2.5MAI方法
MAI技術的提出旨在獲取地表方位向的形變信息，由于方位向和LOS向相互垂直，因此為D-InSAR的監(jiān)測結果起到很好的補充作用，進而獲取地表三維形變信息[37]。而相對于偏移量跟蹤(Offset-tracking)方法而言，MAI方法在方位向上的形變解算精度和效率都更高，從而為形變的精確解譯起到較好的促進作用，現(xiàn)已廣泛應用于地震、火山、冰川的等相關的三維形變測量中[38-39]。
MAI的技術原理主要是通過方位向公共頻譜濾波技術重新確定SAR數(shù)據(jù)的零多普勒中心，進而將一景SAR影像重新劃分為前視與后視兩景影像。通過對主影像和從影像的前視與后視影像分別進行影像配準、多視處理、生成干涉圖、去平地相位、去地形相位以及濾波處理得到前視干涉圖與后視干涉圖，再對前視與后視干涉圖進行差分處理后，即可得到MAI干涉圖，其包含的即為方位向形變相位[37]。
由于MAI技術進行了方位向公共頻譜濾波，相當于縮短了合成孔徑時間，單個前視或者后視影像接收到的回波信號會減弱，因此相比于傳統(tǒng)的InSAR技術，MAI技術更易受到失相關噪聲的影響，不適用于近場的同震形變信息提取以及較快的冰川流速估計[40]。針對該問題，文獻[39]將Stacking思想引入MAI技術中，通過對多個干涉對進行疊加，有效地抑制了失相關噪聲對MAI觀測的影響。另一方面，由于前視與后視干涉對之間的垂直基線存在有細微的差別，會導致MAI干涉圖中出現(xiàn)由平地和地形效應引起的相位殘留。以PALSAR數(shù)據(jù)為例，在標準幅寬下，0.1m的垂直基線差會造成20°的平地相位殘余，相當于50cm的方位向形變。文獻[41]對MAI干涉圖中的相位殘余進行了分析，給出垂直基線差與相位殘余間的關系，同時提出了使用多項式模型對相位殘余進行模擬和消除的方法。再一個限制MAI技術應用與發(fā)展的因素是電離層相位對MAI干涉圖所造成的影響。由于電離層分布的時變性，當電離層活躍時，其會在干涉影像上造成方位向偏移，進而在MAI獲取的方位向形變上表現(xiàn)出一定方向性的條紋，即電離層條紋，且在L波段上該現(xiàn)象尤為明顯。文獻[38]根據(jù)電離層條紋的空間特性，提出了基于方向性濾波與插值的MAI電離層趨勢的改正方法。
3InSAR變形監(jiān)測的應用與進展
3.1城市沉降監(jiān)測
隨著全球城市化進展的不斷加快，導致城市形變的原因也越來越多元化，如地下資源的過度開發(fā)/采、建筑物及基礎設施的大量修建以及軟土層的壓實等導致的地表形變。城市區(qū)域內(nèi)多為人工建筑物，其散射特性比較穩(wěn)定，可以很大程度地減少InSAR技術中的時間失相干，從而得到較為可靠的形變信號,因此城市監(jiān)測技術及應用研究一直是InSAR技術的研究熱點[42]。
根據(jù)城市沉降的主要成因，InSAR城市沉降監(jiān)測主要包括：①因過度抽取地下水而導致的大范圍、大量級形變的城市，如上海[17]、北京[43]等區(qū)域的時序形變監(jiān)測都取得了顯著效果；②因基礎設施的大量修建等導致的地表形變，如上海、深圳、廣州等地鐵沿線的形變[44]；③因軟土地質(zhì)壓實導致的形變，如填海區(qū)的時序形變監(jiān)測[44]。
隨著SAR影像分辨率的提高和軌道重返周期的縮短，InSAR在城區(qū)監(jiān)測中的應用會越來越廣泛的同時也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，由于高分影像中因高樓而導致的條紋過于密集，從而導致相位解纏困難的問題；由于已有的外部DEM數(shù)據(jù)分辨率和精度均較低，導致大量DEM相位殘留的問題；由于常用的MT-InSAR技術均假設各PS/DS點上的形變均為線性形變，而在很多城市形變并不滿足這一條件，導致形變信息誤估的問題。
3.2礦山形變監(jiān)測
自從2000年文獻[45]利用DInSAR監(jiān)測了法國Gardanne附近煤礦的地表沉降以來，InSAR技術已逐漸成為礦區(qū)地表形變監(jiān)測和預計的重要工具之一。目前，InSAR技術在礦區(qū)應用研究主要包括以下兩個方面：①礦區(qū)地表InSAR三維形變高精度監(jiān)測；②基于InSAR的礦區(qū)地表變形預計。
在礦區(qū)地表三維或三維時序形變高精度監(jiān)測方面，文獻[46]將SBAS-InSAR用于監(jiān)測湖南冷水江錫礦山地表LOS向形變以來，其他時序InSAR技術(如StackingInSAR和PS-InSAR)，也被相繼引入了礦區(qū)地表LOS向時序形變監(jiān)測。但由于獲取的時序形變沿著LOS方向，而非地表真實三維形變，因此，文獻[47]提出利用3個不同平臺或軌道SAR數(shù)據(jù)估計地表三維時序形變。但該方法對于數(shù)據(jù)要求比較苛刻，所以實際應用前景有限。文獻[48]引入開采沉陷模型，實現(xiàn)了基于單個InSAR干涉對的礦區(qū)地表三維形變估計。文獻[49]將Li的方法擴展到基于單個雷達成像幾何學SAR數(shù)據(jù)的礦區(qū)地表三維時序形變監(jiān)測。
在基于InSAR的礦區(qū)地表變形預計方面，文獻[50]提出結合概率積分法模型和InSAR技術實現(xiàn)了礦區(qū)地表沉降預計。然而，由于該方法方法忽略了水平移動對LOS形變的貢獻，且無法估計全部的概率積分法參數(shù)，所以其實際應用受到了一定的制約。文獻[51]建立了概率積分法全部參數(shù)與InSARLOS向形變之間的函數(shù)模型，實現(xiàn)了基于InSAR的礦區(qū)全盆地任意方向的形變預計。文獻[52]引入Boltzmann函數(shù)改進了其2016年提出的函數(shù)模型，實現(xiàn)了不同采動程度下的礦區(qū)地表全盆地變形預計。
礦區(qū)地表形變范圍小、梯度大，因此失相關是目前InSAR礦區(qū)應用的主要瓶頸。但隨著目前長波長、短時空基線的SAR衛(wèi)星的發(fā)射，如ALOS2和Sentinel-1A/B(見表1)，該問題應該有所突破。此外，當前的InSAR礦區(qū)應用主要著眼于地表形變監(jiān)測和預計，對于如何利用InSAR分析礦區(qū)沉降機理以及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復等領域則較少涉足。
3.3地震形變監(jiān)測
地震的形變監(jiān)測是目前InSAR技術應用最為廣泛和成功的領域之一。文獻[53]利用InSAR技術成功獲得1992Lander地震形變以來，世界范圍內(nèi)數(shù)以百計的地震已經(jīng)通過InSAR技術進行了研究。根據(jù)InSAR監(jiān)測的形變量級大小和技術來分，可以分為兩類：InSAR同震形變監(jiān)測和InSAR震后或震間形變監(jiān)測。
同震的形變量級一般較大(分米至米級)，雖然D-InSAR技術可以獲得較好的監(jiān)測效果，但是由于InSAR技術側(cè)視成像幾何的限制，無法估計地震三維形變[40]。因此，近年來圍繞如何融合不同觀測幾何和不同衛(wèi)星傳感器觀測獲得有益于地震解釋的三維形變場開展了大量的研究，在該方面文獻[40]進行了較系統(tǒng)的綜述。同時，為了提高地震形變監(jiān)測的精度，大量學者針對D-InSAR技術中軌道誤差、大氣誤差和電離層異常誤差的去除也開展了一系列研究[12]。另外，由于InSAR相位在大形變量級的近場往往會失相干，無法獲得有效觀測值，Offset-Tracking技術成為目前大地震近場形變監(jiān)測的重要補充。
震后和震間形變量級一般較小(厘米至毫米級)，需要應用精度更高的MT-InSAR技術才能滿足精度要求。目前MT-InSAR技術在時間失相干和大氣誤差的改進都對震間和震后形變的監(jiān)測起到了幫助，已經(jīng)成功在世界范圍內(nèi)的多個重要斷裂上得到應用，如美國加州的SanAndreas斷裂[54]，土耳其的NorthAnatolian斷裂[55]等。InSAR技術也在我國的海源斷裂和鮮水河斷裂也有大量的嘗試和研究工作[55]。另外，由于受到茂盛植被的影響，CR-InSAR等人工散射體技術也被用于輔助震間形變的監(jiān)測[56]。
InSAR地震形變監(jiān)測一方面得益于技術的提高和創(chuàng)新，可以為地震參數(shù)反演提供更為精確可靠的觀測值；另一方面也跟SAR衛(wèi)星軟硬件的提高緊密相連，特別是SAR數(shù)據(jù)的全球無縫覆蓋和高密度重返都會為抗震救災，地震監(jiān)測提供重要的數(shù)據(jù)源。
3.4火山活動監(jiān)測
InSAR十分適合測量由于火山巖脈入侵，巖漿囊膨脹和收縮和地熱系統(tǒng)引起的復雜地表形變。文獻[57]首次利用InSAR監(jiān)測了Etna火山的地表形變。通過分析32景升軌和60景降軌干涉圖，文獻[57]從12景相干性較好的干涉圖識別出伴隨著1993年Etna火山噴發(fā)的穩(wěn)定的地表收縮信號。
文獻[60]利用InSAR觀測了位于哥拉帕戈斯群島的Fernandina火山產(chǎn)生的地表形變，發(fā)現(xiàn)入侵的火山巖脈的傾角在淺層發(fā)生了大約為35°的旋轉(zhuǎn)。文獻[61]通過研究覆蓋該火山多次噴發(fā)的一系列干涉圖，發(fā)現(xiàn)火山巖脈的入侵可以改變應力場從而控制下次巖脈入侵的幾何和位置。文獻[62]監(jiān)測了位于哥拉帕戈斯群島最北端的Wolf火山發(fā)生了噴發(fā)；通過反演InSAR監(jiān)測的地表形變，發(fā)現(xiàn)Wolf火山體淺層存在兩個巖漿囊，它們分別位于地下1km和5km處。最著名的離散板塊邊界火山活動監(jiān)測當屬2005年至2010年位于埃塞俄比亞的Dabbahu巖脈入侵[63]和2014年位于冰島的Bardarbunga巖脈入侵[64]。巖漿容積約為1km3的巖脈傳播大約65km的距離。InSAR的監(jiān)測結果表明該入侵致使地表產(chǎn)生了大約6m地表形變并在巖脈的上方形成了2~3km寬的地塹。通過利用高分辨率的COSMO-SkyMed數(shù)據(jù)，文獻[64]成功提取了2014年Bardarbunga巖脈入侵產(chǎn)生的地表三維形變場。
在火山弧監(jiān)測方面，文獻[65]利用C波段InSAR普查了Andes山脈大約900座火山。他們發(fā)現(xiàn)了4處明顯的地表形變區(qū)域并估計處火山的巖漿囊可能處于地下5~17km之間。文獻[66]進一步利用InSAR數(shù)據(jù)普查了拉丁美洲和Andes南部的火山并發(fā)現(xiàn)了11處火山形變明顯區(qū)域。L波段InSAR數(shù)據(jù)被廣泛的應用于熱帶地區(qū)火山形變的監(jiān)測。以印度尼西亞為例，文獻[67]的InSAR普查結果顯示6座火山正處于膨脹階段其中3座火山于觀察后發(fā)生了噴發(fā)。
盡管至今InSAR已經(jīng)成功的觀測了至少160座火山的地表形變，但是如何利用InSAR形變監(jiān)測數(shù)據(jù)進行火山噴發(fā)早期預警，如何聯(lián)合地表形變和物理模型準確的估計地下巖漿囊具體物理參數(shù)，如何有效地考慮建模時地形的影響，仍然是InSAR在火山學研究中需要考慮和解決的一些重要問題。
