1 引言

　　关乎人类历史探索和文明传承，遗产是人类罕见与无法替代的财富；总体包括具有突出意义及价值的文物古迹与自然景观，是当前考古研究的核心对象。随着对地观测技术的迅速发展，以田野考古为代表的传统方法因耗时、耗力及区域不可达等局限性，正在被遥感技术有效补充。多模式、多谱段、高分辨率和高重访是遥感技术的发展趋势，鉴于其有效性，联合国教科文组织在第34届世界遗产大会上已经明确把遥感作为监测、诊断和评估世界遗产面临问题的重要技术手段。

　　相对于光学遥感（记录地物光谱特性）而言，雷达遥感，以合成孔径雷达（Synthetic Aperture Ra-dar,SAR）为代表，自主发射微波脉冲，通过同观测场景地物交互作用，接收后向散射并成像。雷达影像可包含两大信号：①表征地物后向散射系数的强度影像，受斑噪影响并伴有叠掩、阴影和透视收缩现象[1-2];②记录地物散射特性或形变信息的相位，可支持干涉测量。得益于微波主动成像，雷达遥感全天时、全天候、穿透等特性，使得它在多云多雨、沙漠干旱区具有独一无二的优势。考虑到遗产地空间分布的广袤性及不确定性，本文将从雷达遥感工作机理与特性出发，在回顾雷达遥感考古已取得成就的基础上，提出雷达遥感考古面临的科学问题及解决实施框架，以满足我国遗产的科学保护与管理，并支撑文化大繁荣国家战略实施。

　　2 雷达遥感考古机理

　　穿透性是雷达遥感可用于考古目标探测的前提。总体而言，波长越长，雷达电磁波穿透性越强。

　　然而雷达波穿透性及深度还同地表参数、雷达入射角及极化模式直接相关。通常长波段雷达信号有穿透植被能力，且其次地表穿透性在干沙区最佳，如图1[3]所示；因此雷达遥感在热带雨林或干沙场景古遗存探测中具有非凡潜力。相对单一模式而言，多极化雷达影像能提供极化散射矩阵，根据遗址规则几何形状与走向，结合植被长势、地表/次地表介质垂直分层，可辨别来自地物场景的单次散射、奇次散射、二面角散射和体散射等，建立散射与监测目标对应关系，进而通过极化分量信息增强与合成，发挥极化雷达对遗址弱信息增强与获取能力。雷达干涉是地形反演的主流技术之一；作为基本地理要素，地形可用于考古目标探测与识别 （例如遗址临近古河道且位于高阶台地）；而差分雷达干涉对微形变敏感，可用于遗产单体及其赋存环境异常形变监测（图2），便于开展自然灾害与人类活动对遗产地影响的地学分析与保护预警。
　　
　　3 考古中的雷达遥感

　　雷达遥感在考古中的作用取决于其工作机理与特性：①全天时、全天候：雷达传感器主动发射微波脉冲（Ku到P波段，波长1.67~100cm），能穿透云雨成像，弥补了光学遥感在热带及亚热带等多云多雨地区数据获取困难的瓶颈问题，成为吴哥与玛雅文化遗产观测的宝贵数据资源[4-5];②穿透性：对于边远、人力不可达的荒漠地区，雷达遥感，尤其是长波信号能穿透细颗粒干旱沉积物，便于发现古河道；并利用古水系与人类聚居地的空间耦合关系，演推发现古聚集地等遗址。

　　McCauley等[6]与El-Baz[7]利用SIR-A、SIR-C在埃及的撒哈拉沙漠发现了古河道及周边古聚落，证明了雷达波的穿透性。在Wiseman和El-Baz编辑的《雷达遥感考古学》[8]中，学者们以撒哈拉东部、玛雅低地、蒙古戈壁沙漠和美国圣克利门蒂岛等为案例，较为系统地阐述了如何利 用NASA/JPL的SIR-A、SIR-B、SIR-C、AIR-SAR/TOPSAR等雷达数据实现考古遗址探测与识别的方法；③后向散射：成像雷达在捕获地表粗糙度、土壤湿度、介电常数、微地形和地物几何特征等参数具有独特优势，可用于考古目标后向散射异常信息提取。

　　Linck等[9]利用高分辨率TerraSAR影像对叙利亚的古罗马要塞进行了识别与监测；Cigna等[10]以秘鲁纳斯卡文化遗产地为例，采用多时相比对法，深入挖掘了Envisat ASAR数据对大遗址异常信息的监测与提取能力；④雷达极化：电磁波的极化对目标介电常数、物理特性、几何尺寸和取向等比较敏感，通过不同的收发天线组合测量可以得到观测目标极化散射矩阵，为极化模式选取和地物目标识别奠定基础。

　　1994年航天飞机成像雷达SIR-C/X SAR与1996年机载AIRSAR/TOPSAR对热带季风区的柬埔寨吴哥故城进行研究，得出其空间分布应由原来的200~400km2延拓至1 000km2[11].郭华东[12]利用SIR-C/X-SAR多波段多极化成像雷达，识别出位于宁夏---陕西交界处的古长城。

　　新型极化雷达卫星的上天（ALOS PALAR与Rada-rsat-2），为雷达遥感考古提供了宝贵的数据源，近年来相关研究陆续涌现[13-15];⑤雷达干涉：作为基本地理要素，由雷达干涉（Interferometric SAR,InSAR）获取的数字高程模型（DEM）是考古目标发现与分析重要信息源；Garrison等[16]利用AIRSAR地形数据发现了玛雅EI Zotz古聚集地。时序差分雷达干涉（Multi-Temporal InSAR,MT-InSAR）[17-21]具有长时间、缓慢形变提取能力，可用于遗址及周边赋存环境异常形变监测与诊断。Parcharidis等[22]利用差分雷达干涉监测了希腊西部古奥林匹克遗址地表沉降；Tapete等[23]利用该技术对古建筑遗址及周边地 表 进 行 异 常 形 变 监 测；联 合 国 教 科 文 组 织（UNESCO）也把雷达干涉列为遗产地保护与管理的新型技术手段；德国宇航局采用高分辨率Terra-SAR对古墨西哥城进行地表沉降监测并分析人类活动的影响，协助UNESCO为世界文化遗产地---墨西哥城历史中心的保护与管理提供科学依据。

　　总体而言，自技术发明以来，雷达遥感考古经历了两次研究热潮。首先20世纪80年代至本世纪初NASA/JPL为主导的SIR-A/B、SIR-C/L、AIRSAR和SRTM计划，为遥感考古提供了丰富的数据源；经过各国科学家的共同努力，雷达遥感考古初具雏形并奠定 了 坚 实 的 基 础。其 次，2006年 至 今，以ALOS-PALSAR、Radarsat-2、TerraSAR/TanDEM和COSMO-SkyMed为代表的多模式、高分辨率、多极化新型星载SAR平台的出现，雷达数据获取更为便利，并掀起了考古研究的新浪潮，推动着学科从粗放到精细、由散乱到系统的方向发展。

　　4 雷达遥感考古实施框架

　　4.1科学问题

　　结合多模式、多平台载荷发展及国内外雷达遥感考古现状，及时抓住雷达遥感考古第二研究浪潮，开展雷达遥感考古机理研究，解决学科交叉中面临的瓶颈问题，具有学科引领和服务应用双重意义。【文章来源：金英文案】

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