卫星雷达干涉测量
当今大多数遥感卫星都以光学波长工作，主要记录来自太阳的光线，这些光线被地球表面反射或散射到卫星的传感器上。雷达天线，例如欧洲航天局的地球资源卫星ers -1和2所携带的天线，是不同的:它们主动照亮地球，记录后向散射波，由于雷达波长(通常为5-25厘米)比可见光波长长10万倍左右，雷达在云层中传播。因此，雷达卫星可以在任何天气条件下昼夜工作。
目前在轨运行的雷达卫星都不是为测量地球变形而设计的。然而，由于它们用可控的、相干的雷达波照亮地球，雷达干涉测量是可能的。本质上，干涉测量法的工作原理是忽略信号的振幅
图4雷达干涉测量示意图:(a)两颗卫星在不同时间、不同位置对地面上同一点成像，形成相移；(b)从空间同一点成像的地面上的一点，前后一场地震．引起的相变与卫星观测方向上的地表变形分量(雷达波路径)直接相关。请注意，这张照片不是按比例拍摄的:ers -1和2轨道距离780公里，波长5.6厘米。
(a)几何相变(b)变形相变
图4雷达干涉测量示意图:(a)两颗卫星在不同时间、不同位置对地面上同一点成像，产生相移;(b)地震前后空间上同一点成像的地面点。引起的相变与卫星观测方向上的地表变形分量(雷达波路径)直接相关。请注意，这张照片不是按比例拍摄的:ers -1和2轨道距离780公里，波长5.6厘米。
返回到卫星天线的波。取而代之的是使用波的相位(图4)。我们知道雷达波的波长，离开卫星时的相位，以及从地面特定区域(或雷达图像中的像素)返回的相位。从卫星到地面的距离只是一个很大的未知的整个波长数(ers -1和2大约是3000万)，加上该波长的一个已知部分，由离开和返回的波之间的相位差决定。
波的相位描述了它在波周期中的位置，即它是在峰值，还是低谷，或介于两者之间。
这似乎不是一种测量距离的非常实用的方法，特别是当我们还知道当波从地面反弹时，每次测量都会增加随机相移。但是想象一下在不同的时间回到空间中完全相同的位置。如果没有任何变化，那么每个像素测量的相位将与之前测量的相位相同。另一方面，如果地面和卫星之间的距离在时间上发生了变化，可能是由于地震，那么在卫星上测量到的相位也会发生变化。通过创建这些相位变化的图像，可以以雷达波长的一小部分精度绘制变形图:ers -1和2的5.6厘米波长的几毫米。在实践中，两幅雷达图像不太可能从完全相同的位置获得，由于轨道分离和表面地形引入了额外的相移。c使用目标区域的高程模型和精确的轨道模型，大多数这些相位信号可以被去除，留下由表面变形引起的相位信号。
图5显示了土耳其西北部的干涉图，由地震前后间隔35天获取的两张ERS-2雷达图像构建而成伊兹米特地震．每个彩色干涉条纹相当于卫星视线(LOS)表面变形的28毫米等高(ERS波长的一半)。相位测量是相对的，因此要计算断层处的变形，只需简单地计算从干涉图边缘到断层中心的条纹(每边大约25条)，然后乘以28毫米。在这种情况下，断层以南的区域向卫星移动了70厘米以上，而断层以北的区域移动了类似的数量，但远离了卫星。由于ERS-2的视距几乎沿着断层，但与垂直方向有23°，而且这次地震产生了很大程度的水平运动，1.4 m的视距偏移意味着水平断层偏移约4 m;和现场观察到的一模一样。
因为目前的InSAR卫星都不是设计来做干涉测量的，我们能做到这一点是很了不起的。这项技术是一个偶然的副产品;因此，目前的卫星设计并没有针对InSAR进行优化，而且并不总是任务规划者的首要任务。
2000年2月，NASA和NIMA的“航天飞机雷达地形勘测任务”仅用10天时间，就在航天飞机上使用一根天线，另一根天线安装在一根60米长的可伸缩臂的末端，收集了地球表面80%的地形干涉图。这些数据已用于生成高分辨率的全球地形数据集。
图5 (a) 1999年伊兹米特(土耳其)地震引起的变形场雷达干涉图，地震破裂用红线表示。每条彩色干涉条纹相当于卫星视线(LOS;红色箭头);(b)沿剖面a - a '的LOS位移，显示出典型的弹性回弹形式(红线)。虚线黑线是通过一个简单的弹性模型的轮廓地震．
图5 (a) 1999年伊兹米特(土耳其)地震引起的变形场雷达干涉图，地震破裂用红线表示。每条彩色干涉条纹相当于卫星视线(LOS;红色箭头);(b)沿剖面a - a '的LOS位移，显示出典型的弹性回弹形式(红线)。黑线虚线是通过一个简单的地震弹性模型得到的剖面。
图像不能像我们希望的那样经常获得，卫星轨道通常不能很好地操纵。
此外，InSAR只有在地面特征在两次图像采集之间不改变的情况下才可能实现。否则，由于雷达波与地面之间的相互作用，随机相位贡献会发生变化，导致无意义的相位变化测量(称为不相干)。裸露的岩石和人造结构通常在很长一段时间内保持相干，但例如森林地区的c波段(约6厘米波长)干涉图可能是不相干的，即使图像仅相隔一天获得
同样麻烦的是地球不断变化的大气:尤其是水蒸气的浓度会扭曲相位尺，导致相移
这是由于树叶和位置不稳定的小树枝多次散射造成的。
这可能与变形相混淆。例如，一个雷云可以引起相当于地面运动高达10厘米的相位变化。另外，单幅干涉图只能测量卫星LOS内的地表变形。运动的真实的3D特征丢失了，我们只有来自单一维度的信息。这可能导致我们对干涉图的解释含糊不清，从而导致物理模型的不确定性。尽管有这些限制，特别是ERS-1和ERS-2携带的雷达已经对地球进行了许多重要的观测地震周期．
虽然本文涵盖了卫星雷达干涉仪在地震周期同震阶段和震间阶段的应用，但InSAR已被用于测量地震后变形。InSAR还拍摄了火山爆发、新岩浆充填地下岩浆库时火山膨胀的图像，甚至还拍摄了喷发熔岩流的热收缩图像。利用InSAR远程测量了采矿、取水和油井引起的地面沉降，以及山体滑坡甚至南极冰流。有关InSAR如何工作的更全面的信息，以及这些其他应用的细节，请参阅Massonnet和Feigl[1998]和Biirgmann等人[2000]的优秀综述论文。
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