地形复杂区域InSAR高精度DEM提取方法

正干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术是合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)发展过程中极具里程碑式的成果,具有很强的发展和应用潜力,也是地球科学与遥感领域发展最迅速的技术之一。SAR传感器的快速发展为InSAR技术提供了海量、快速、高分辨率的可用数据源,使得InSAR在地形测绘、地表形变监测、灾害监测、冰川运动、森林资源调查、农     

联合多种InSAR技术的龙门山-大渡河区域地灾隐患早期探测

合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)是探测地表形变的重要手段,然而差分干涉测量技术(differential InSAR,D-InSAR)、小基线集测量技术(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)和永久散射体测量技术(permanent scatters InSAR,PS-InSAR)在地质灾害隐患早期调查的应用中各有利弊。联合使用3种InSAR技术对127景ALOS-2数据和96景Sentinel-1数据进行处理,并在龙门山-大渡河约60 000 km2的区域解译出840处地表形变。野外实地调查发现约70%的解译形变区存在形变迹象,分析发现形变区分布与地层结构、岩性和活动断层构造之间有较为紧密的联系。对典型形变区的不同InSAR监测成果进行了对比分析,验证了不同InSAR技术在地表形变监测应用中的一致性、准确性和可靠性。     

地基合成孔径雷达干涉测量技术及其应用

在简要讨论地基合成孔径雷达干涉测量(ground-based interferometric synthetic aperture radar,GB InSAR)技术原理的基础上,归纳了常规地基InSAR形变测量的主要处理流程。全面总结了地基干涉测量雷达系统的主要类型及其发展趋势,地基InSAR技术的主要应用领域以及目前存在的问题,对比分析了地基和星载InSAR在形变测量上的优势和不足。     

InSAR林下地形测绘方法与研究进展

传统光学遥感技术手段在森林覆盖区难以准确获取林下地形,原因在于其只能测量森林冠层顶部高程。微波信号能够穿透森林冠层并记录森林垂直结构信息,为解决林下地形测绘难题带来了契机,如何准确获取林下地形已成为微波遥感领域的研究热点。首先介绍了面向林下地形测绘的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）干涉测高原理及数据获取手段。然后对利用SAR进行林下地形测绘的方法进行了分类,主要包括基于合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）、极化合成孔径雷达干涉测量（polarimetric InSAR,PolInSAR）及基于多基线InSAR/PolInSAR数据的层析SAR（tomographic SAR,TomoSAR）技术的林下地形测绘方法,并介绍了上述3种方法的应用进展。最后在此基础上,从数据获取、误差改正及散射模型构建3个角度分析了林下地形测绘所面临的问题。     

国产高分三号卫星干涉测量试验

主要利用国产高分三号(GF-3)卫星数据通过合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术提取试验区域数字高程模型(digital elevation model,DEM).首先介绍了GF-3卫星及其主要成像模式;然后介绍了InSAR数据处理过程及其关键技术,包括基线估计、影像配准、相位解缠等,并介绍其典型算法;最后利用GF-3试验数据提取DEM并对其进行精度评价.试验验证了目前国产SAR(synthetic aperture radar)卫星在干涉成像、干涉测量方面的能力.     

C和L波段SAR数据在填海新区的应用及特性分析

收集了35景C波段ENVISAR ASAR和20景L波段ALOS PALSAR数据,采用时间序列合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）分析技术获取了典型的填海新区-上海临港新区2007年~2010年间的沉降速率场。从空间、时间密度以及监测精度方面,对C和L波段的数据的形变估计结果进行对比,并进而讨论C波段和L波段数据在填海新区地表形变探测差异的原因以及数据在填海新区监测的特性。     

基于InSAR技术的中国地表形变一张图研制

地表形变危害巨大且深远,利用合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术监测地表形变虽已较为成熟,但是超大范围,甚至全国范围的地表形变快速提取仍充满挑战。为快速获取全国地表形变信息,设计了一种基于超算并行计算的广域地表形变快速提取优化方法,并对干涉集基线组合方法、广域相位解缠算法、大气效应改正方法等进行了改进和创新。基于该方法,采用10 157景哨兵1号数据,研制了中国全境2021年度40 m分辨率地表形变速率图,经验证形变速率精度为4.82 mm/a,有效覆盖度为94.6%,图幅间无明显接边差异。同时对国内典型地表形变区域进行了分析。研究为广域地表形变常态化快速提取提供了参考。     

甘肃黑方台黄土滑坡InSAR识别、监测与失稳模式研究

采用合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）技术对甘肃黑方台地区潜在的黄土滑坡开展了多时相编目、长时序监测以及失稳模式识别研究。首先，采用不同空间分辨率、不同波长的历史存档合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据对黑方台地区2006-12至2017-11间的潜在滑坡开展了识别研究，在2006-12至2011-03和2016-01至2016-11两个时间段均识别出数10处不稳定坡体，实地调查和光学遥感影像验证了InSAR技术识别结果的可靠性与准确性。然后，对典型不稳定滑坡体采用高空间与高时间分辨率的TerraSAR-X数据开展了长时序监测，结果表明，在InSAR监测期间，累积形变最大的滑坡体在随后的时间里均发生了滑动，并成功地捕获到滑坡体形变加速的时间点。最后，利用升降轨SAR数据开展了黄土滑坡二维形变监测研究，基于滑坡的二维形变特征并结合地形图以及光学遥感影像进一步研究了滑坡的失稳模式，现场调查结果验证了所获得滑坡失稳模式的准确性。     

船载双天线InSAR边坡形变监测

差分干涉测量技术(D-InSAR)是一种利用不同时相SAR数据获取形变信息的遥感技术,目前已经被广泛应用于大范围的地表形变监测。各种InSAR传感器搭载平台被应用于不同的空间尺度研究,包括星载、机载、车载和地基InSAR等,小范围江河边坡监测在可以进行对岸观测条件下,目前主要使用固定式地基InSAR监测,但是地基InSAR布设周期较长、成本较高,本文提出一种移动式船载InSAR形变监测技术,并根据船载InSAR成像几何设计一种船载双天线InSAR形变监测模型,该模型使得近距离观测船载InSAR系统在未达到H■h和R■h的条件下同样满足■的假设。本文选择云南省澜沧江流域进行试验,并利用角反射器(triangle corner reflector, TCR)模拟形变和评估形变结果的精度。试验结果表明,利用本文提出的船载InSAR技术能够获得2 cm内的视线方向(line of sight, LOS)形变误差。船载InSAR技术适用于江河流域的边坡形变监测,对水利设施的灾害监测和预警具有重要意义。     

城市地表形变的双极化Sentinel-1数据极化时序InSAR技术监测

利用双极化Sentinel-1数据有望得到较单极化数据更好的城市地表形变监测结果。以典型受地表沉降灾害影响的两座超大城市（墨西哥的墨西哥城和中国北京市）为研究区,分别基于长时序单、双极化Sentinel-1数据,利用时序合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar, InSAR）技术和极化时序InSAR技术对两城市近年地表形变进行监测研究。结果表明,利用双极化Sentinel-1数据对干涉图进行极化优化后,干涉图相位质量得到提升,高质量像元比例明显增加。使用双极化数据后,形变监测点密度有显著提升,相比于单极化数据结果,墨西哥城和北京市监测点密度分别提升88%和50%;更高的监测点密度使部分区域双极化数据反演地表形变的准确性更高。与单极化Sentinel-1数据相比,利用双极化Sentinel-1数据进行城市地表形变监测可得到监测点密度更高、可靠性更好的结果。     

利用InSAR分析陕西省垂直形变

从2018—2019年欧空局Sentinel-1免费数据中获取陕西省全域垂直形变面状信息,并将其与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）以及水准点、线垂直形变信息进行对比分析,进一步验证合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）数据反映局部形变的有效性。垂直形变监测结果表明:在陕北榆林、神木地区,地下资源开采诱发的地表沉陷分布广泛、特征明显,地表沉陷速度达60 mm/a;在煤炭产区长武、彬县也出现不同程度的开采沉陷灾害,沉降速度达30 mm/a;西安市、渭南市等关中平原地区由于地下水开采出现不均匀沉降,其中,西安市的局部沉降最为严重,最大沉降速度达60 mm/a;InSAR与GNSS、水准获取的垂直运动趋势在全省范围总体上一致,但由于GNSS监测点、水准监测点一般布测在较稳定区域,其获取的沉降范围、沉降速度与InSAR沉降结果有一定差异。     

强震时空统计分析及InSAR同震形变场空间分布特征

收集整理了全球1976年至2022年初的198个强震（Mw≥7.5）信息,统计分析了强震发生的时空分布、震源深度分布和强震发震类型占比,并结合公开发表的典型强震的合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）同震形变场图,分析了强震同震形变的空间分布特征。研究表明,强震空间分布呈条带状聚集,主要位于环太平洋地震带和喜马拉雅-地中海地震带,强震大多发生在各大板块交界处,与现代大地测量观测到的地壳强应变区域重合;强震时间分布存在活跃期和平静期交替出现的现象,1976―1992年为相对平静期,1992年至今为相对活跃期,强震发生频率有逐年增加趋势;在收集的全球198个强震中,发生在海洋中的强震占大多数,陆地强震仅有44个,且绝大多数强震属于逆冲断层地震,按震源深度统计,浅源强震最多且分布广泛,占比达81.3%;InSAR卫星对地观测新技术可以捕获强震的全域同震形变场,详细呈现强震同震形变的空间范围和分布特征,其中陆地强震同震形变波及的范围主要集中在发震断层两侧附近的条带状区域,离断层越远,形变衰减越快,而且形变关于断层呈不对称性。运用全球覆盖的InSAR和全球导航卫星系统地壳形变监测技术,拼接全球不同位置的活动断层形变信息片段,有可能揭示陆地强震的全周期孕震形变过程。     

一种联合估计形变和大气误差的改进LiCSBAS方法

多时相InSAR（interferometric synthetic aperture radar）技术以其大范围、高时空分辨率、可以获取毫米级甚至亚毫米级形变信号等特点,被广泛应用于大范围地表沉降监测。针对目前时序分析在获取研究区影像和数据预处理上耗时量大的问题,利用LiCSAR（looking inside the continents from space with synthetic aperture radar）产品,采用时序分析新方法LiCSBAS提高了解算效率。该方法采用整体干涉对质量检验和相位环闭合差,探测二维相位解缠存在的解缠误差,剔除相干性较低的干涉对和大误差像元。为了减弱大气误差的影响,利用通用型大气改正在线服务产品进行大气误差改正,并在此基础上提出了一种形变参数和大气相位联合估计方法。以成都平原地区和西部山区为例,获取2016—2020年共90景影像进行时序分析新方法实验研究。结果表明:（1）提出的联合估计算法在地形起伏明显地区可以有效地抑制大气误差的影响,同时在大气效应不明显的地区也不会错估而引入相位误差;（2）监测的大部分区域表现较为稳定,年际沉降形变速率为-11~8 mm/a;（3）LiCSAR产品适合做大区域形变调查,难以满足小范围精细监测的需求。     

角反射器差分干涉方法及反距离加权最小费用流相位展开算法

合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,DInSAR)在低相关区由于受时间空间去相关的影响,无法得到有效应用。角反射器DInSAR方法能在长时间段内保持幅度和相位稳定性,可以最大程度地减小去相关的影响。但由于反射器在空间上一般形成不规则稀疏网络分布,在平地相位、高程相位计算及相位展开方法上都带来新的挑战。研究三角反射器的DInSAR技术,重点分析基于不规则离散点的最小费用流相位展开算法。对费用流算法权重的选择,通过分析残差的产生来源,提出以弧所穿越的边长度倒数作为弧费用的权重设置方法,解决费用流算法中具有相同费用路径的选择问题。最后将角反射器DInSAR技术应用于滑坡移动的监测,通过对140d时间段的监测,得到与实测值具有较好一致性的结果。     

联合地震位错模型和InSAR数据构建2017年九寨沟Mw 6.5地震同震三维形变场

利用哨兵（Sentinel）-1A卫星升、降轨影像,在地震位错模型约束下获取了2017年九寨沟Mw 6.5地震的高质量三维形变场。首先,利用合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）提取九寨沟地震升、降轨同震形变场;然后,通过“两步法”反演获取该地震发震断层的几何参数和分布式滑动模型,以此为约束,采用方差分量估计算法联合解算九寨沟地震三维形变场。结果表明,九寨沟地震同震三维形变场以水平位移为主,垂向形变较弱;南北向形变呈拉张趋势,断层上盘向南、下盘向北滑动,最大位移分别为－19.81 cm和14.38 cm;东西向形变不对称性明显,断层上盘西北部向东水平运动,最大位移为18.37 cm,下盘东南部向西运动,最大位移不足8 cm。将南北、东西向形变与6个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）台站观测数据进行比较,两者一致性较好且均方根误差较小,分别为1.44 cm和1.77 cm,表明联合升、降轨InSAR观测和地震位错模型约束构建同震三维形变场方法具有较高可行性,显著降低了大地测量数据不足、InSAR观测对南北向形变不敏感等问题的影响。     

城市扩展强度及其地表热特性遥感定量分析

城市化将自然景观转变为不同土地利用的城市景观，改变了地表的物理特性。因此，有关城市扩张及其对环境的影响的准确信息具有广泛的应用价值。利用遥感技术监测土地利用变化成为城市环境研究的重要内容，然而利用遥感技术定量提取城市扩展及其强度的定量信息仍存在许多挑战。本文提出了定量确定城市扩展范围及其发展强度的新方法——地图密度指数。并以中部城市——长沙为例，利用Landsat TM/ETM+数据定量评价了城市扩张及其热环境特征的变化。首先，集成遥感光谱指数提取地表非渗透表面，然后利用移动窗口算法获得地图密度指数，再根据设定的阈值获得密度指数等级图，依此密度指数等级图识别城市扩展范围及其发展强度。再结合地表温度反演的数据，分析了城市格局及其变化与地表热特性变化的定量关系。结果表明，自1990年代以来，长沙市城市区域及其发展密度显著增加，城市发展的密度差异与地表温度相一致。 地图密度指数能较好刻画城市扩展范围及其发展强度，并与地表温度空间分布存在较好的对应关系。     

机载双天线InSAR联合定标算法

为了提高InSAR获取DEM的精度,实际生产作业过程中每一架次均须飞临定标场,这就要求测绘人员需要多次布设角反射器.本文针对外业重复布设角反射器耗费时间和人力的问题,提出一种新的机载双天线InSAR联合干涉参数定标算法,实现了利用一次布设的控制点同时标定多架次干涉参数,减少了野外布设角反射器的工作量.该方法首先基于敏感度方程的定标方法选择适于机载双天线InSAR数据的干涉定标参数,其次将基于局部配准的配准方法和PSInSAR中PS点选取的方法首次引入高程连接点的选取中,实现了多架次同一场景的高程衔接.最后,根据控制点和连接点高程属性的差异,建立了不同的误差方程,组成联合定标模型,并利用中国测绘科学研究院的CASMSAR-X数据进行了联合定标试验,验证了该算法的正确性和有效性.     

机载双天线InSAR复图像自动配准研究

干涉雷达复图像之间的精确配准是提高雷达干涉测量精度的关键之一。对于机载双天线干涉雷达系统,精确的地形高程测量需要精确的干涉相位来保证,从而要求干涉复图像在亚像元级的精确配准。为了使两幅机载双天线InSAR复图像之间配准精度达到亚像元级以及提高运算效率,在分析前人算法的基础上,分别采用基于快速傅里叶变换(FFT)复相关精配准算法以及基于过采样图像的精配准方法对机载双天线InSAR复图像进行精配准试验和比较,生成了干涉条纹图,并进行了相干性分析。试验结果表明,机载双天线复图像相干性很高、偏移量较小;对于机载双天线复数据而言,这两种方法都可以有效地实现复图像数据的高精度配准,但是从配准精度以及算法运行时间来看,基于FFT的复相关精配准算法较优,运算效率更高,且更具实用性。     

点云辅助GB-InSAR影像与地形数据应急变形监测方法

将采用地面三维激光扫描(terrestrial laser scanning, TLS)、地基合成孔径雷达干涉测量(ground-based interferometric synthetic aperture radar, GB-InSAR)和无人机航空摄影测量（unmanned aerial vehicle photography, UAV）的综合遥感方案应用于崩塌体应急监测。引入迭代最近点法（iterative closest point, ICP）,首先实现TLS点云和UAV影像离散点云配准;然后,利用几何映射方法实现GB-InSAR二维形变图与TLS点云三维匹配;针对崩塌体应急缺少人工目标辅助校正几何映射偏差的问题,综合目视解译以及峰值相关性分析提取各数据间的同名特征点,根据同名特征点计算空间坐标变换参数,建立变换方程来完成误匹配纠正。利用所提的匹配方法处理模拟数据及某滑坡崩塌残余体实际监测数据,结果表明实测匹配精度达像素级,满足应急监测需求。     

一种机载双天线InSAR干涉参数定标新方法

干涉参数定标对于机载双天线InSAR系统的大面积高精度数字高程模型获取具有重要意义。为了高效地进行干涉参数定标,从双天线InSAR获取DEM的基本原理出发,构建一种考虑干涉相位偏置、基线长度和基线水平角三个参数的定标新模型,设计该定标模型的未知参数解算方案。利用GPS实测的高程控制点对中国科学院电子学研究所自主研制的机载双天线InSAR系统进行了干涉参数定标实验,统计利用定标后干涉参数反演地面高程的误差,验证该干涉参数定标模型及解算方案。