[发明专利]一种集成多轨道、长条带CTInSAR的区域性地面沉降监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成多轨道、长条带CTInSAR(Coherent Target SAR Interferometry，相干目标合成孔径雷达干涉测量)的区域性地面沉降监测方法，属于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术应用领域。它克服了大区域CTInSAR数据处理过程中误差传播与基准偏差的问题，达到了区域性地面沉降的高精度调查与监测。

背景技术

当前我国存在大范围的地面沉降，华北平原、长江三角洲、汾渭谷地三大主要沉降区的影响范围超过数万平方公里，且有进一步扩展连片分布的特点。其他地区如江汉平原、松嫩平原、下辽河以及珠江三角洲等也有不同程度的地面沉降发生。传统的主要地面沉降监测手段(水准测量、基岩标、分层标和GPS监测网等)均面临空间覆盖有限、监测频率低、监测点密度低、观测时间长且难以同步等问题。星载InSAR技术是根据星载雷达图像的相位数据来获取地面形变信息的一门技术，能满足调查监测精度要求的同时，具有大覆盖范围、快速重访、高监测点位密度等特点，且易于组织，人为干扰少。

大区域地面沉降场调查与监测要求雷达数据具备二维方向上的完整覆盖，而单个图幅重复轨InSAR主要解决局部地区(几百至几千平方公里)地表形变场的高精度连续监测，以常用的ENVISAT ASAR扫描模式的数据来说，单个图幅覆盖范围在100km×100km，涉及几万平方公里大区域的地面沉降监测必然需要多轨道、长条带的InSAR成果集成。多轨道集成包含相邻平行轨道集成(如图1所示)以及升降轨模式集成，其中相邻平行轨道集成是解决大范围覆盖的主要技术途径。

多轨道、长条带集成方法基于单图幅CTInSAR时序分析技术，实现大区域地面沉降监测。但随着空间覆盖范围的增大，InSAR数据处理过程中误差因素也随之增大。这些误差主要包括基线误差、大气波动以及相位解缠噪声(相位不连续)等在空间域表现为低频特性的因素。随着覆盖范围的增大，低频信号的累加效应表现明显，影响了沉降场监测结果的准确性，往往使得沉降场观测结果中附加某种趋势信号。

另一个问题是不同轨道(入射角)下InSAR成果具有不同的坐标系和参考基准。无论采用何种时序分析方法，每个轨道下的形变监测结果都存在于独立的坐标系中(雷达坐标系)，其形变场参考基准也不相同。不同轨道下SAR数据均与各自独立的主图像进行精确配准，因而，其观测结果位于不同主图像的坐标系内。斜距成像的特点决定了不同入射的雷达图像存在不同的变形(扭曲、旋转等)，特别是在地形起伏较大的地区。即使同一景雷达图像内，其象元的分辨率也存在差别。此外，InSAR技术所获取的形变量均是相对于某一个特定的参考基准而言的，其参考基准是在时序分析过程中选择的某一特定相干目标，其活动状况往往未知。这使得不同轨道下的形变场存在参考基准偏差，涉及到整体偏差补偿问题。

因此，为解决区域性地面沉降InSAR监测中存在的问题，本专利通过将长条带雷达数据分块，各分块独立完成CTInSAR时序分析，获取各分块高精度地面沉降监测成果，有效地降低了长条带合成孔径雷达数据的干涉处理误差，并通过对同一条带不同分块和多轨道不同条带下形变监测结果的检验与校正，最终达到大区域地面沉降的全覆盖、同时段调查与监测。

发明内容

1、目的

本发明的目的是为了获取全覆盖、同时段的高精度区域性地面沉降信息，解决了InSAR在大区域形变调查与监测中遇到的两个主要问题，一是如何减弱形变信息提取过程中基线误差、大气波动以及相位解缠噪声等在空间域随范围增大而表现明显的低频特性的误差影响；二是如何将相邻轨道的形变监测结果在空间位置上进行精确配准，并统一不同轨道间形变测量的参考基准。

2、技术方案

本发明是一种集成多轨道、长条带CTInSAR的区域性地面沉降监测方法，建立了满足低相干条件下区域性地面沉降监测的CTInSAR技术，方法具体步骤如下：

步骤一：长条带雷达数据分块与配准

符合InSAR测量要求的星载SAR数据通常以长条带方式获取，数据通常为单视复数数据(single look complex digital image，SLC)，记录了目标在影像上的散射强度以及雷达回波的相位信息。