[发明专利]基于分布式散射体时序干涉SAR技术的遗产地形变监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及遗产地监测领域，特别是涉及基于分布式散射体时序干涉SAR技术的遗产地形变监测方法。

背景技术

遗产地，如文物古迹、自然奇观，是人类历史上具有重要意义和巨大价值的无以替代的财富。5000余年的历史文明以及辽阔的地域使得中国成为遗产大国，截止2015年7月列入《世界遗产名录》的有48项，数量位居世界第二，仅次于意大利。不幸的是，遗产地在自然灾害和人类活动的侵蚀下正在变得日益不稳定。自然灾害包括滑坡、地震、洪水、恶劣的天气以及气候突变。人类活动包括战争、资源的过度开采、城镇化建设和失控的旅游业。这些外界因素使得很多遗产地岌岌可危，监测并实施有效的保护势在必行。

遗产地不稳定的程度可以用形变来衡量，大致可以分为两类，一是长期的缓慢形变，尺度在毫米级或厘米级，主要由自然的侵蚀、地壳运动、人类活动引起的地表沉陷等引起；二是突发的剧烈形变，尺度在厘米级以上，主要由地震、滑坡等自然灾害以及人类破坏等引起。传统的形变测量方法如水准、GPS或物探技术均存在着以下不足：1)效率低、成本高、需要耗费大量的人力物力，受野外作业环境的严重限制；2)在空间维度上无法获得大面积形变场，时间维度上难以获取长时间序列形变，时空变化规律难以展现。

现有的时间序列差分干涉SAR技术(Multi-Temporal differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,MTInSAR)联合多基线重轨SAR影像测量地表微小形变，克服了传统方法的局限性，使得快速、大面积、时序监测成为了可能，而且理论上精度可以达到毫米级，因此更加适合于遗产地的监测。常用的MTInSAR技术包括：永久散射体技术(Persistent Scatterers,PSInSAR),小基线集技术(Small BAselines Subset,SBAS)，Stamps以及SqueeSAR技术。

但是现有的技术在遗产地监测中仍存在一些亟待解决的问题：1)对SAR影像数量的要求较高(通常要求为25景以上，如PSInSAR和SqueeSAR)；2)郊区干涉对的时间失相干现象严重，永久散射体(Persistent Scatterers,PS)稀少，可用于参数反演的点数量不足，影响相位解缠和形变估计的精度。SBAS方法虽然利用短时间/空间基线的干涉对来减少失相干的影响，以挖掘短时间内能够保持相干的像元信息来增加监测点的密度，但是多视操作降低了空间分辨率，相干性估计也容易出现偏差。

MTInSAR技术目前在郊区的研究主要集中在分布式散射体(Distributed Scatterers，DS)上，它指的是占据一定面积均匀地物，在SAR影像上对应的像元呈现出相似的后向散射特征，裸地和低矮的植被都属于DS点。引入DS点能够显著提升遗产地可监测目标的数量，改进形变反演的结果。但是分布式散射体相干性差、信噪比低，需要进行复杂特殊的滤波处理。

由此可见，现有的MTInSAR技术在遗产地形变监测中仍然存在着缺陷，如何能创设一种更加适用的基于分布式散射体时序干涉SAR技术的遗产地形变监测方法，成为业界追求的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于分布式散射体时序干涉SAR技术的遗产地形变监测方法，使其实现大范围、长时间、高精度的监测遗产地不稳定现象，从而克服现有的遗产地形变监测方法的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供1、基于分布式散射体时序干涉SAR技术的遗产地形变监测方法，包括如下步骤：

(一)确定遗产地的监测区域及资料收集

(11)确定遗产地的监测范围，包括遗产地和所述遗产地周边的缓冲带；

(12)调查所述遗产地的背景知识，并收集所述遗产地的时间序列SAR单视复数影像；

(二)SAR数据处理与参数反演

(21)对所述步骤(12)收集的时间序列SAR单视复数影像进行互配准、辐射校正和影像裁剪预处理；

(22)提取永久散射体目标和分布式散射体目标；

(23)去除分布式散射体目标的地形与平地相位，采用最大似然估计和LBFGS技术进行优化相位估计；

(24)融合初始相位的永久散射体目标和经过优化相位的分布式散射体目标，设置短时间/空间基线阈值生成小基线集干涉对，对所述小基线集干涉对进行相位解缠并去除地形、大气延迟造成的误差；

(25)求解平均年形变速率及形变历史变化值。