第二章 雷達干涉技術原理介紹
2.4 InSAR 的應用
在雷達干涉技術被大力推展後，已成功的應用在許多領域，包含地形圖製圖、數值 地形模型、植物樹高研究、海岸線變化、地表變遷、地層下陷、火山災害監控、地震變 形研究、兩極冰川移動、地下水研究及洋流變化等。基本的應用依原理可區分為數值地 形模型及變形量測兩大類。
2.4.1 數值地形模型
在2.2 節中所介紹的雷達干涉技術，其原理主要是利用兩幅雷達影像在斜距方向因 路徑差所引起的相位差來計算地面高程值，所以利用2.2 節中所介紹的計算公式，配合 已知的成像幾何關係就可以計算出地面的高程值，也就是數值地形模型。
根據距離差值及相位的關係(2.12)式可知 λ δ
φ = 4π (2.28)
因成像的基線通常為數公尺至數百公尺，而斜距則長達幾百公里，所以可以合理假 設B << r，經過簡化計算，可以寫成[Rosen et al., 2000]
θ λ
φ π
sin 4
r B⊥
≈ z (2.29)
式中B 為基線的垂直分量，z 為地面高程值。 ⊥
由此公式可知獲得的干涉相位值與地面高程值是直接相關的，從式中也可以直接得 知，所求得高程的精度直接與相位值的量測精度相關，當基線值愈長，可以產生精度愈 好的 DEM。但在實際的計算過程中，當基線增長時，成像的幾何條件就會改變，所獲 取影像的入射角不同，兩幅影像獲取同一像元的雷達背向散射(Backscatter)狀況也會變 得不一樣，因而增加相位量測的雜訊，造成資料精度的降低。
當基線的長度超過一個界線值時，此兩幅影像同一像元所產生的背向散射係數就變 得完全不相關，也就是說沒有干涉訊號，干涉圖內只有雜訊，此一臨界的基線值就稱為 標準基線(Critical Baseline)，此種因基線長度所造成的不相關，就稱為基線不相關[Li and Goldstein, 1990; Rodriguez and Martin, 1992]。以 ERS 衛星的影像為例，其標準基線值為 1100 m，經過各項實驗的驗證結果，當基線值超過 300 m 時，因基線所產生的影響量就 會影響結果的品質[Zebker et al., 1994b]。
2.4.2 變形量測
在重複軌道模式中，兩幅影像取樣的時間間隔與取樣的空間距離是一樣重要的，空 間的距離用B 來表示，時間的間隔用 T 來表示時間基線(Temporal Baseline)，當 T 值不 為0 時，則表示地表在兩次的觀測時已有改變。目前通常只有討論相關性的移動，也就 是假設在每一個像元內其散射值都有相同的變動量。
此種量測最常見的應用就是偵測高程的變化[Massonnet and Feigl, 1998; Zebker et al., 1994a]。處理的方法為利用不同時間獲得的兩幅影像，並正確的計算出影像的相位干 涉圖，當兩幅干涉影像獲得期間地表沒有變動時，則因地表變動產生的相位值為0；當 有變動時，則會將變動量反應在相位值上。如果點位變動量是相關的，則干涉相位值可 以表示為：
noise motion
topo φ φ
φ
φint = + + (2.30)
其中，
motion = Δr λ φ 4π
式中Δr是地面在雷達視距方向的變動量，而變動量相位值φmotion與基線的長短不相
關，因為φmotion的計算不用透過地形資料，所以雷達差分干涉技術的精度可以準確到公分級。
當兩幅影像在成像期間，若地表產生變動，則第二幅影像的相位值與第一幅影像相 較後，也同樣會有變動量相關的反應值，這樣的結果會顯示在干涉圖環上。因此，當干 涉技術應用在產生高程時，其相位的條紋數會因基線的長度而有所不同，但當應用在變 形量測時，同樣的條紋數則代表同樣的變形量，每一條紋數代表變動量為波長值的一 半，因ERS 衛星為 C 波段雷達系統，波長為 5.6 cm，所以影像每一條紋代表地表變動 量為2.8 cm。
由此可知，D-InSAR 獲得相位資訊的解析力與感測器的波長有關，Werner 等(1992) 指出ERS-1 的 C 波段(5.6 cm)就較 Seasat 的 L 波段(23.5 cm)具有優勢，對位移量的偵測 將可偵測到4.2 倍甚至更好的精度，顯示對地表變形的敏感度有顯著的改進。
D-InSAR 的敏感度是依賴觀測的幾何關係，基線的長度會影響雜訊的多寡，基線 愈短將可偵測愈高精度的變化量。因為干涉條紋都是平行方向所產生，所計算的變化量 都只是沿著視距的一維資料的改變。此技術已有多種應用，如地震或火山作用造成的地 殼變形，或是地表沉降的長期監控等，應用的範圍相當廣泛。