InSAR基本原理

作为InSAR系列讲座的第三篇，本文首先介绍干涉相位信号及InSAR测高与探测形变的基本原理。最后比较并讨论其在地表高程和形变测量中的敏感程度。     

InSAR滑坡监测研究进展

InSAR技术的发展及数据的丰富,使其成为了滑坡监测中的重要手段之一。本文首先从InSAR滑坡监测的数据选择开始,介绍不同数据、场景对于InSAR滑坡监测的影响;其次,对当前影响InSAR滑坡监测精度的主要因素进行分析,综述了目前主流的解决方法;然后,对当前InSAR滑坡三维形变监测的方法做了系统性的分类,总结了各自的优缺点及使用范围;最后,对目前限制InSAR滑坡监测的主要问题、可能的解决途径及未来的发展方向等问题进行了探讨。     

江苏全省地面沉降InSAR监测

针对江苏省是长三角地区地面沉降比较严重的地区,InSAR技术作为最有效的地表形变监测手段,曾被用来获取江苏局地的地面沉降信息,但用于全省域监测尚无先例的现状。该文介绍了利用时间序列InSAR技术开展江苏全省地面沉降监测的方法和成果,提出了适用于区域级和国家级合成孔径雷达干涉测量(InSAR)形变监测的技术方法,给出了基于ALOS PALSAR影像和RADARSAT-2影像的江苏全省2007-2011年及2012-2015年2个时段的地面沉降监测成果,利用江苏省CORS站数据,对InSAR获取的地面沉降速率进行了精度评价。结果表明,2个时段的InSAR监测结果的精度分别为3.8(mm·a^-1)和4.0(mm·a^-1)。最后对2个时段的全省地面沉降的时空分布、动态变化情况进行了分析,并对InSAR监测成果的应用前景进行了展望。     

InSAR系列讲座4InSAR数据处理及关键算法

作为InSAR系列讲座的第四篇，本文介绍并讨论InSAR数据处理方法和关键算法，并对主要的数据处理流程以数学模型的形式进行了概括。     

基于卫星编队InSAR系统误差源分析

误差源分析是一个系统产品精度保障的前提条件.介绍了InSAR高程测量的基本原理;根据基本原理,从影响高程测量精度的基线长度、基线倾角、相位差、雷达天线到地面目标点的距离以及雷达天线高度等5个要素着手;依据这5个要素的产生过程,结合基于编队卫星InSAR系统的特点对系统的误差源进行了研究;最后较系统地分析出了影响编队卫星InSAR系统的误差源.     

星载InSAR高程提取的误差因子分析

从基线沿水平向分解的InSAR基本原理出发,推导出星载InSAR高程公式;然后根据斜距、基线、相位、基线倾角、入射角、高度等量之间的几何构形及存在的函数关系,推导出星载InSAR影响高度精度的误差公式,并定性和定量地分析斜距、基线、相位、基线倾角、入射角、水平基线及垂直基线等测高精度因子的相关性及与对高程误差的影响,明确基线长度和方向对测高精度的影响;最后,针对星载InSAR高程提取的特点,提出一些提高测量精度的参考和建议.     

InSAR矿区地表三维形变监测与预计研究进展

首先,介绍了InSAR地表形变监测技术的基本原理和技术特点;然后,对当前InSAR矿区地表三维形变监测方法做了系统性分类,并探讨了各自的优缺点和适用范围;之后,综述了当前InSAR矿区地表三维形变预计方法的研究现状和进展;最后,归纳梳理了InSAR矿区三维形变监测预计在多源数据融合和沉降机理分析等方面的前沿问题。     

InSAR提取地面高程信息研究

简述了InSAR提取地面高程信息的基本原理及数据处理过程。用ERS-1数据进行试验,着重介绍了利用InSAR技术提取高程信息．以及各流程中处理的关键技术和所要考虑的因素等。通过对结果的分析,表明InSAR技术提取DEM是一种非常有效的方法,最后就InSAR在国内外的应用前景做了简单的论述。     

InSAR变形监测方法与研究进展

变形监测是星载InSAR技术应用最为成熟的领域之一。本文首先介绍了InSAR变形监测的基本原理和卫星数据来源;然后对InSAR变形监测方法进行了系统性的分类,分析了D-InSAR、PSInSAR、SBAS-InSAR、DS-InSAR和MAI等方法的技术特点和适用范围;进而从应用的角度分析了InSAR技术在城市、矿山、地震、火山、基础设施、冰川、冻土和滑坡等领域的研究现状和不足之处;最后总结出InSAR变形监测在多维形变和低相干区测量、大气和轨道误差去除和精度评定等方面的前沿问题。     

大图像分块法在InSAR处理中的应用探讨

InSAR作为重要的测绘手段之一,它的处理涉及的数据量通常很大,大数据量与有限的计算机内存容量是干涉处理面临的主要矛盾之一.分块是解决这类问题的经典方法,但在InSAR处理中的应用具有一定的特殊性,主要是分块技术要与较为复杂的算法紧密结合.按照输入图像和输出图像的空间关联特性将图像处理算法分为3类:点相关、域相关和全局相关,并结合InSAR处理中不同步骤的算法特点,分析探讨大图像分块技术在InSAR处理中的应用问题.     

一种顾及永久散射体的SBAS InSAR时序地表沉降提取方法

提出了一种顾及永久散射体的SBAS InSAR时序地表形变提取方法。通过设置相干性、振幅离差指数、形变速率3阈值提取稳定的永久散射体,将其作为地面控制点引入SBAS InSAR处理流程,完成对地表形变的提取,并以郑州地区为例进行试验。获取了郑州市区2016年11月至2017年11月的地表沉降速率和时序地表沉降量,通过与PS InSAR、SBAS InSAR处理结果及水准测量进行对比,说明了该方法的可靠性。     

InSAR相位解缠算法的分析与评价

相位解缠是合成孔径雷达干涉测量中的一个关键步骤,是主要的误差源之一,同时也是研究InSAR的一个重点和难点.相位解缠算法的选取对InSAR最终的成果(DEM或者形变量)有很大的影响.文中选取常用的Gold-stein枝切算法、预解共轭梯度法(PCG)以及最为流行的统计费用网络流算法(Snaphu),对西安地区的实例数据进行解缠运算,采用不同的评价标准对解缠结果的质量进行评价比较,并给出各自解缠算法的特点和适用情况,最后对相位解缠算法的未来发展方向进行展望.     

InSAR生成DEM中WRF大气校正

利用星载重复轨道合成孔径雷达干涉测量InSAR技术获取数字高程模型(DEM),无法避免大气延迟效应的影响。InSAR大气校正的方法很多,但在DEM获取方面的大气校正研究却非常少见。本文研究星载重轨InSAR生产DEM时利用大气数值模式WRF(Weather Research and Forecasting model)得到的水汽结果进行大气校正的问题,重点讨论大气校正的策略,包括WRF模式设置和大气校正时机的选择,简要介绍了基于WRF运算结果的大气校正方法。利用Terra SAR-X数据进行实验,检验了所提出方法的有效性,证明了在干涉相位解缠前进行大气校正,比在相位解缠后进行的效果更好。将所提出方法应用于多基线、多波段InSAR干涉结果融合中,实验结果表明大气校正能够有效降低误差,对于相干性较高的地区效果更好。     

基于GIS的InSAR结果分析方法及在汶川Mw7.9级地震同震解释中的应用

利用GIS对InSAR结果进行分析可以更全面地解释地表形变机制。介绍了利用GIS对SAR影像进行裁剪、切割和拼接处理、剖面和等值分析的方法。在此基础上,以汶川Mw7.9级地震为例介绍了基于GIS的InSAR结果分析方法在地震形变机制解释方面的应用:①根据InSAR距离向偏移量和同震形变场,利用GIS技术提取了汶川Mw7.9级地震发震断层的地表迹线;②将基于位错模型正演得到的视线向形变场与InSAR同震形变场进行比较,得到了汶川地区InSAR同震形变场的上盘和整体改正数,进一步借助GIS进行修正得到了更为真实的InSAR同震形变场;③利用2D/3DInSAR同震形变场、干涉纹图和剖面分析结果对汶川Mw7.9级地震同震形变特征进行了具体分析和解释。     

顾及协方差函数的自适应四叉树InSAR数据压缩算法

利用InSAR数据进行形变机理反演时,由于InSAR数据点众多,且含有较多的误差乃至粗差点,严重制约了反演的效率和可靠性。为此,本文提出了顾及InSAR数据物理空间相关性来设立协方差函数,并依据协方差函数确定四叉树象限分解阈值和最大象限大小的自适应四叉树分解InSAR数据压缩算法。本算法能够在尽可能保留形变信号特征细节信息的同时,极大地降低InSAR数据量。本文以西安地区地面沉降InSAR结果为例进行了实验分析,验证了该算法的有效性,结果表明该方法能够在不损失形变信号特征的同时,有效的实现InSAR数据压缩和噪声消除的目的。     

The absolute positioning of spaceborne INSAR data using the integer ambiguity method

In this paper, the capability of the integer ambiguity method to find the absolute position of InSAR data is demonstrated. A radargrammetric model is used for the space triangulation. The method is demonstrated using ERS data of the Thames region and the results are compared to GPS measurements and a digital elevation model. The GPS stations, not visible in the image, are located on the InSAR data using a simple range-Doppler algorithm and an analysis of their positions is undertaken. The results are consistent with other methods but with the advantage that the radargrammetric model is very simple. The results also highlight the problems of integrating GPS data with InSAR data in urban areas where a GPS station may not be representative of the dominant scatterers within a resolution cell, and they suggest methods that might be applied in future to reduce this problem. The model should help the integration of InSAR data with other geometric survey data.     

黄土填方区地表沉降时序InSAR监测分析

“削山填沟造地”等岩土工程在湿陷性黄土沟壑地区屡见不鲜,掌握填方区沉降情况具有重要意义。本文收集了2017年11月—2020年12月获取的56景TerraSAR-X StripMap模式影像,利用时序InSAR技术监测了陕北某湿陷性黄土填方地基工程的沉降信息,并与2017年11月—2020年12月期间监测区3个水准点的沉降测量结果比对。结果表明,在填方区地表以沉降为主,在挖方区地表以抬升为主,研究区存在有1处较为明显的地表沉降情况,位于填挖边界线附近填方区内,形变速率范围为-40~-20 mm/a,最大形变速率达-49.9 mm/a,累计量为-151.6 mm,时序InSAR形变结果和实地水准结果吻合性较好,垂直方向形变速率中误差为1.8 mm/a,表明时序InSAR技术在湿陷性黄土填挖方区变形监测中具有较好的应用价值。     

面向多基线干涉SAR高程反演的全局最优相干方法

本文针对多基线极化干涉SAR数据,提出了面向多基线干涉SAR高程反演的全局最优相干方法。该方法将多景全极化干涉影像联合在一起,构建多基线极化相干矩阵,由多基线最优相干准则指导,求解全局条件下的最优干涉图。该方法可以有效降低多基线干涉中散射中心不一致对干涉相位影响,从而提高干涉相位的精度和可靠性,并提高最终获取DEM的精度。利用国产X-SAR系统和德国E-SAR系统获取的多基线全极化数据进行全局最优相干方法试验,利用多基线极化最优相干方法生成全局条件下的最优干涉图,依据多基线高程反演方法计算目标高程,验证了本文提出的方法的有效性。     

利用稀少卫星影像控制点生产1:10 000 DOM——以阿拉善盟测区为例

青藏铁路沿线地表受多年冻土的影响会产生抬升和沉降,形变监测对于其安全运行至关重要。本文采用41景C波段Sentinel-1A升轨数据,结合均匀网格划分子区域的方法,探测分布相对均匀的永久散射体,以作为SBAS InSAR技术的地面控制点,对青藏线羊八井站至乌玛塘站段铁路及其沿线地表进行形变监测。试验结果表明,该段铁路年形变速率范围为-8~2 mm/a,该区域形变受周围冻土的影响随季节呈周期性变化;SBAS InSAR技术和本文的PS-SBAS InSAR技术在同名点形变趋势与形变程度方面的对比结果保持一致性,进一步说明了本文方法的可靠性。