TerraSAR-X——另类之眼揭示地球之“谜”

不同于光学卫星遥感，雷达遥感具有：

— 全天候、全天时对地观测的能力；

— 反映地物介电常数和表面粗糙度等特性的能力；

— 表达丰富的地物纹理和结构信息能力；

— 反射波可穿透某些地物的能力。

高分辨率的TerraSAR-X雷达卫星，为地球观测提供了一双“另类之眼”。

分辨率：3米-模式：Stripmap-极化模式：HH

地点：英国塞文河

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7月23日，英国中部遭遇60年来最严重的洪水袭击，这张拍摄于2007年7月25日的TerraSAR-X雷达影像记录了英国Gloucester市（影像下方高亮区）和Cheltenham市（影像右侧）洪水期间的情况。 图中暗色区域为塞文河洪水泛滥区。洪水掩没了两岸的农田、道路和建筑物，详见下图。德国宇航院（DLR）已成功地将TerraSAR-X雷达图像应用到此次洪灾监测中。

分辨率：16米-模式：ScanSAR-极化模式：HH

地点：巴西马托格罗索省

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马托格罗索省，位于巴西西南部，面积将近德国的3倍而人口仅有250万。马托格罗索（Mato Grosso）意为“大森林”，其南部地区为亚马逊雨林区域，近年来森林砍伐严重 ，热带雨林面积大幅减少。

由于砍伐区、次生林以及原生林具有不同的雷达后向散射特性，在雷达影像中形状规则的较暗区域为砍伐区 ，大片均匀覆盖的亮色区域为原生林，而次生林为相对较暗的区域。由于微波电磁波在水面与森林之间形成的二次反弹，使得雷达回波信号得以增强，所以尽管河谷被周围植被遮盖，但在雷达影像中仍可清晰辨识，详见图中标记。由于赤道地区，特别是亚马逊平原，气候湿润，多云多雨，因此，光学遥感数据的获取受到了很大限制，而合成孔径雷达能够不受天时、天气条件的限制，弥补光学卫星影像的不足，可提供地表任何地点的详细遥感数据。

分辨率：1米-模式：高分辨率Spotlight-极化模式：HH

地点：智利阿塔卡沙漠

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在南美大陆西海岸、智利北部的Atacama沙漠中存在着世界上最大的露天铜矿区，Chuquicamata矿区 。开发于20世纪之初，上图中巨大的椭圆形结构，就是地球上人类创造的最大的凹陷-露天铜矿矿坑。在矿坑的左下方是Chuquicamata市，现在由于矿区的扩展已几乎全部废弃。 而上图右侧所示的巨大扇形地物为矿渣堆。矿坑的深度从600到1000米， 利用最新的TerraSAR-X数据 可以得到高精度的DEM， 因此可望能获得极高精度的高程信息。

距离开罗市中心约20公里处的吉萨区（Giza）坐落着世界闻名的三座金字塔，分别是胡夫金字塔、哈夫拉金字塔和孟考拉金字塔，一般统称为大金字塔（The Great Pyramids）。具有超过4500年的历史，它是地球上最古老的建筑物,也是世界七大奇迹中保护最完整的古迹之一。 大都市不断扩展，已延伸到沙漠地区，因此大金字塔也逐渐被许多新的居民点所包围。从影像中可以清晰地看到三座大金字塔屹立在吉萨小镇的边缘，其中胡夫金字塔最为显著。在雷达影像上还可以清晰地看到前面的小金字塔。在金字塔以南还可看到沙子下面的 隐伏冲沟，雷达对于干燥的松散沉积物具有一定的穿透能力，在特定条件下-特别是在地面结构松散的干旱地区-可判别 隐伏的地下结构。这一特性为考古学家提供了新的空间信息源，同时也开辟了TerraSAR-X数据应用的新领域。

上图为拉斯维加斯地区Boulder城附近。右图为由TerraSAR-X得到的高精度DEM，左图为由2000年的航天飞机雷达地形测绘计划(SRTM )获得的DEM，TerraSAR-X的精度明显提高。TerraSAR-X能够 进行全球地形精确测绘，为计算高精度数字地形模型提供基础数据。但是由于TerraSAR-X需要两次以上的过境 才能获得同一地点，不同观测角度的数据，从而获得DEM，所以当天气状况（如风、雨等）变化影响地表连续过境时间内地表的散射特性时，DEM的质量就会 受到影响。因此，干旱区域的地表性质不会轻易改变，更便于提取高程信息。

针对地形测量的问题，未来将发射与TerraSAR-X基本相同的TanDEM-X卫星， 两颗卫星将飞行于平行轨道上。可以同时从不同角度进行拍摄，并即时获得高精度的数字地形模型。

守护神冰架（冰架是延伸出海岸并高出海面的浮冰原）位于南极半岛东岸，多年以来一直包围着冰河，阻碍其流入附近海域的速度。近年来由于冰体的大量流失一直成为关注的头条。守护神冰架（Larsen）由三部分组成，从南向北沿东部海岸伸展。由于这一地区近50年来明显的气温升高，部分冰架出现解体现象，导致内陆的冰河加快了向海洋流动的速率。使用TerraSAR-X数据可以更精确地计算冰河流动的速度，帮助研究者预测南极半岛上冰川消融速度的变化以及更准确的判断这种变化对环境的影响。

上图为6月26日和7月7日TerraSAR-X 的Stripmap模式多时相融合影像， 位于慕尼黑西北，影像覆盖范围为30*20平方公里。影像上部 为Fürstenfeldbruck机场，左下角为安培河。相距11天的两张影像 以相同的入射角拍摄，因此具有相同的几何特性。图中的颜色代表了地物的雷达后向散射强度在两次成像中的变化，如正在收割中的农田（红色：6月26日成像，绿色：7月7日成像，蓝色：两张影像之和） 。雷达后向散射强度取决于反射面的粗糙程度和湿度，比如平滑的飞机跑道会呈现出较深的颜色。高分辨率TerraSAR-X影像可以高效获得土地利用的变化信息。

Merapi山位于印尼的火山岛上，被认为是世界上最危险的火山之一，这座活动中的火山位于人口密集的古城日惹北部。上图左边就是海拔2900米的Merapi火山，而其右边则是休眠中的Merbabu火山。TerraSAR-X数据可通过干涉测量法精确计算地表的轻微运动，从而帮助分析火山活动。

上图为直布罗陀海峡—连接大西洋和地中海的重要门户。 海峡中船只众多，交通繁忙。直布罗陀位于海峡北岸，摩洛哥则位于与其隔海相望的南岸。而西班牙这边有一个小岛延伸到大西洋中，靠近Tarifa城，这 就是欧洲大陆的最南端。TerraSAR-X数据可用于海上交通 监控、石油泄漏污染监测，海洋动力学与海洋环境研究，如研究洋流速度等。

图中的环状结构位于毛里塔尼亚的瓦丹古城附近，其直径约为45公里。从 人类的第一次太空飞行开始，便引起了航空员的关注，其特殊的形状，很容易从太空中予以辨识，因此历来被做为宇航员的定位标志。这个环状构造由晚新生代到奥陶纪的石灰石、白云石、大理石构成，时间可追溯到6亿到5亿年前。其成因最初认为是与陨石撞 击的结果，但截至目前尚无定论。

尽管裸露地表上只有低矮的褶皱，某些部分只有几米高，但是各岩层之间的特性差异，在雷达影像上还是可以清晰地识别，并进行地质制图。

位于Swabian Alb地区中部的诺特林根里斯陨石坑（Nördlinger Ries）是一个平坦的近圆形的结构，其直径约为20公里。最初形成于1千500万年前的陨石撞击，现在经过多年侵蚀陨石坑已逐渐平坦。影像中央部分是诺特林根城（N||amp||ouml;rdlingen），周围的田地为农业用地，如图所示土地利用结构呈放射状分布。城市中心可清晰地看到保护完整的环形城墙。

TerraSAR-X数据允许详细地研究地面微观结构，并可分析土地利用和地表结构。对于这些农业用地密集的区域，同时也是地质研究关注的区域，TerraSAR-X可为分析和优化农业用地提供重要的数据源。

上图为Stralsund北部Kubitzer Boddens的TerraSAR-X雷达影像， 影像丰富的色彩表明了地物对不同极化模式雷达波响应特征的差异（红色：HH，绿色：VV，蓝色：HH-VV），由此也可判断出 地表的不同散射特性（如粗糙度和湿度的影响）。综合其他信息可识别不同的土地利用类型，如森林、稻谷、砂坝等。另外，对于洋流、风场等 水体表面事件，雷达影像也可提供非常有价值的信息，图中明显的条带为大气边界层波动导致的峰面。多极化合成影像可更精确地分辨并提取海面风场。

这张悉尼的TerraSAR-X影像 ，上部为Botany海湾，位于机场南部，右下角为Bate海湾。影像清晰 显示了由塔斯曼海朝向海岸带的波浪。在开阔水面，这些波浪的波长可达到150米，而在低浅的水域 ，海浪波长则越来越短，最后由于击打海岸而破碎。图中还可看到海浪的衍射效应，在影像中间偏低处可以看到浪高的变化，水深变化也会造成衍射现象。 高分辨率雷达影像对于海岸带保护和航运管理具有重要的实用价值。

TerraSAR-X可用于探测移动物体并测量其运动速度，包括估算 洋流、风场，计算船只或车辆的运动速度。上图显示的是位于罗马东南100公里的A1高速公路。

基于多普勒效应，图中的车辆看似偏移出高速公路，其左右偏移的程度可用来计算车辆速度。利用这一能力，TerraSAR-X可 通过探测到车辆偏移道路的距离来计算其运动速度。图中，红色正方形标志车辆，彩色三角标表示它们现在的位置，颜色表示其速度。将这种大范围的移动车辆图像与其它数据一起集成到交通模型中， 可协助交通管理部门掌握交通流量，提高预测、预防交通拥堵的能力。

这对于现有的交通模型还无法满足的灾害管理和公共事件管理应用具有特殊的意义。

新西兰北岛上的Egmont山以其纯净、高贵的美景，享誉世界。根据推测其独特的形状及2518米的高度形成于1万年内， 火山爆发，岩浆喷涌而出，覆盖了周围大部分区域，并向海岸带延伸出25公里远，形成了清晰的圆形平原。毛利人称Egmont山为“Taranaki”，意为无植被的山。就在几千年前，低处的平原还完全被浓密的雨林所覆盖。现在仅在Egmont国家公园Taranaki的斜坡上还有剩余的森林。而Egmont山周围的土地 已成为农业和畜牧业用地，其规则的边界就仿佛用圆规画的一样。

Egmont山顶上有一些积雪，却没有冰川。通常情况下，夏季山顶一点 雪都没有，而在冬季则是著名的天然滑雪场。

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