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第四節 章節架構
本論文各章節編排內容如下：
第一章緒論包含研究背景與動機、研究目的與研究方法與流程，分別 講述本研究重要性、實際內容與目的。
第二章文獻回顧針對研究中主要技術：SAR、InSAR、D-InSAR 與 PS-InSAR 技術作說明，歸納前述技術對本研究目標的條件以及限制。
第三章 PS-InSAR 執行策略描述 PS-InSAR 的影像選擇條件，並介紹本 研究所選用的影像資訊，而後介紹本研究使用工具以及處理流程。
第四章分三部分，首先展示 PS-InSAR 技術前端的 D-InSAR 成果，評 估選用雷達影像獲得干涉成效，以及像對篩選成果；其次依據經濟部水利 署與工業技術研究院建置之地層下陷資料庫，以歷年水準測量資料檢核本 研究實驗成果精度。
第五章結論與建議承接第四章研究結果，綜合探討本研究成果與研究 目的，並給予未來研究建議。
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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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第二節 合成孔徑雷達干涉
合成孔徑雷達干涉技術最早應用在觀測金星（Venus）及月球的表面
（Rogers & Ingalls, 1969），是以雷達複數資料（Complex data）與相位（Phase）
值萃取地表的三維資訊，可用作決定高精度的地形資料。其後 Graham 於 1974 年以空載雙天線 SAR 系統同時獲得雷達訊號，達到干涉效果計算地 面的高程值。1989 年 Goldstein 等應用重複軌道處理 Seasat 衛星 SAR 影像，
以時間間隔三天的資料獲得地形圖等高線，並與 USGS（United States Geological Survey）地形圖資料擁有一定程度的吻合。
2000 年太空梭雷達製圖任務（Shuttle Radar Topography Mission, SRTM）， 是由美國 NASA 噴射推進實驗室與德國太空中心、義大利太空中心共同合 作，以雙雷達天線架置於同一載台上，產製涵蓋全球 80%、覆蓋範圍介於 北緯 60 度到南緯 57 度環帶狀區域的數值地形模型。圖 2-3 說明 SRTM 太 空梭結構，包括雙雷達天線以及定位系統。
圖 2-3 太空梭雷達製圖任務
自雷達干涉技術被證實擁有強大的實用潛力後，已成功的應用在許多 領域，包括地形圖製圖、產製數值地形模型、植物樹高研究與海岸線變化等
（蕭逸凡，2010）。
合成孔徑雷達干涉技術可以快速且大範圍的偵測區域的地形起伏，加
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上穿透雲霧與主動式光源的優勢，有助於獲得熱帶、極區或常年雲霧盤據 地區的地形資訊。本節包含 InSAR 取像模式、InSAR 原理以及 InSAR 成功 的條件等，其內容分項敘述如下。
一、InSAR 取像模式
合成孔徑雷達干涉技術是以兩張雷達影像中的複數資料與相位值 計算地表的三維資訊，依據雷達影像接收的時間以及天線間不同的幾 何位置關係，主要可分為三種資料獲取方式，分別是橫軌式（Across-track）、沿軌式（Along-track）以及重複軌道式（Repeat-track / Multi-pass）（Gens & Genderen, 1996），以下分別敘述此三種取像模式原理，
並綜合敘述模式之間基本條件與差異。
(一) 橫軌式（Across-track）
橫軌式取像模式須同時裝載兩個雷達天線於一載台上，
且兩天線連線與飛行方向垂直，同時蒐集飛行方向一側資 料（圖 2-4），其中 H 為航高，O1、O2為取像位置 1、取像 位置 2，r1、r2是位置 1 取像斜距、位置 2 取像斜距，B 為 取像位置 1 與取像位置 2 基線， 90°減去雷達天線視角為 θ。
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圖 2-4 橫軌式幾何示意圖
此種取像方式只需全相位回復（Phase unwrap）完成後，
即可獲得高程資訊，缺點是無法有效分辨地形斜坡與飛機 傾斜所造成的誤差，因此，擁有固定軌道及週期的衛星載 具較空載穩定，實際運作的有 SRTM 系統等。圖 2-5 以 ERS 波長 5.6 公分為例，說明全相位回復利用不連續的相位資 訊計算出相位整數值。
圖 2-5 全相位回復示意圖（周峰泯，2009）
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(二) 沿軌式（Along-track）
沿軌式的需求裝置類似於橫軌式，需要載台上搭載兩 部雷達天線，而差異點為雷達天線的掃描方向與載具的飛 行方向相同，圖 2-6 為其幾何示意圖。
圖 2-6 沿軌式幾何示意圖
因雷達天線的掃描方向與橫軌式不同，所以蒐集到的 訊號所產生的相位差，主要來源為目標瞬間相對於感測器 的變動量，如水流變動，因此沿軌式掃描方式無法分辨靜 止不動的物體。
(三) 重複軌道式（Repeat-track / Multi-pass）
重複軌道模式載台只需配置一個雷達天線，利用載台 通過相同區域兩次的方式，得到接近相同的天線位置（圖 2-7）。
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圖 2-7 重複軌道式幾何示意圖
此種取像模式需要依靠精密的軌道位置參數，以相近 的天線位置蒐集雷達資料，較適用於飛行穩定的衛星雷達 載具。歐洲太空總署有特別針對 InSAR 設計了串聯任務
（Tandem Mission），以 ERS-1、ERS-2 兩顆衛星對同一區 域蒐集僅相差一天的資料，其中有許多影像能夠得到良好 的干涉結果。此外，因為此模式只須單載台單天線，對於所 有的雷達系統都能以此模式獲取所需雷達資料。
綜上所述，橫軌式與沿軌式資料獲取模式需要於同一載台裝置兩 部雷達天線，唯重複軌道式 InSAR 技術只需單一天線載台，即可依幾 何條件的合適程度選取所需影像，實現 InSAR 技術。而就偵測內容區 分，唯沿軌式取像模式所形成的干涉條紋為物體瞬間變動量，橫軌式 與重複軌道式干涉條紋皆是代表物體高程資訊。
現今衛載雷達系統多以一載台搭配一雷達天線，如 ERS、ASAR、
PALSAR 等，以重複軌道式作為執行 InSAR 技術的資料獲取模式。本 研究以多數衛載 SAR 系統 InSAR 取像模式為主，選擇以重複軌道模 式執行 InSAR 技術。
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獲得理想的干涉條紋，則必須符合以下五項條件（Massonnet & Feigl, 1998）：(一) 必須為複數影像（Complex Image）
SAR 影像格式與處理後的層級眾多，唯有同時包括振
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(三) 相位值變化符合要求
干涉條紋的生成，是藉由鄰近像元間的變化性，當鄰
干涉條紋的生成，是藉由鄰近像元間的變化性，當鄰