SAR（合成孔径雷达）是一种主动观测手段，是一种主动式的对地观测系统，其通过雷达向外发射连续的无线电脉冲，然后接收地面反射的回波，以记录地物信息。目前，SAR已广泛应用于测图、灾害、农业、林业、水文、海洋和考古等多领域，其理论和能力之强不言而喻。

SAR的特点

● 穿透性

SAR发射的无线电脉冲波长覆盖厘米到米级以上。这样的波长范围使其具有一定的穿透能力，如穿透云雾、森林和表层土壤等，因此SAR能够实现全天时、全天候的观测，这是传统光学影像所欠缺的。

● 极化性

SAR可通过控制发射和接收路径中信号的极化方式，获取不同成像表面的结构信息。

HH极化对二面角散射更为敏感（如高大植被、人造地物等），VV极化对粗糙表面散射更为敏感（如裸地等），交叉极化则是对体散射更为敏感（如茂密植被、沙子等）。

● 相干性

SAR传感器通过记录回波的相位信息，可测量传感器到目标的距离，实现干涉测量（Interferometry SAR，InSAR）。

当对同一目标至少进行两次观测时，测量的距离以及来自传感器的附加几何信息可用于监测地表形变。InSAR的测量精度高达厘米级，可用于地面沉降、火山和地震等形变监测。

SAR的行业应用

SAR的独特优势使其在各行各业应用广泛，包括测图、灾害、农业、林业、水文、海洋和考古等。以下将展示部分应用案例。

1、制图测图

SAR具有全天时、全天候的观测能力，回访周期较短，因此在制图领域具有一定的优势。

使用极化SAR影像可以完成地表覆盖分类，根据多时相全极化SAR影像，结合“面向对象、决策树、随机森林和神经网络等”的图像分类和模式识别算法和多种极化分解方法，为广东自然资源调查提供多源数据支持。

此外，SAR的相干性使其能够以较高的精度获取地面起伏信息，由InSAR延伸的差分干涉测量（DInSAR）能够精细量测地面形变信息。因此，SAR常用于区域DEM生产、地形测图和地面沉降测图等。

广东沿海地区人口稠密、经济发达、生态密集，局部地区存在地面沉降现象，InSAR技术可为广东的地形测量和沉降监测提供有效的技术支持。

2、灾害应急

当前的光学遥感影像在灾害应急领域仍存在一定局限，如观测频率低、易受云雾影响等，而SAR具有一定的云层穿透能力、重访周期较短，可以在应急响应中发挥优势。

1）洪水淹没分析

前段时间河南遭遇罕见暴雨，引起了社会广泛关注，技术中心尝试用SAR数据做了河南暴雨期间一些地区的暴雨分析应用。

下图为利用7月Sentinel-1A GRD产品监测河南暴雨前后区域洪水分布图。针对受暴雨影响显著的区域进行放大对比，可以发现较为明显的洪泛区。

暴雨后，河南平顶山市内的沙河与北汝河河道明显变宽；漯河市内颍河、澧河流域附近开始出现积水区，水域面积开始扩大；周口市鄢陵县亦出现明显的积水区。

据新闻报道，受河南强降雨影响，贾鲁河祥符区段水位持续上涨，7月21日贾鲁河开封祥符区段出现决口。由哨兵-1SAR影像可以看到，暴雨后，开封市祥符区附近出现明显积水区，与新闻一致。

2）滑坡监测分析

滑坡灾害发生后，地表散射特性发生改变，使得SAR极化分解技术可快速识别地震滑坡灾害影响的区域。下图为2015年某地滑坡灾害发生前后的PALSAR-2全极化假彩色合成影像。

最终滑坡检测结果如下图所示，白色为检测出的滑坡区域。

3、农业应用

农作物特殊的极化散射特性使得SAR监测成为可能，SAR的农业应用包括农作物分类识别、农作物状态和长势监测以及农作物估产等。

以水稻为例，水稻种植初期，植株矮小，区域以水田为主，表现出较低的后向散射特性，而随着作物生长发育，后向散射系数逐渐增加并在抽穗期达到最大值，之后略有下降。根据这一特点，使用SAR极化影像进行水稻面积提取的应用较多，并且后向散射与作物生产力存在相关，因此还可利用后向散射系数进行作物估产。

4、林业应用

传统的光学影像在林业中的应用易受到云的影响，导致部分地区数据缺失，SAR数据在林业中的应用可以较好地弥补这一点，并且SAR的回波信号具有一定的穿透性，对地表和冠层的垂直结构敏感，可以更好地服务于森林监测、林种识别、森林湿地监测和森林生物量反演等。

以广东省重要的生态资源红树林为例，由于红树林特殊的冠层结构（上层为树林，下垫面是水体），它在极化影像中的后向散射值与其余地物差异较大，可由此实现红树林识别。

5、水文监测

水文监测主要包括土壤水含量反演、沼泽监测和积雪填图等。传统的水文测量主要通过实地站点观测，对于大范围长时序监测较为困难，而光学传感器易受到云的影响，SAR的出现使得重复观测大范围内的水文信息成为可能。

以土壤湿度监测为例，SAR的回波信息受到土壤湿度的影响，因此可从极化SAR数据中反演土壤含水量。

6、海洋监测

SAR能够全天时全天候以较高的空间分辨率观测海面，即使是在飓风等恶劣天气下也不例外。因此，SAR在海洋方面的应用较为广泛，包括海洋水色监测、海面风浪监测、船只识别、海岸带监测和海冰识别等。

水色监测。SAR对地物表面的几何形状敏感，比如地表和水面的粗糙度。此外，SAR还对水面的电磁导率很敏感，当海水中的叶绿素a浓度变化时，水的电磁导率会随之改变。因此，SAR可以用于海水中叶绿素a浓度的反演。

船只识别。船只主要是金属结构，易形成角反射结构，在SAR影像上表现为较亮的反射目标，因此更易被识别。

7、考古研究

SAR可以克服光学影像的局限性，无论白天黑夜均可进行探测，并且还可穿透部分冠层和浅层土壤，对考古发现有益。SAR影像主要包含两大类信息：后向散射幅度和相位，后向散射的强度或极化信息主要反映地表特性，可用于发现考古学特征，而相位可由干涉测量分析出地表的微小形变，对于发现潜在古迹有重要意义。

下图为TerraSAR影像探测某地遗迹的示意图，在SAR影像上可以明显地观测到光学影像上没有的城墙遗址。