Принцип радара с синтезированной апертурой
SAR (Synthetic Aperture Radar) — активный микроволновый сенсор, генерирующий собственное ЭМ излучение и регистрирующий рассеянный сигнал. В отличие от пассивных оптических сенсоров, работает в любое время суток и в любых метеоусловиях — микроволны проникают сквозь облачный покров.
Термин «синтезированная апертура» означает, что пространственное разрешение вдоль траектории (азимутальное направление) достигается не большой физической антенной, а последовательной регистрацией сигналов при движении платформы с последующей когерентной обработкой. Это позволяет получать разрешение 1–10 м с орбиты высотой 500–800 км при антенне длиной лишь несколько метров.
Рабочие диапазоны SAR и их геологическое применение
Физические основы интерферометрии InSAR
Дифференциальная интерферометрия SAR (D-InSAR) основана на когерентном сравнении фаз сигналов двух снимков, полученных в разное время с близких орбит. Разность фаз ψ содержит информацию о смещении земной поверхности за период между съёмками.
После вычитания топографического члена (с использованием ЦМР SRTM или Copernicus DEM) и коррекции орбитальных погрешностей получают дифференциальную интерферограмму, где каждая полоса («fringe») соответствует смещению λ/2 в направлении к спутнику (для C-диапазона Sentinel-1: 2.8 см на полосу).
Схематическая интерферограмма: концентрические полосы показывают сейсмические деформации
Обработка данных InSAR
Стандартная последовательность обработки D-InSAR в пакете ESA SNAP / SNAPHU:
- Выбор пары сцен — временно́й и перпендикулярный базисы. Для Sentinel-1 рекомендуется: B⊥ < 150 м, Bt < 1 года.
- Совмещение (coregistration) с точностью 0.001 пикселя.
- Формирование интерферограммы — перемножение комплексных значений мастер и слейв сцен.
- Удаление рельефного члена (DEM removal) с использованием SRTM или Copernicus DEM 30 м.
- Фильтрация — подавление шума (фильтр Гольдштейна).
- Фазовое разворачивание (phase unwrapping) — алгоритм SNAPHU, преобразование завёрнутой фазы в непрерывные смещения.
- Атмосферная коррекция — GACOS, TRAIN или ERA5.
- Геокодирование — перевод в картографическую проекцию (UTM, WGS84).
Обязательный контроль: когерентность γ должна быть > 0.3–0.4. При γ < 0.2 результаты ненадёжны. Причины потери когерентности: растительность, влажность, большие базисы, быстрые деформации (> λ/4 за повтор).
Геологические применения InSAR
- Сейсмические деформации — картирование косейсмических смещений, уточнение параметров очага (глубина, геометрия разрыва). Примеры: Лома-Приета 1989, Нефтегорск 1995, Турция 2023.
- Вулканические процессы — инфляция/дефляция вулканических построек, интрузия магмы на глубину. Мониторинг Этны, Камчатки, Ключевского вулкана.
- Активные разломы — постсейсмические, интерсейсмические деформации. Определение скорости крипа по разлому.
- Оползни и просадки — картирование медленно движущихся масс (мм-см/год), обнаружение оползнеопасных зон.
- Горнопромышленные деформации — мониторинг осадки над горными выработками, карьерами.
Анализ временны́х рядов: PS-InSAR и SBAS
Использование обширных архивов Sentinel-1 (с 2014 года, повтор 6–12 дней) позволяет строить длинные временны́е ряды смещений. Два основных метода:
Sentinel-1 SLC — бесплатно через Copernicus Data Space или ASF Vertex. LiCSAR (comet-licsar.bris.ac.uk) — готовые интерферограммы для большинства активных разломов мира. COMET LiCSBAS — полный пайплайн обработки временны́х рядов в открытом доступе.