全天时、全天候——哨兵雷达卫星应用 - 东莞理工学院工程软件重点实验室

哨兵系列卫星中，Sentinel-1为C波段合成孔径雷达，是用于陆地和海洋服务的极地轨道全天候昼夜雷达成像任务。Sentinel-3携带七类传感器，其中合成孔径雷达高度计（SRAL）使用双频Ku和C 波段。

雷达卫星具有全天候、全天时监测的特点，尤其在极端气候条件下的监测具有独特的优势，在地表测绘、形变监测、资源勘查、城市管理、地质灾害等领域应用广泛。

Ⅰ. 土地管理

1.1 林业

通过卫星监测可以获得有关森林砍伐、森林植被分类、生物量估算等数据，在可持续森林管理中发挥重要作用。

绘制森林火灾痕迹图是绘制森林碳历史图的重要组成部分，在估算碳排放量方面发挥着关键作用。土地覆盖图可用于支持森林管理和监测全球非法木材采伐。

1.2 农业

监测作物生长状况、土壤特性，绘制土地耕作活动图，有助于评估土地利用、预测作物收成，监测季节变化并实行相应措施，实现可持续发展。

1.3 城市变形测绘

合成孔径雷达可以以每年几毫米的精度探测地表运动，为监测地面沉降、结构损坏和地下建筑提供精确数据，以提高安全性并减少经济损失。

Ⅱ. 灾害监测

2.1 洪水监测

全球发生的 75% 以上的自然灾害都与洪水有关。SAR固有的云层观测能力和Sentinel-1 的频繁重访使其成为洪水监测的理想选择。它可用于评估洪水区域的范围以及对人员、经济和环境损失的影响。

2.2 地震监测

InSAR具有生成中高分辨率地震变形图的独特能力。通过持续监测地震多发区，可以发现活跃的断层线并研究潜在风险。干涉宽幅模式将使监测大规模地震变得更加容易。

2.3 山体滑坡监测

SAR干涉测量法可以定位容易发生山体滑坡的地区，并监测地表变形，从而提供潜在灾害的早期预警和关键基础设施的监测。可以使用类似的干涉测量技术监测火山喷发前的隆起和喷发后的火山收缩，并可以补充火山观测站的现场网络。

2014年10月至2017年6月期间茂县的SqueeSAR测量结果（左）和滑坡区域的测量结果（右）。叠加的位移时间序列揭示了滑坡事件发生前几个月的明显前兆运动。

2.4 火山变形监测

SAR干涉图捕捉到了2015年5月Piton de la Fournaise 火山（留尼汪岛）发生的变形。图像中完整的红蓝黄颜色循环（条纹）表示地表运动。每个条纹代表大约3厘米的地面运动梯度。火山口区域的变形模式清晰可见。

Ⅲ. 海上监测

3.1 海冰监测

高分辨率冰图服务为国家海岸警卫队、海军和航运公司提供冰分类和冰山数据，以帮助确保冰雪覆盖的北极和亚北极地区全年航行安全。

对于海冰，通过卫星监测可以确定冰浓度、范围、类型、厚度、反照率和漂移速度的信息，以及冰山的位置、大小和漂移。

Sentinel-1观测到的2014年10月至2020年7月期间松岛冰川（P1和P2）和思韦茨冰川（T1）受损情况的演变。

3.2 船舶监测

海上监视可以使用不同的方法进行。第一种选择是合作系统，其中船舶自己报告其身份和位置。最常见的三种选择是自动识别系统 (AIS)、远程识别和跟踪 (LRIT) 和船舶监控系统 (VMS)。

卫星实时传输与船舶检测相关的数据，以供支持欧洲和国家服务的当地合作地面站接收。

下图为SAR图像上的经典船舶尾流模式（S-1A带状地图，哥白尼数据 [2015]），局部风速为2米/秒。A/开尔文“V”形波，两侧暗而亮，B/窄“V”形波，D/湍流波。

巨大的长赐号集装箱船卡在埃及苏伊士运河中，在Sentinel-1拍摄的新图像中清晰可见。这艘巨型集装箱船于3月23日在从中国前往荷兰的途中在运河中搁浅。左侧图像拍摄于3月21日，显示了运河中的常规海上交通，每隔2至3公里就可以看到一艘船只。右侧图像拍摄于3月25日，显示了一艘400米长的船堵塞了运河。

3.3 石油污染监测

石油探测应用于收集非法排放的证据、分析石油泄漏的蔓延情况以及通过自然发生的渗漏来勘探石油储备。

3.4 海浪和风监测

SAR对海面风引起的空间变化的表面粗糙度模式很敏感。Sentinel-1海洋产品与全球海浪模型相结合，有助于确定公海上海浪的方向、波长和高度，并有助于天气预报、船舶运输和波浪能应用。这有助于了解波浪和洋流之间的相互作用，并可视化大规模洋流、冷/暖水团、沿海水流和内波，提高航运和波浪能应用的效率。