1.山东科技大学地球科学与工程学院 山东青岛 266590；2.山东科技大学土木工程与建筑学院 山东青岛 266590
摘要：合成孔径雷达差分干涉（D-InSAR）是地震形变监测的重要手段，其监测精度高，可达到厘米甚至毫米级。与传统的GPS技术，水准测量等形变测量技术相比，D-InSAR技术具有覆盖范围广，分辨率高，云雨不受限制等优点。本文在总结和分析了几种利用提取三维形变的的基础上，完善了用升降轨SAR数据提取三维形变场的计算模型，并选取台湾花莲县为研究区，分别利用常规D-InSAR和多孔径雷达干涉测量(Multiple Aperture InSAR,MAI)对升降轨SAR数据进行处理，得到研究区沿雷达视线向和方位向的形变信息;用加权最小二乘原理对上述两种形变进行融合计算，获取研究区地表在上 (U)、北(N)、东(E)三个方向上的形变，即三维同震形变场，对了解震源机制，预防地震具有重要意义。
关键词：地表形变；InSAR技术；台湾地震
1.D-InSAR和MAI技术基本原理
1.1 D-InSAR基本原理
差分干涉雷达测量（D-InSAR）是指在同一区域内的两幅干涉图像，一幅是变形事件前两幅SAR得到的干涉图像，另一幅是变形事件前后两幅SAR图像得到的干涉图像， 然后用两幅振幅干涉图去除地球表面（去除地球表面以及地形起伏的影响）来获取地表微小变形。InSAR干涉测量生成的干涉条纹图的相位贡献主要有五项：
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（1-1）
式中，
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表示平地相位，
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表示地形相位，
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表示形变相位，
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表示大气相位，
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表示噪声相位。D-InSAR技术的核心就是消除除
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外的其他相位信息以获得地表形变信息[1]。
1.2 D-InSAR技术结合MAI技术解算震区三维同震形变场
单一的D-InSAR技术在获取竖直向形变有优势，而MAI技术在获取南北向形变量有优势[2]。结合这两种技术就可以获得震区的三维形变场。设升轨和降轨两组视线向的形变量为
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和
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,升轨和降轨两组方位向的形变量为
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和
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。其中
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代表竖直向、南北向、东西向的形变，B是投影向量，
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代表卫星升降轨视线向和方位向的形变量，则式子的解为：
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（1-2）
式中P为权矩阵，不同的定权方法将得到不同的解算结果。通过编程解算上式，得到的结果即为震区的三维形变场，包括南北向、东西向、竖直向形变场。
2.研究区和实验数据处理
2.1台花莲地震事件概述
花莲县隶属台湾省，位于台湾本岛东部，北界宜兰，南接台东，西沿中央山脉脊线与台中市、南投县、高雄市为邻，东向太平洋。北京时间2018年2月6日23时50分,台湾花莲县附近海域发生6.5级地震，震源深度约10公里。自2月4日以来，该海域附近已相继发生6.0～6.9级地震2次，5.0～5.9级地震4次，4.0～4.9级地震6次，其中最大地震为2月6日的6.5级。湾花莲海域6.5级地震发生在台湾东部的花莲-台北断裂附近，震源机制解初步结果显示为走滑兼逆冲。花莲位于欧亚板块和菲律宾海板块的交界线上，台湾花莲此次发生的地震，由米仑断层活动引起。
2.2数据源及数据选取
哨兵1号（Sentinel-1）卫星是欧洲航天局哥白尼计划（GMES）中的地球观测卫星，由两颗卫星组成，载有C波段合成孔径雷达[3]，本文选取了sentinal-1卫星接收到的5景SAR影像和90米分辨率的SRTM DEM数据。SAR影像共5景，分为升降轨数据，其中升轨数据2景，轨道号分别为020441、020616；降轨数据3景，轨道号分别为020302、020477,020652，其中2月5日成像的降轨数据正好发生在地震当天所以不采用这景影像。
这四景数据的极化方式均为VV极化，升、降轨两组数据均有一景数据是在地震发生前(2018年2月4日之前)获取的，另一景数据是在地震发生后获取的。通过对基线进行计算，得到升、降轨数据对空间基线分别为8.106m和96.967m，远小于进行差分干涉测量所要求的临界基线。
3.台湾地震三维形变场的解算
3.1 D-InSAR技术获取台湾地震在雷达视线向的形变
将选中用于实验的4景SLC影像用精密卫星轨道参数进行修正，并对上述4景SAR影像用相干系数法进行影像配准，重采样，保留4景影像重合的部分。值得注意的是两对干涉对影像的配准精度都要达到0.2个像元以下。主辅影像配准后，将主辅影像进行复共轭相乘得到干涉图，对主辅影像进行去平地效应处理。采用最小费用流算法对相干性较小的像素执行掩膜处理[4]。为了找到在升降轨道的强度图中清楚且容易识别的点作为解缠的起点，最小费用流方法用于最后步骤中获得的结果的相位解缠。对解缠后的相位图进行用DEM数据进行差分处理并进行地理编码，得到最终的形变结果图[5]。
3.2 D-InSAR技术结合MAI技术解算震区三维同震形变场
D-InSAR技术结合MAI技术解算台湾震区三维同震形变场用到的数据是升降轨哨兵数据在LOS向的形变量和升降轨数据在雷达视线向的形变量，即
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、
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、
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和
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共4幅影像。根据这4个已知变量并结合公式,通过编程来解算台湾地震在垂直、南北、东西三个方向的形变量。其中由于本文用的是等权法，所以权值P取单位矩阵；升、降轨数据的雷达波入射角即
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，
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，轨道方位角
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，
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。
4结果分析
结合上图并查询相关资料可知在该地存在2个断层，该断层是造成此次地震的主要诱因。从形变图可以看出，在该断层东西两翼地震造成的同震形变场呈四象限分布。在该断层东北翼发生了沉降形变，最大沉降量为15cm；在断层东南翼发生了隆升形变，最大隆升量为35cm。断层的东北翼也发生了隆升形变，最大隆升量为22cm。
从竖直向形变场结果图来看：断层南部地表隆升最大隆升高度0.26m；而断层中部地表沉降，最大沉降量为0.15m。
从南北向形变场结果图来看：断层南部表现为向北水平走滑的形变特征，最大走滑量为0.18m；断层中北部表现为向南走滑的形变特征，最大走滑量为0.12m。整个南北向形变场在断层附近表现为南部向北走滑，中北部向南走滑的特征。
从东西向形变场结果图来看：断层南部向西水平走滑的形变特征，最大走滑量为0.32m；断层中部和北部呈现出水平向东走滑的形变特征，最大走滑量为0.12m。整个东西向形变场在断层附近表现为南部向西走滑而中北部向东走滑的形变趋势。
以上分析表明，台湾地震的三维形变场分为三部分：北部具有向南运动，向东运动的特征；中部具有地表沉降，向南运动，向东运动的特征；南部具有地表隆升，向北走滑，向西水平运动的特征
参考文献
[1]王洪友.基于D-InSAR技术和MAI技术加权获取巴姆三维地震同震形变场[D].北京:中国地质大学,2014:47-50.
[2]杨红磊.基于DInSAR和MAI技术揭示地震三维形变场[J].地球物理学进展,2014,29(4):2580-2586.
[3]薛腾飞.利用升降轨SAR数据提取地震三维同震形变场中模型的完善与实现[D].首都师范大学，2013:28-35.
[4]洪顺英.基于多视线向D-InSAR技术的三维同震形变场解算方法研究及应用[D].北京:中国地震局地质研究所,2010:96-100.
[5]夏耶.巴姆地震地表形变的差分雷达干涉测量[J].地震学报，2005, 27(4):423-430.