[发明专利]基于多项式反演模型的时间序列InSAR形变监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达技术，尤其涉及一种基于多项式反演模型的时间序列合成孔径雷达干涉测量(InSAR，Synthetic Aperture Radar Interferometry)形变监测方法及装置。

背景技术

合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)是20世纪50年代发展起来的最重要的对地观测技术，它通过雷达天线在随载体的运动中以一定的时间间隔发射电磁脉冲信号，在不同位置上接收地面物体反射的回波信号，并记录和存储下来，形成地面的高分辨率图像。与可见光、近红外传统遥感技术相比，SAR具有全天候全天时成像能力，不受天气和时间影响，如微波可以穿透云层和一定程度上穿透雨区，可以不依赖于太阳作为照射源进行夜间成像，这是其他遥感手段所不具备的。

SAR技术只能获取地表目标物的二维信息，缺乏获取目标点高程信息和监测目标微小形变的能力。将干涉测量技术与SAR技术结合而形成的合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR，Synthetic Aperture Radar Interferometry)提供了获取地面三维信息的全新方法，它通过两副天线同时观测或通过一副天线两次平行观测，获取地面同一景观的复图像对，根据地面各点在两幅复图像中的相位差，得出各点在两次成像中微波的路程差，从而获得地面目标的高程信息。基于InSAR技术的发展，合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry，DInSAR)技术是对两幅以上的干涉图或对一幅干涉图加一幅地面数字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)进行再处理的一种技术，它通过去除地形引起的干涉相位，获得关于地表形变的信息，在火山监测、地震位移测量、地面沉降等领域具有极大的应用潜力。

基于重复轨道的DInSAR技术容易受空间失相干、时间失相干和大气干扰等因素的影响，难以进行常态化的实际应用。引起空间失相干的原因包括大的垂直基线和大的形变梯度。时间失相干则是由于两次成像时刻环境的不一致导致同一地面像元中散射体的散射特性发生改变而引起的。易变的大气条件可能会导致在两幅干涉影像上不一致的相位延迟，从而引起形变测量误差。

为了克服传统DInSAR技术的这些限制，自上世纪90年代末，一些新的InSAR处理技术被提出。这些技术的共同特点是：基于时间序列SAR影像进行处理，处理的对象不是整幅影像的全部像元，而是其中具有稳定散射特性从而能在较长时间间隔内保持高相干的像元子集，也就是高相干点。这些技术总体上可以概括为两类：以永久散射体干涉(Permanent Scatterer或者Persistent Scatterer Interferometry，或PS-InSAR)为代表的单一主影像时间序列InSAR技术和以小基线集技术(Small baseline subset interferometry，或SBAS InSAR)为代表的多主影像时间序列InSAR技术。为叙述方便，将这两种技术统称为时间序列InSAR技术。时间序列InSAR技术对上述三种制约因素均有良好的免疫力，目前已经取代传统的DInSAR技术在火山、地震、滑坡、地面沉降等领域得到大量应用。由于城市地区拥有密集的天然点目标，如路灯、屋顶等，因此时间序列InSAR技术在城市地面沉降测量方面应用最为广泛。

但是，时间序列InSAR技术中仍有一些问题有待完善，其中之一就是关于形变模型。现有的时间序列InSAR处理中，都将形变模式假设为以线性形变为主，然后在后续处理中再恢复出残余的非线性形变分量。然而，当高相干点的形变呈现高度的非线性且在空间不相关的时候，形变反演结果会有很大误差。本发明针对现有时间序列InSAR处理中的线性形变模型的不足，提出了基于多项式的形变反演模型，及相应的时间序列InSAR形变监测方法。

发明内容

本发明实施例提供一种基于多项式反演模型的时间序列InSAR形变监测方法及装置，以解决如何利用时间序列InSAR进行高精度地表形变监测的问题。