基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取

介绍了一种基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取算法。该算法根据空间离散分布的相干目标，利用Delaunay三角网构成相位解缠网络，应用最小费用流算法完成相位解缠； 根据序列差分干涉相位，利用线性模型解算相干目标形变速率，进而抑制大气波动对形变信号的影响。以廊坊地区2004~2005年ASAR数据为例，获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。     

地表形变D-InSAR监测方法及关键问题分析

总结和分析了地表形变D-InSAR监测的主要方法和当前所面临的主要问题。针对常规D-InSAR技术中大气相位和低相干区域相 位解缠，分别介绍了基于Delaunay三角网的不规则格网解缠方法、累积干涉纹图处理方法（Stacking Interferograms）、永久性 散射体（PS）技术以及角反射器干涉测量（CR-InSAR）方法，分析了各自的适用条件和优缺点。此外，对有限数据量条件下低相干 区域大气相位校正、相干目标识别等问题进行了重点讨论。立足于工程应用需要，分别对D-InSAR测量地表形变的参数选择、测量 结果的精度验证、D-InSAR测量值与形变的关系、大区域处理以及形变场时空演变等问题进行了分析和讨论。     

IPTA监测圣佩德罗湾港口地表时序沉降

常规D-InSAR技术已成功应用于由于火山、地震等引起的地表形变监测,然而受时间失相干和大气延迟等影响,该技术监测地表沉降形变的精度只能达厘米级。本文以美国圣佩德罗湾港口为研究对象,采用干涉点目标分析(IPTA)技术,选用二维线性相位模型对时序差分干涉相位图迭代回归分析,逐次去除大气延迟、DEM误差以及噪声等的影响,最终提取出准确可靠的形变序列相位信息。结果证明IPTA技术对长期微小的地壳累积形变探测具有广阔的应用前景,而且IPTA技术在实现效率和数据存储方面都优于常规的PS-InSAR。     

融合分布式目标的小基线集干涉测量方法应用

针对在地理国情监测项目中遇到的时间序列InSAR技术获取的地表形变结果存在空间采样率不足的现状,该文以传统小基线集干涉测量方法为基础,融合分布式目标提取地表缓慢形变信息。以TerraSAR-X星载SAR SLC影像为数据源,对融合后的方法进行验证,获取了研究区域时间序列地表平均形变速率。结果表明,融合分布式目标的小基线集算法可以有效提高监测区域地表形变信息的获取,在非城市地区及传统方法不能提取高相干稳定点目标的区域克服了原有方法的缺点,表现出了很好的适用性。     

基于DEM的低相干区SAR干涉图卡尔曼滤波相位解缠算法

相位解缠是利用干涉合成孔径雷达(InSAR)进行DEM提取和微小地表形变测量的关键技术之一.常规的卡尔曼滤波相位解缠算法在地形平坦区域可以获得可靠的结果,但是在地形起伏较大的区域却容易产生误差的传递,致使其结果无法准确反演地表形变信息.为此,提出了一种基于DEM的SAR干涉图卡尔曼滤波相位解缠算法.该算法借助美国航天飞机测绘任务(SRTM)获得的DEM信息指导SAR干涉图解缠,以提高解缠的速度和精度.通过与常规卡尔曼滤波解缠算法的结果比较分析表明,利用SRTM DEM地形信息指导卡尔曼滤波相位解缠尤其能够提高低相干区域相位的解缠精度.     

InSAR时间序列分析技术在西安地表形变监测的应用

差分干涉测量技术（D-InSAR）是近年发展起来的新型空间对地观测技术,具有全天候、全天时、大范围地表形变监测优点,但由于受到时空失相干和大气延迟的影响,形变监测精度受到了很大的制约。近年发展起来的InSAR时间序列分析技术,将多景SAR影像数据融合在一起,利用时间序列分析提取监测区域监测期内的时间序列形变信息,间接消除或削弱了时空失相干和大气延迟对形变结果的影响,具有良好的应用前景。本试验利用InSAR时间序列分析技术获取了西安市三环以内主城区2007年1月至2011年2月间的高精度地表形变成果。     

利用车载双天线InSAR系统监测公路边坡形变

星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar,DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测,但星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响,且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响,提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时,通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零,从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程,极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例,使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析,得到形变值均方根误差为2.206 mm。     

时间相邻-四轨法的D-InSAR矿区沉陷监测研究

针对由矿区煤炭开采引起的地表沉陷通常具有较大的形变梯度,而地表形变梯度超过干涉相位的临界梯度在干涉时会产生失相干,从而不能很好地解算出地表形变值的问题。该文尝试采用基于"时间相邻-四轨法"的D-InSAR技术方案对山西大同矿区某矿进行分阶段监测,即将矿区沉陷大形变基于时间分解为数幅小形变,通过降低地表沉降形变量来提高影像干涉效果,同时可以将时间基线过长导致的失相干最小化。为了更有效地验证监测方案的可行性,该文结合矿区观测站水准测量成果与观测站实际布设情况对监测数据采用高斯矩阵进行加权平均,将观测站单点形变量转化为所处像元对应地表区域的近似平均形变量,减小了个别观测站不能代表周围地表区域整体形变趋势的误差。通过对观测站加权后的形变数据与D-InSAR处理结果对比分析,证明此方案在矿区地表沉陷监测是可行的。     

基于短基线集技术的城市地表沉降监测研究

通过对合成孔径雷达干涉测量的去相干分析,提出了基于短基线集（SBAS）技术进行地表形变监测的方法。该方法能够克服DInSAR易受时间、基线去相干等因素的影响,通过对短时-空基线组合的影像对进行干涉处理以提取高相干点,利用大气延时相位与相位噪声在频域不同特性以达到二者分离的目的,最终获取监测区域长时间缓慢地表形变的演变规律。本文利用2007-2011年16景南京地区ALOS数据进行了短基线差分干涉试验,并通过实测水准数据进行了对比,结果表明该技术能够较准确地反演出地表的形变场及累积形变量。     

一种监测东营油田地表形变的方法

针对传统永久散射方法和相干目标法干涉图相位解缠的不足,该文提出了一种改进的多主影像相干目标小基线干涉方法。采用融合永久散射方法和相干目标法的优点,较好地平衡了失相干因素的去相干性与干涉目标点之间的矛盾,利用较小的数据集实现地表形变反演;基于14景COSMO-SKYMED雷达影像,采用多主影像相干目标小基线干涉方法提取地表形变信息。基于水准数据验证后的实验结果表明:所提方法不仅可以准确快速地监测出地表沉降区,而且监测精度较高,研究结果可以应用于城市形变监测、地震、滑坡等领域。     

融合D-InSAR与GIS技术的矿区开采沉陷形变监测及预测方法

针对合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术能监测大范围地表形变信息，但单一的D-InSAR技术不能精确分析沉降分布的范围和位置的问题，本文以淮北袁店二矿为例，首先选择2015年4—5月2景C波段Radarsat-2和7—12月6景Sentinel-1卫星影像数据作为干涉影像数据构成6个干涉影像对，通过二轨法对其进行差分干涉处理和相位解缠提取干涉形变图；然后将D-InSAR差分干涉图与开采平面、开采计划图导入ArcGIS进行叠加，分析矿区开采沉陷区域的空间动态分布位置并进行定量分析；最后采用灰色理论模型进行预测。结果表明：D-InSAR叠加分析图能反映出在煤炭开采过程中沉降区域位置和分布范围；D-InSAR预测值与实测值最大相对误差和方差比分别为11.5%和0.097。     

改进小基线集技术的GB-InSAR铁路边坡监测

针对传统小基线集技术形变模型和高相干点识别存在的问题,该文利用基于三重指数串行的目标识别技术选取高相干点,同时提出一种不同于传统奇异值分解的时间序列分析算法。利用振幅离差指数、相干系数均值与强度值三重阈值串行的方案进行高相干点选取;通过阈值合理设定,不仅提高了监测结果的点位分布,也剔除了误选的点,保证了所选高相干点的质量;采用一种符合铁路边坡形变规律的线性模型作为约束条件,解决了时序分析过程中法方程秩亏的问题,并利用最小二乘反演得到了研究区域时间序列形变。实验表明,此方法提高了形变结果的精度和可靠性,证明了SBAS-InSAR技术在铁路边坡形变监测上具有良好的发展前景。     

Sentinel-1A数据的四川宜宾Ms6.0同震形变分析

为了获取2019年6月17日发生的四川宜宾Ms6.0地震引起的地表形变情况,该文利用欧空局宽幅模式的高分辨率新型Sentinel-1A卫星获取了此次地震的第一对同震干涉像对数据,使用D-InSAR技术获取宜宾市长宁县地区的同震形变场。结果显示,本次地震在震中西北方向分别形成了1个明显的沉降区和抬升区,在雷达视线方向上的最大沉降量为7.9 cm,最大抬升量为8.1 cm。通过与同一时间内的GPS高程测量形变量相比,D-InSAR解算的地表形变量与GPS监测点形变量基本一致,均不超过3 mm,表明了本文的D-InSAR形变解算结果的可靠性,体现了新型Sentinel-1A雷达卫星在地震形变监测领域有着很高的应用价值和潜力。     

时间序列InSAR技术中的形变模型研究

时间序列InSAR技术,包括PS-InSAR技术和小基线集InSAR技术, 能有效克服传统D-InSAR的失相干限制, 逐步成为形变测量中的实用化技术。但是, 现有时间序列InSAR技术主要采用线性函数对真实形变进行模拟, 在真实形变呈现强烈的非线性时, 这种处理将不能得到正确的形变结果。本文就时间序列InSAR的形变模型问题展开研究, 首先从干涉相位模型解算的方法入手, 深入分析了线性形变模型的不足, 当干涉点目标的密度不够并且真实形变的非线性较强时, 干涉相位方程的解将会发散。根据魏尔斯特拉斯逼近定理, 提出以高阶多项式取代线性形变模型, 并给出了基于多项式形变模型的干涉相位方程解算方法。 利用太原市2003-2009年的23景ENVISAT ASAR影像, 分别采用线性形变模型和三次多项式形变模型, 利用小基线集技术进行了形变反演。将这两种方法得到的结果分别与水准测量结果进行了比较。结果表明, 采用多项式形变模型不仅能取得更高的形变测量精度,而且能提高点目标的密度。由于高阶多项式总能比低阶多项式更准确地拟合连续函数, 因此本文提出的多项式形变模型在时间序列InSAR形变监测中具有广泛的应用价值。     

Monitoring of urban subsidence with SAR interferometric point target analysis: A case study in Suzhou,China

Ground subsidence, mainly caused by over exploitation of groundwater and other underground resources, such as oil, gas and coal, occurs in many cities in China. The annual direct loss associated with subsidence across the country is estimated to exceed 100 million US dollar. Interferometric SAR (InSAR) is a powerful tool to map ground deformation at an unprecedented level of spatial detail. It has been widely used to investigate the deformation resulting from earthquakes, volcanoes and subsidence. Repeat-pass InSAR, however, may fail due to impacts of spatial decorrelation, temporal decorrelation and heterogeneous refractivity of atmosphere. In urban areas, a large amount of natural stable radar reflectors exists, such as buildings and engineering structures, at which radar signals can remain coherent during a long time interval. Interferometric point target analysis (IPTA) technique, also known as persistent scatterers (PS) InSAR is based on these reflectors. It overcomes the shortfalls in conventional InSAR. This paper presents a procedure for urban subsidence monitoring with IPTA. Calculation of linear deformation rate and height residual, and the non-linear deformation estimate, respectively, are discussed in detail. Especially, the former is highlighted by a novel and easily implemented 2-dimensional spatial search algorithm. Practically useful solutions that can significantly improve the robustness of IPTA, are recommended. Finally, the proposed procedure is applied to mapping the ground subsidence in Suzhou city, Jiangsu province, China. Thirty-four ERS-1/2 SAR scenes are analyzed, and the deformation information over 38,881 point targets between 1992 and 2000 are generated. The IPTA-derived deformation estimates correspond well with leveling measurements, demonstrating the potential of the proposed subsidence monitoring procedure based on IPTA technique. Two shortcomings of the IPTA-based procedure, e.g., the requirement of large number of SAR images and assumed linear plus non-linear deformation model, are discussed as the topics of further research.     

改进的CR-InSAR技术用于四川甲居滑坡形变监测

采用一种改进的基于相位相干性的非线性人工角反射器InSAR解算算法,不仅能有效地避免相位解缠误差,而且对于大尺度形变梯度具有较强的探测能力。将该方法用于四川丹巴县甲居滑坡形变监测试验,获取了位于甲居滑坡上角反射器的形变结果。通过与小基线集InSAR算法以及基于解缠相位的CR-InSAR算法结果比较,该方法更能准确获取非线性形变时间序列结果,合理地揭示了甲居滑坡明显的形变特征。     

基于SAR干涉点目标分析技术的城市地表形变监测

通过深入研究干涉点目标的相位模型,提出基于空间搜索的邻近点目标干涉相位差解缠方法,用以计算点目标的地形残差和线性形变,以及分离点目标大气延迟相位和非线性形变相位的时空域滤波方法,解决干涉点目标分析中的关键问题.最后,以苏州地区地表沉降监测为应用试验,利用形成的SAR干涉点目标形变信息提取技术,获取苏州市区1992-2002年间的地表沉降信息.研究结果与已有文献记录保持比较好的一致性,证明SAR干涉点目标技术完全可以发展成为应用于城市地表形变监测的实用化技术.

Abstract：

Interferometric point target analysis (IPTA) is one of the latest developments in radar interferometric processing. It is achieved by analysis of the interferometric phases of some individual point targets, which are discrete and present temporarily stable backscattering characteristics, in long temporal series of interferometric SAR images. This paper analyzes the interferometric phase model of point targets, and then addresses two key issues within IPTA process. Firstly, a spatial searching method is proposed to unwrap the interferometric phase difference between two neighboring point targets. The height residual error and linear deformation rate of each point target can then be calculated, when a global reference point with known height correction and deformation history is chosen. Secondly, a spatial-temporal filtering scheme is proposed to further separate the atmosphere phase and nonlinear deformation phase from the residual interferometric phase. Finally, an experiment of the developed IPTA methodology is conducted over Suzhou urban area. Totally 38 ERS-1/2 SAR scenes are analyzed, and the deformation information over 3 546 point targets in the time span of 1992-2002 are generated. The IPTA-derivecl deformation shows very good agreement with the published result, which demonstrates that the IPTA technique can be developed into an operational tool to map the ground subsidence over urban area.     

影响三轨法D-InSAR形变测量的相位测量误差定量分析

从三轨法D-InSAR基本原理和数据处理流程出发,分析讨论了相位测量误差对三轨法D-InSAR形变测量精度的影响,详细给出了相位测量误差对三轨法形变测量影响的定量关系式。从定量分析中可以看出,基线比是造成相位测量误差对三轨法形变测量精度影响的一个关键因素,同时,卫星视角也是影响三轨法形变测量的一个比较重要的因素。