，InSAR是通过若干个“片段”测量，最后试图实现对变形“全过程”的监测。大多数情况下的变形都是可以被观测的，但也有例外。这里，主要的限制因素就是失相干。相干性是两次观测获取的SAR数据的相似程度，是相位稳定性的一种测度。没有相干性就没有InSAR！前述的大变形本质上是地表过大变化构成的非相干移动，而多数情况下，失相干源于地物类型的变化，间接的表现在SAR数据中就是雷达后向散射特性的变化，而这又是与散射相位相关的（InSAR技术在很大程度上与这一参数有直接关系）。这种影响多表现在植被覆盖显著的地区，如冰雪覆盖区、草地、林地等。此外，由于雷达侧视成像特征，地表水发育地区以及地形起伏较大的山区由于雷达波镜面反射、叠掩等几何关系，无法获取需要的相位信息。
根本上而言，无论哪种具体的InSAR处理方法，都逃脱不了InSAR相位测量的局限性。InSAR本质上适合相干性良好的地区的微小、缓慢、连续变形监测。而对于非相干的大变形却有时候显得无能为力，特别是变形体在时域上的全过程测量，因为诸如塌陷、滑坡、崩塌等变形多呈现出偶然性和显著的非线性。我们现在看到的如煤矿、滑坡等大变形的InSAR监测结果，多是一个个“片段”的测量，得到这些结果，还不必沾沾自喜，因为测量的目标不是“片段”，尽管“片段”也很重要！以前，我们在三峡地区用ENVISAT数据和角反射器InSAR方法，解算的结果多是缓慢的，而实际上确有很大的变形，特别是与季节相关的大变形的时候，角反射器InSAR测量的结果不能反映这一特点，因为早已超过了相位测量的适用范围。从这一点上，任何先进的技术，只有适用才能实用，前提条件很重要！变形监测，不仅仅是技术手段本身的事情，还需要从业者对于变形体特征的理解，对于技术的理解，对于施测过程的理解。没有这些作为基础，单纯的一种技术结果可能很好，但也可能是偶尔条件具备而麻痹了从业者，或者就是运气好！
实践中，能否成功应用InSAR监测变形场依赖于三种因素，即对SAR数据、InSAR技术方法和观测对象变形特征的深入理解，许多应用达不到预期效果的根本原因可能就在于对这些问题认识不清。数据方面，需要具备重复轨、同频率、同入射角、同一成像方式（常见的聚束、条带和扫描模式）以及相位保真度（与卫星相关）等方面的条件，并着重要考虑相干性和基线的可靠性与稳定性，前者取决于空间基线（因卫星而异）的波动，一定时间间隔下监测区地物分布状况变化；而后者则受制于卫星轨道控制的稳定性和精准性。其次，对于技术方法方面则需要明确诸如D-InSAR、PSI、SBAS、CRInSAR、MAI、子带干涉等方法技术的适用范围和条件。而对观测对象的先验知识则更有助于选择合适的技术方法和数据源。要求采用的方法与变形幅度相匹配，充分顾及相位测量的有限性，分析非相干移动与大变形测量。
特定季节下大变形的完整测量与部分测量（右图为过大在非相干变形）
1. 在InSAR形变识别领域，形变梯度大，山区解缠效果不理想是技术难点，而滑坡常发生在这些区域，有哪些好的办法可以提高形变识别的精度？此外，InSAR更倾向于形变的早期识别以及灾后评估，您觉得只靠SAR数据可以做到短期内的预警嘛？DS+PS是滑坡领域应用比较成熟的技术，随着科技的进步，您觉得那些新技术是未来的研究热点？该问题涉及两个方面，一是InSAR技术在灾害领域的应用定位，二是InSAR技术本身的局限性与未来发展方向。先说说InSAR技术的应用定位。（1）InSAR的基本作用。就当前大家关心的地质灾害领域而言，InSAR是“空天地”综合观测手段之中提供形变信息，特别是灾害体“整体”形变信息的主要技术。相比较而言，星载SAR的普适性更强，因其具有更高的“视角”，可探测的范围更为广泛；而地基SAR则需要设置合理的观测角度，增强观测的针对性。（2）星载InSAR技术在灾害领域的应用定位。主要有两个方面，一是广域普查识别，在大的空间背景下识别正在变形的疑似灾害体，这尤为重要，有助于早期发现灾害“隐患在哪里”，InSAR形变数据可表征（表征一词的内涵：用“定量”的观测结果达到“定性”的实际要求）灾害体变形的范围、强度和基本活动特征；二是中长时间尺度上的监测，在已确认为灾害隐患后，星载InSAR的作用体现在以一定的重复周期连续监测，体现其中长时间尺度上的动态变化特征，有助于发现异常变化（加速或减缓）的特征，这对于灾害趋势的判断是有利的。（3）InSAR技术当前还做不到短时间内的预警。从工作模式上，对于已发现的重大灾害隐患，一般采用观测频率更高的点位测量手段，如GNSS等进行滑动状态的持续高频监测，增强灾害预警与短临预报的成功率。InSAR观测距离“期望的”预警还有不小差距，，其作用更多的体现在广域背景下的识别，找到隐患点，并且以一定的观测周期跟踪变化态势。但是，随着未来卫星的增多，特别是SAR卫星星座，比如Cappella，计划36颗卫星，布设完成后以一天的重访周期，这会极大的增强预警的时效性，但依然难以达不到地面观测手段的高效性，不宜给InSAR过高的，超出其能力的期望。总结一下，InSAR的应用定位为：广域背景下的识别普查找隐患，表征隐患基本状况；中长时间尺度下的连续动态监测，揭示隐患的发展态势。关于InSAR技术在低相干、大变形方面的探测能力与技术进展。（1）相干性是相位干涉的基础，没有相干性，干涉测量无从谈起。就地表自然环境而言，植被等引起的失相干是普遍共性问题。过大的非连续变形超过了相位梯度的极限，则难以估计实际变形。在山区，植被，特别是高大的树木影响，再加上过大的变形，这显然都超过了InSAR的探测能力。从这一点上，InSAR技术是“脆弱的”，对此要有清醒的认识。（2）相干性是相对的，同等条件下（分辨率、重访周期、自然环境等），长波长相较于短波长会保持良好的相干性。得益于卫星重访周期的缩短，可通过临近像对组合的方式提高总体相干性，这是一种优化策略。（3）测量结果的观测精度。良好的相干条件是保障观测精度的根本。以哨兵卫星为例，在优化干涉图组合后，多数形变特征可有效并准确探测，特别是单体滑坡测量（除非快速过大变形，此时不宜选择相位干涉方法）。（4）测量点（measurement point）的选择。无论PS、DS，都是在SAR原始采样频率的基础上，根据一定的准则假设，提取一部分有效的像元作为测量点，这实际上是一种“观测信息量”上的“降维”采样。事实上，信息量是根本，就是测量点足够多，探测到总体和细节的变化。这一原则在实际工作中要灵活运用PS、DS、差分干涉、Stacking、SBAS等多种方法组合，确保信息量是根本。（5）未来的技术方法研究主要集中在海量数据下的动态监测，核心是优化处理算法。诸如相干性、大气等普遍问题，通过系统设计（SAR卫星系统、观测方案、优化处理方法组合），尽可能抑制其对形变测量结果的影响。
（1）研究SAR遥感技术，要紧盯需要场景和痛点问题，力求实用；应用SAR遥感技术，须顾及应用条件评估工作能力，务必客观。（2）需充分认识InSAR形变数据“定性与定量”的内涵。“定量测量”在识别层面往往用于“定性判识与评估”，在定量监测层面上，追求高精度测量则需顾及应用场景与支撑条件，不宜事事都用时间序列分析方法！（3）SAR遥感作为灾害调查监测的手段之一，从业者要清醒认识其在具体的行业工作链条中的阶段定位，需与其他手段和工具联合，强化各自解决问题的能力。（4）滑坡灾害隐患应用中的InSAR技术定位：在广域背景场下识别普查，找隐患，表征隐患基本状况；在中长时间尺度下连续监测，找变化，揭示隐患的发展态势。
（5）SAR遥感等新的观测技术会进一步增强地质灾害隐患的识别与监测能力，要求从业者掌握足够的地质灾害专业知识，学科交叉与融合是必须的！
（6）滑坡隐患识别并非一次性工作，动态更新是必要的。大规模动态更新对海量数据处理能力与处理算法提出了新的要求。研究海量数据动态高效处理，自动化信息提取，智能化隐患识别是下一步研究工作的主要方向。
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