[发明专利]一种升降轨PSInSAR地面沉降监测结果的互检验与时序融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种升降轨PSInSAR地面沉降监测结果的互检验与时序融合方法，属于合成孔径雷达干涉技术领域。它对升降轨雷达数据分别进行PSInSAR数据处理后，将获取的2组视线向形变量转换为沉降量进行沉降监测精度互检验，在检验InSAR观测的内符合精度的基础上，完成对所有PSInSAR观测的相干目标累积沉降量的时序融合，从而实现加密PSInSAR监测地面沉降形变序列的目的，这一方法可以完整刻画出研究区地面沉降的非线性变化过程。

背景技术

PSInSAR，即永久散射体干涉测量，是一种基于雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的重要技术。经过近10年的发展，在华北平原、长江三角洲等地区已规模化应用，这一技术已成为我国平原区地面沉降监测主要的空间技术手段。PSInSAR技术的核心是基于大量的SAR数据(一般大于20甚至30景)，对永久散射体(即PS点)的干涉相位进行时间序列分析，最终获取每个PS点的线性、非线性形变速率以及形变累积量序列。这种方法一般对雷达影像个数有严格要求，一方面，只有雷达影像个数达到一定数量才能筛选出在整个时间跨度内都具有稳定信号的PS点；另一方面，为了提高PS点的估算精度，也需要大量的雷达数据进行统计分析。于是，通常结合研究区地面沉降速率的大小以及目前在轨的雷达卫星的波长，选取重复周期合适的雷达卫星，订购该卫星的雷达数据并积累到PSInSAR技术对数据量的要求，即可真实地获得研究区的地面沉降状况。如果研究区为城区，可获取的同一模式的雷达数据量较少，但由于该区存在较多相干目标且在长时间间隔下保持了很高的相干性，此时进行PSInSAR数据处理也可得到较高的监测精度。

但是，在地面沉降非线性特征较为明显的地区，由于雷达卫星的重复周期较长，即在时间域同一模式雷达数据的采样密度较小，或者在相同时间跨度内同一模式雷达数据量较少，当用PSInSAR技术获取该区的地面沉降状况时，研究区地面沉降的非线性变化特征并不能完整刻画。相同模式雷达数据中，同一相干目标点p在相邻两时间点mT、nT上的差分相位可由式(1)表达：

上式中，λ是雷达载波波长，s(t)是地面沉降在雷达视线向的分量，m＝0,1,2,…,N，是获取的同一模式雷达影像的景数，n＝0,1,2,…,N-1,且n＜m，T是雷达卫星的重访周期，是一固定值。

在雷达图像获取的相邻时间内，即在mT时刻与nT时刻之间，同一相干目标相位差的绝对值都小于或等于π，满足PSInSAR技术相位解缠的条件，从理论上说，通过相位解缠可以获得研究区正确的地面沉降结果。但是，研究区地面沉降的非线性变化特征非常明显，地面沉降的动态变化过程难以准确恢复。由于雷达卫星的重复周期固定，同一模式雷达数据的观测采样密度不变，单纯增大同一模式的雷达数据量也无法解决这一问题。但是，通过尽可能多地获取相同时间跨度内研究区升降轨两种模式的雷达数据，在将这两种模式的PSInSAR监测结果统一到同一坐标系和同一参考基准的前提下，研究区PSInSAR监测结果的密度得到加强，成功恢复研究区地面沉降非线性动态变化过程的困难将会得到缓解。

从理论上说，PSInSAR测量地表形变的精度可以达到亚毫米级，但在数据处理过程中，所用雷达图像的个数、PS点与参考点之间的距离、相位解缠的可靠性以及大气影响的大小等都会降低PSInSAR的测量精度，因此，客观地评价PSInSAR测量结果的精度，衡量PSInSAR技术的可靠性是首要任务。一般地，采用精密水准(一、二等水准测量)或GPS观测对PSInSAR技术的精度进行评定，但这些测量点位密度远远低于相干目标点的密度，其与相干目标点的空间位置存在偏差，且它们的工作周期较长，往往需要长达1-2个月，其观测值的时效性将大大降低。相对于地面测量数据(水准、GPS测量等)，升降轨不同模式下获取的PSInSAR监测结果克服了地面测量数据的不足，且在观测时间同步的条件下，由于同一地区升降轨模式下分别获取的PSInSAR监测结果是独立的，也降低了PSInSAR函数模型自身因素的影响，为InSAR观测精度的内部检验提供了基础。