探秘L波段差分干涉SAR衛(wèi)星應(yīng)用

據(jù)介紹，L波段差分干涉 SAR衛(wèi)星工程是國務(wù)院批準(zhǔn)的《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015~2025年）》中首個(gè)立項(xiàng)的科研衛(wèi)星工程，由A、B星組成。自然資源部作為牽頭主用戶，與應(yīng)急管理部、國家林業(yè)和草原局共同負(fù)責(zé)工程在軌測試和行業(yè)應(yīng)用示范系統(tǒng)建設(shè)工作。 “這組衛(wèi)星通過搭載 L波段多極化SAR，利用差分干涉形變測量和干涉測高的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)指定區(qū)域的高精度、全天時(shí)、全天候的地表形變監(jiān)測、地形測繪等任務(wù)，形成全球領(lǐng)先的地質(zhì)災(zāi)害快速反應(yīng)能力?！毙l(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師、自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心總工程師唐新明介紹。 “雙星填補(bǔ)了我國差分干涉 SAR衛(wèi)星的空白。”衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師助理、自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心副研究員李濤告訴記者，該組衛(wèi)星發(fā)射之前，我國長期使用國外的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分干涉處理，每年投入數(shù)千萬元購買國外數(shù)據(jù)，成本極高，且國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)我國有效覆蓋率低，難以支撐我國地災(zāi)早期識(shí)別與監(jiān)測的業(yè)務(wù)化應(yīng)用。而 L波段差分干涉 SAR衛(wèi)星的成功發(fā)射和應(yīng)用，將極大地改變我國SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)嚴(yán)重依賴國外的被動(dòng)局面，為自然資源及相關(guān)行業(yè)提供重要數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。 ? “相較于我國目前光學(xué)衛(wèi)星一遇到云雨天氣就無法開展地表監(jiān)測的情況，這組衛(wèi)星最大的特色便是可以實(shí)現(xiàn)‘穿云透雨’”。唐新明介紹，該組衛(wèi)星可主動(dòng)發(fā)射微波信號(hào)，不論白天黑夜都可正常成像，且 L波段信號(hào)具有波長長、穿透性好的特色，不受云霧影響，可以更高效地獲取地表信息和部分次地表層信息，滿足我國尤其是南方多云多雨地區(qū)的對(duì)地觀測需求。 ? 比如，地震、洪水、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害往往伴隨著地震云或頻繁的降雨，此時(shí)光學(xué)衛(wèi)星就被“蒙住了眼睛”，而這組衛(wèi)星可以穿透云雨，觀測到被淹沒的具體范圍。再比如，在對(duì)地表進(jìn)行觀測時(shí)，L波段信號(hào)可以穿過部分低矮樹木，準(zhǔn)確測量地形數(shù)據(jù)，而不是只能測出樹冠高度。 “我們應(yīng)用了波的干涉原理，兩顆衛(wèi)星接收到地面回波后，通過處理就可以反演得到地面與兩顆衛(wèi)星之間的距離差，進(jìn)而獲取地面的高程信息或者形變信息，以開展地形測繪或形變監(jiān)測。”李濤說。 ? 其中，跟飛模式是指兩顆衛(wèi)星在圓軌道間隔180度前后跟飛。每顆星獨(dú)立收發(fā)信號(hào)，雙星可以對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行高頻次成像，最快4天可對(duì)同一區(qū)域以差分干涉模式觀測一次，獲取一次形變信息。如此一來，便能快速且持續(xù)監(jiān)測地表形變，成為地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別的利器。 ? 繞飛模式下，A、B雙星齊頭并進(jìn)，雙生伴舞，間隔很近，以700米~7000米的距離螺旋飛行，通過星間高精度幾何狀態(tài)測量以及同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)干涉SAR高精度地面高程測量。繞飛模式主要用于測高，可以與已有的光學(xué)衛(wèi)星緊密配合，完成全國基礎(chǔ)地理信息的采集，為自然資源調(diào)查體系構(gòu)建、高精度地形數(shù)據(jù)獲取與更新、自然資源生態(tài)遙感監(jiān)測、交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃等提供本底數(shù)據(jù)。這也是我國首個(gè)民用領(lǐng)域具備業(yè)務(wù)化干涉測繪能力的衛(wèi)星。 ? 李濤介紹，該組衛(wèi)星不僅可以開展大尺度、毫米級(jí)的高精度地表形變測量，還極大提升了地面觀測分辨率和觀測頻率。 ? 遙遠(yuǎn)感知 外太空大范圍地災(zāi)隱患識(shí)別 ? “80%的地災(zāi)發(fā)生在已知的隱患點(diǎn)范圍之外。這要求我們在傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查的技術(shù)上，使用更先進(jìn)的 SAR遙感手段，提供更為精準(zhǔn)的地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識(shí)別結(jié)果?！毙l(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師、中國自然資源航空物探遙感中心遙感技術(shù)研究所所長葛大慶說，該組衛(wèi)星可以很好地應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識(shí)別，為大范圍開展滑坡、泥石流篩查，以及后期的預(yù)警、治理提供服務(wù)。 ? 比如，衛(wèi)星多次成像及干涉之后，可生產(chǎn)形變產(chǎn)品，測量地表的厘米級(jí)甚至毫米級(jí)形變量，這意味著地質(zhì)災(zāi)害的一些早期形變特征可凸顯在形變產(chǎn)品中，再通過地面設(shè)備的布設(shè)，以及專家常識(shí)的判讀，就可以識(shí)別出地質(zhì)災(zāi)害隱患地點(diǎn)，為地質(zhì)災(zāi)害的野外調(diào)查防治提供“靶子”，縮小地質(zhì)工作人員的排查防治范圍。 ? “ “我們一直強(qiáng)調(diào)衛(wèi)星的自主可控，致力于解決地質(zhì)災(zāi)害早期監(jiān)測問題。”葛大慶說，根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治三年行動(dòng)計(jì)劃》，其重要任務(wù)之一是利用衛(wèi)星遙感開展大范圍的地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識(shí)別，以回答地質(zhì)災(zāi)害“什么時(shí)候發(fā)生”的重要問題。而這組衛(wèi)星在地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識(shí)別和監(jiān)測預(yù)警方面能起到很大作用，緩解我們現(xiàn)在對(duì) L波段數(shù)據(jù)的需求。 ? “衛(wèi)星發(fā)射之后，部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心會(huì)針對(duì)衛(wèi)星傳回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行3個(gè)層次的形變產(chǎn)品生產(chǎn)，服務(wù)于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測任務(wù)。”李濤介紹，首先，衛(wèi)星對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行兩次成像之后，中心可以使用差分干涉技術(shù)進(jìn)行形變場產(chǎn)品生產(chǎn)，助力地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查。其次，衛(wèi)星對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行多次成像之后，中心使用影像堆疊技術(shù)進(jìn)行形變速率場產(chǎn)品生產(chǎn)，助力地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)篩查。最后，衛(wèi)星對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行高于30次成像之后，中心可使用多時(shí)相雷達(dá)干涉技術(shù)進(jìn)行形變時(shí)間序列產(chǎn)品生產(chǎn)，助力地質(zhì)災(zāi)害詳查。 ? 除此之外，該組衛(wèi)星在城市基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測、大型線狀人工地物沿線安全監(jiān)測、水利設(shè)施安全監(jiān)測等方面也具有重要意義。 ? “如果有破壞性大地震發(fā)生，這組衛(wèi)星可快速獲取地震的同震變形場，精確定位極震區(qū)，為應(yīng)急救援人員實(shí)施救援爭取‘黃金時(shí)間’?！睉?yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院研究員李永生告訴記者，雙星最快4天提供的嚴(yán)格回歸干涉影像，非常有利于地震監(jiān)測，同時(shí)其高分辨率 SAR影像可以在地震應(yīng)急、生命線評(píng)估、災(zāi)情決策支撐方面發(fā)揮重要作用。