第二章 理論基礎與文獻回顧
第一節 合成孔徑雷達
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第二章 理論基礎與文獻回顧
SAR 具有日夜皆可施測，且可穿透雲霧之能力，當多被雲霧壟罩的地 區發生災害，而無法等候適合的大氣環境攝取光學影像時，SAR 就成為了 一項重要的工具。近年來合成孔徑雷達應用於災害防制的優勢逐漸受到重 視，國內對 SAR 影像用於臺灣地區各項地表形變分析，多擁有不錯的成果
（張中白等，2004；王志添等，2005；謝嘉聲，2006；陳錕山，2006; Hu et al., 2011）。
本研究欲使用之永久散射點雷達干涉技術，其主要建構在 InSAR 與 D-InSAR 技術的基礎上，故本章分四節描述 SAR 影像波長理論、D-InSAR、D- 影像波長理論、InSAR、D-InSAR 以及 PS-影像波長理論、InSAR、D-InSAR 技術之理論基礎、技術成果以及國內外各項應用與 研究，最後一小節總結本章節所描述之各項技術之間的差異及其承接性。
第一節 合成孔徑雷達
雷達遙測系統為一種微波遙測系統，使用波長遠大於可見光與紅外線 的微波，其波長從約 1 公厘至 100 公分不等，而不同的波長對地表特徵各 擁有其不同的散射特性，現今衛載雷達系統多使用 2 公分至 30 公分波長
（X、C、S 與 L 波段）。由於雷達波長遠長於可見光與紅外線，使雷達能夠 穿透大氣層，不受天候的影響，其特殊的主動式微波系統，提供了大尺度結 構、地表粗糙度、地表物徵與物徵性質等多樣資訊（圖 2-1）。
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圖 2-1 電磁光譜（Campbell, 2002：2）
雷達波長越長，其對於樹冠的穿透力越佳，而波長越短，其影像對地表 的解析度越佳。圖 2-2 說明不同波長雷達波對植被的穿透能力，X 波段（約 3 公分）的雷達波在樹冠頂層即會因樹葉、樹枝等遮擋形成散射，C 波段
（約 5.8 公分）的雷達波能部份穿越樹冠頂層，但仍會受到中間枝葉遮蔽，
無法達到地表，而 L 波段（約 23.5 公分）雷達波對樹冠與枝葉則擁有最佳 的穿透力，部份雷達波能到達地表，反映地表資訊，藉此分辨出不同大小與 結構之植物。波長越短，能得到面散射（Surface scattering）資訊越多，而 波長越長，則能擁有較佳的穿透力，並得到越多物質的體散射（Volume scattering）資訊（Jensen, 2007: 293-320）。
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圖 2-2 雷達波的植被穿透力（Jensen, 2007：320）
歐洲太空總署 （European Space Agency, ESA）於 1991 年 7 月發射 ERS-1 衛星，於 1995 年又發射 ERS-2 衛星，此兩衛星皆是以太陽同步軌道 方式運行，軌道高度約為 785 公里，軌道傾斜角約為 98.5°，軌道周期目前 是以 35 天為一週期運作，使用雷達波長皆為 C 波段（5.6 公分），此兩衛星 皆已完成監測任務。其中 ERS-2 所酬載之合成孔徑雷達影像系統，是以 23°
入射角斜視地面物攝取雷達回波資料，掃瞄軌跡寬約為 100 公里，其一幅 影像大小約為 100 公里×100 公里，解析度約為 30 公尺，雖已於 2011 年 9 月完成監測任務，但自 2001 年起，因衛星上儀器故障，無法有效記錄衛星 位置。
緊接著 ESA 又於 2003 年 3 月發射 ENVISAT 衛星，用以取代即將退役 的 ERS 衛星，其為一太陽同步衛星，飛行高度約 800 公里，重複觀測週期 為 35 天。衛星承載多個感測器，其中包括一合成孔徑雷達感測器，名為 ASAR（Advanced SAR），波長 5.3 公分，是一多極化雷達系統，然而在經 過十年的地球監測任務之後，於 2012 年五月正式宣告任務終結。
日本地球觀測衛星計畫於 2006 年 1 月發射 ALOS 衛星，負責針對陸域 進行觀測，其主要工作包括國土監測、精密製圖及自然資源調查等。ALOS
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承載的合成孔徑雷達系統名為 PALSAR（Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar），為使用 L 波段（23.6 公分）之主動式雷達影像系統，其影 像可提供製作土地覆蓋分類圖，用以進行環境監測與災害監測等工作，如 作物地區與森林監測。
臺灣地區氣溫高且濕熱，且同一地區可能包含多種不同的植被區，使 用何種類型波長之雷達影像能適應臺灣中緯度地區的大氣環境，並且於植 被區獲取地形變化量，是為本研究主要目的之一。
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