阿尔金断裂带宽幅InSAR对流层延迟估计方法评估

合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar, InSAR）的时序分析是监测大面积地表缓慢形变的重要手段,但对流层延迟相位大大影响了形变监测的精度。以青藏高原西北缘为研究区域,分析了经验模型线性改正、通用型 InSAR 大气校正在线服务（generic atmospheric correction online service for InSAR, GACOS）改正和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF）最新发布的ERA5（ECMWF reanalysis v5） 数据集改正3种方法在时序InSAR反演形变速率中的改正效果。通过掩模技术计算非形变区的速率标准差,分析形变速率与地形的相关性,并与GPS数据进行比较分析后发现,自西向东的3个研究区域76.5°E~79.7°E（D136）、80.5°E~83.7°E（D165）、84.9°E~88.1°E（D19）范围内,其线性改正后标准差分别降低了41.05%、59.21%、25.13%,而GACOS改正后标准差分别降低了38.76%、55.97%、30.73%,ERA5改正后其标准差分别降低了10.05%、30.11%、20.15%。此外,InSAR与GPS站视线向形变速率比较显示线性改正、GACOS改正与ERA5改正后3个研究区域内其均方根误差分别降低了46.07%、51.28%和35.51%。对于青藏高原西北缘,3种方法均可削弱对流层延迟效应,其中线性改正和GACOS改正的效果好,适用性更高,ERA5受地面监测站点密度影响,在该区域改正效果稍差。     

阿尔金断裂带宽幅InSAR对流层延迟估计方法评估

近年来,宽幅合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术已被广泛用于地质灾害普查、地壳形变监测等方面,但对流层相位延迟影响极大限制了大范围、缓慢构造形变监测的精度。以覆盖地形起伏强烈的阿尔金断裂带西段的两类宽幅InSAR时间序列为例,分析了欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)、InSAR通用型大气改正在线服务(generic atmospheric correction online service for InSAR, GACOS)、地形相关线性模型这3类方法对大尺度对流层延迟的改正效果。结果表明,经GACOS改正后的Envisat ASAR与Sentinel-1宽幅InSAR干涉图序列的相位标准差均值削减量分别可达68.1%和54.5%,整体优于ECMWF和地形相关线性改正方法,能够为国内外InSAR用户开展宽幅InSAR大范围地质灾害监测等应用提供关键可靠的支持。     

北京地区时序InSAR对流层延迟校正方法研究

对流层延迟是合成孔径雷达干涉测量(InSAR)的一个重要误差源,如何正确估计并从干涉相位中分离出对流层延迟是获取高精度InSAR产品的重要步骤.针对上述问题,该文利用Sentinel-1数据,以北京地区为研究区域,采用相位高程比、GPS天顶延迟校正图、InSAR通用型大气改正在线服务(GACOS)和第五代欧洲中尺度天气预报再分析产品(ERA5)这4种模型或数据生成对流层延迟,对该地区2017年1月8日-2017年7月31日生成的干涉图进行校正,并分析了 4种手段的校正效果.结果表明,对单个干涉图来说,在山区相位高程比的校正效果最优,在平原地区GACOS和ERA5最优且相差不大;但对于形变的时间序列来说,GACOS与GPS的形变结果最为符合,且略优于ERA5;相位高程比虽然能显著降低标准差,但不能明显改善时序结果;GPS-ZTD方法受制于空间分辨率,较其他方法改正效果略差.     

利用GACOS辅助下InSAR Stacking对金沙江流域进行滑坡监测

西藏自治区贡觉县雄松乡至沙东乡金沙江流域作为川藏铁路的必经河流,地形崎岖、地质灾害隐患点多,亟需对该地区隐患点进行全方位的识别。首先,选取61景哨兵一号(Sentinel-1)升轨影像、53景Sentinel-1降轨影像和7景陆地观测技术卫星2号(advanced land observing satellite 2,ALOS-2)升轨影像对研究区域进行滑坡探测与监测。然后,利用合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)通用型大气改正在线服务(generic atmospheric correction online service for InSAR,GACOS)辅助干涉影像堆叠技术(InSAR Stacking)的方法,获取研究区域雷达视线(line of sight, LOS)方向的InSAR年形变平均速率图,并结合3个轨道的结果提取出沿坡向和垂直滑坡向的平均速率图。最后,与LiCSBAS时间序列分析包的结果进行比较,发现两者具有高度一致性,LOS向年形变速率图像的相关系数在0.92以上,沿坡向和沿垂直滑坡向年形变速率的相关系数在0.85以上,证明了GACOS辅助下InSAR Stacking结果的可靠性。此外,还发现研究区域内沿坡向最大年形变速率为-163 mm/a;结合InSAR形变结果与光学遥感影像解译,可将该滑坡群分为A～G 7个区域进行实时监测。     

利用最优插值法改正宽刈幅高度计对流层湿延迟

宽刈幅高度计仅在星下点携带微波辐射计,使得两侧刈幅内的对流层湿延迟只能采用水汽模型改正或采用星下点实测值替代,导致改正精度较低。提出了使用最优插值法融合星下点辐射计实测的对流层湿延迟改正值,提升两侧刈幅内的改正精度,并以SWOT(surface water and ocean topography)卫星宽刈幅高度计进行了验证。在刈幅内,采用ERA5(ECMWF reanalysis 5th generation)水汽数据计算湿延迟改正时,最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法减小约40%;采用辐射计实测湿延迟波数谱模拟计算湿延迟改正时,最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法在各纬度区域均减小达80%。在水汽变化剧烈的情况下,最优插值法的改进效果远优于星下点实测值替代的效果。     

四川茂县叠溪镇新磨村滑坡特征与成因机制初步研究

西藏自治区贡觉县雄松乡至沙东乡金沙江流域作为川藏铁路的必经河流,地形崎岖、地质灾害隐患点多,亟需对该地区隐患点进行全方位的识别。首先,选取61景哨兵一号（Sentinel-1）升轨影像、53景Sentinel-1降轨影像和7景陆地观测技术卫星2号（advanced land observing satellite 2,ALOS-2）升轨影像对研究区域进行滑坡探测与监测。然后,利用合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）通用型大气改正在线服务（generic atmospheric correction online service for InSAR,GACOS）辅助干涉影像堆叠技术（InSAR Stacking）的方法,获取研究区域雷达视线（line of sight, LOS）方向的InSAR年形变平均速率图,并结合3个轨道的结果提取出沿坡向和垂直滑坡向的平均速率图。最后,与LiCSBAS时间序列分析包的结果进行比较,发现两者具有高度一致性,LOS向年形变速率图像的相关系数在0.92以上,沿坡向和沿垂直滑坡向年形变速率的相关系数在0.85以上,证明了GACOS辅助下InSAR Stacking结果的可靠性。此外,还发现研究区域内沿坡向最大年形变速率为-163 mm/a;结合InSAR形变结果与光学遥感影像解译,可将该滑坡群分为A~G 7个区域进行实时监测。     

一种联合GACOS与线性大气校正的StaMPS PSI时序分析方法

雷达信号通过大气层时,会产生路径延迟,从而影响InSAR测量精度。常规靠时空滤波的时序InSAR分析方法,虽能削弱其影响,但仍存在一定局限。其中StaMPS PSI方法凭借适用范围广、开源等优点,受到众多学者的青睐。为此本文以香港地区为例,提出了一种联合GACOS与线性大气校正的StaMPS PSI时序分析方法,并与常规StaMPS PSI对比,最后使用GNSS观测数据对InSAR结果进行验证。结果表明：在SAR数据集较为丰富的情况下,常规时序分析方法能较好地克服大气延迟影响,但相比而言,本文提出的新方法更能反映出真实的地表形变。     

基于GPS观测量的InSAR干涉图中对流层改正方法及其论证

利用一种站间和历元间的双差算法来计算InSAR结果的大气改正量。为了逐像素改正InSAR结果,引入自适应参数的支持向量机(SVM),利用稀疏的GPS站网上所获得的大气改正值回归估计未知像元上的对流层改正值。采用南加州GPS集成网络(SCIGN)数据验证了该方法的可行性。     

短重访SAR数据在矿区快速形变场的监测

针对矿区地表形变具有快速、连续、大梯度等特征,使其InSAR形变监测常出现低相干,甚至失相干等低效监测问题,该文采用21景重访周期仅为12 d的Sentinel-1A数据,利用小基线集时序InSAR技术(SBAS-InSAR),对山西省东坪煤矿2017年5月30日至2018年1月25日期间的地表形变进行了连续监测.结果表明:该监测区间快速沉陷区域有五处,沉陷总面积达3.146 km2,最大下沉值约为-57.47 mm,最大下沉速率约为-67.53 mm/a;形变场A处平均沉陷深度随时间推移呈线性增加;形变场E处工作面上方地表的沉陷响应较工作面边缘及以外更为剧烈.证明了短重访SAR数据能够准确反演地表沉陷速率和累积量,动态提取矿区快速形变场的空间分布形态和时序变化过程,为矿区地表形变动态监测和沉陷区地质灾害定量评估提供有效方法.     

基于ICEEMDAN与环境负载的GNSS坐标时序非线性形变去除

非线性形变影响全球卫星导航系统(GNSS)坐标时序精度. 采用改进的自适应噪声总体集合经验模态分解(ICEEMDAN)和环境负载改正相结合的方法开展GNSS测站非线性形变去除研究. 首先使用GMIS软件将GNSS坐标时序补充完整并去除粗差,然后使用ICEEMDAN方法对GNSS坐标时序进行分解,使用排列熵算法选取包含噪声和非线性形变的高频分量,最后使用环境负载对高频分量进行去除,利用经验模态分解(EMD)方法和环境负载结合的方法进行去除效果对比. 研究结果表明:非线性形变去除后的GNSS坐标时序均方根(RMS)变化各有区别,垂向(U)方向最为明显,最大值达6.715 mm,东(E)方向次之,北(N)方向最小;ICEEMDAN方法和环境负载改正结合后N方向的非线性形变全部得到了削弱,E方向的非线性形变有75％得到了削弱,U方向的非线性形变有62.5％得到了削弱,其改正效果优于EMD方法和环境负载结合的改正效果.      

对流层延迟模型的残差包络建模

全球导航卫星系统(GNSS)的信号在穿过对流层时会产生延迟，通常使用经验模型对其进行修正。为确保定位结果安全可信，需建立经模型改正后的对流延迟残余误差的包络模型，用于位置服务的完好性监测。航空无线电技术委员会(radio technical committee for aeronautics, RTCA)推荐航空中使用0.12 m作为天顶对流层延迟残差的包络标准差。这一常值设定忽略了对流层延迟残余误差的地理和季节性变化，一定程度上降低了GNSS在涉及生命安全(safety of life, SoL)应用中的连续性和可用性。本文同时考虑经模型改正后的对流层延迟残余误差的地理和季节性变化，利用极值分析法建立了这些残余误差的包络模型。首先，将2000—2017年间共18 a的对流层延迟残差以10°为一带分纬度带进行日标准化，以提取对流层延迟残差的季节性变化信息；然后，用广义极值(general extreme value, GEV)分布分别拟合标准化残差和原始残差日均值的年最大、最小值，进而计算在10^-7概率水平下的残差限值；最后，将残差限值转化为包络标准差。本文分别建...     

基于SBAS-InSAR的山体滑坡形变监测分析

本文以2019年3月15日发生于山西省临汾市乡宁县枣岭乡的山体滑坡为研究对象,采用滑坡前后2018年7月5日至2019年6月30日(共30景)Sentinel-1A的SAR影像数据,利用SBAS-InSAR技术对滑坡形变进行监测,发现研究区形变速率为-52.03～33.77 mm/a,整体环境较为稳定;研究了长时序黄土塬的形变速率和累积形变量,并结合相关地质资料分析滑坡成因;采用标准差椭圆算法分析了滑坡所在的黄土塬地区地表形变的时空演变特征,结果表明标准差椭圆的重心向西北偏移,椭圆面积小幅减小,西北-东南方向形变加剧,东北-西南方向变形发展则相对缓和,方位角逆时针旋转,偏移约17.03°。     

表碛型冰川的时序InSAR识别方法与形变监测研究

为了对表碛覆盖型冰川边界进行识别并掌握其变化,以伦道夫(RGI6.0)冰川编目为基础,基于Sentinel-1数据运用时序InSAR技术对昆仑山东段表碛覆盖型冰川进行了形变监测。根据2014年10月至2020年9月表碛覆盖下冰川的时序形变情况,将InSAR形变与光学影像相结合验证冰川边界。结果表明:对昆仑山东段研究区域内280条冰川边界的研究中,探测到3处表碛覆盖型冰川,对边界进行调整后冰川面积分别增加0.19、0.1、0.18 km~2。根据时序形变,发现冰川表碛形变呈现明显的季节周期性,形变与温度、坡向显著相关。另外,表碛覆盖型冰川的变形幅度在(-5,5)cm范围内,暖季变形幅度最大,且地形对突变幅度造成影响。这表明时序InSAR技术可对表碛覆盖型冰川进行形变监测与识别研究。     

时序新方法在城市地面沉降监测中的研究

针对现有时序分析在大范围形变监测中数据处理时间长、存在大气延迟误差和相位解缠误差问题,该文利用LiCSAR产品,采用时序新方法LiCSBAS技术,引入GACOS产品进行大气改正,运用整体干涉质量检验和环闭合相位来剔除解缠误差。以昆明市为研究对象,选取2018—2021年获取的84景Sentinel-1影像进行实验研究。结果表明：LiCSAR产品能有效提高数据处理效率;采用CACOS产品对流层大气延迟进行改正具有一定效果;环闭合相位能够有效剔除解缠误差。利用该方法共监测出6个沉降区,其成因受城市建设、地质、地下水抽取等因素导致,相较于已有研究表明,A沉降区为新增沉降中心。该方法在大范围城市地面沉降监测中具有一定优势,可为防灾减灾事业及政府部门决策提供一种有效的手段。     

时序InSAR离散相干点相位解缠误差检查与校正方法研究

提出了一种基于三角形闭合环残差的离散相干点解缠相位误差检测与校正算法,该算法能有效提高离散相干点解缠相位的精度。以沧州市沿海地区为实验区域,利用2008~2010年18景ENVISAT ASAR数据进行InSAR时序分析,对解缠相位跳变误差进行检测和校正,并对比校正前后时序分析结果的精度。实验结果显示,解缠相位一致性检查和误差校正可以有效改正解缠干涉图中的主要相位跳变误差,与改正前相比:1离散点时序累积形变特征的时间连贯性更强,减少了很多突跳;2增加了有效相干点,实验区内有效相干点个数由68 000个增加到186 400个;3两个验证点累积形变量的RMS值分别降低了8.1mm和13.2mm,证明了该方法的有效性。     

GGOS对流层延迟产品精度分析及在PPP中的应用

对流层延迟是卫星导航定位的主要误差源,GNSS广域增强需要高精度的对流层延迟产品进行误差修正。对流层延迟可通过GNSS进行实时估计,也可通过融合多源数据的数值气象预报模型获取。IGS发布的全球对流层天顶延迟产品由GNSS解算,其精度可达4mm,时间分辨率为5min,但其分布不均匀,在广袤的海洋区域无数据覆盖。GGOS Atmosphere基于ECMWF 40年再分析资料,可提供1979年以来时间分辨率为6h、空间分辨率为2.5°×2°的全球天顶对流层总延迟格网数据。本文通过2015年全球IGS测站的ZTD资料对GGOS的ZTD产品进行了评估,研究了GGOS Atmosphere对流层延迟产品与IGS发布ZTD资料之间的系统差,通过线性拟合估计出每个测站GGOS-ZTD与IGSZTD系统差系数(包括比例误差a和固定误差b),然后对比例误差a、固定误差b进行球谐展开,建立了两种ZTD数据源之间的系统差模型。选取IGS测站和陆态网测站,对附加系统偏差改正后的GGOSZTD产品对PPP的收敛速度的影响进行研究。本文研究结果表明:GGOS-ZTD与IGS-ZTD间存在系统偏差,其bias平均为-0.54cm;两者之间较差的RMS平均为1.31cm,说明GGOS-ZTD产品足以满足广大GNSS导航定位用户对对流层延迟改正的需要。将改正了系统差后的GGOS-ZTD产品用于ALBH、DEAR、ISPA测站、PALM测站、ADIS测站、YNMH测站、WUHN测站进行PPP试验,发现可明显提高定位收敛速度,尤其是在U方向上,收敛速度分别提高10.58%、31.68%、15.96%、43.89%、51.46%、14.69%、18.40%。     

城市场景时序InSAR形变解译:问题分析与研究进展

时序InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术可以提供周期性形变监测,已经广泛应用于地表沉降和基础设施形变监测等工作,为城市安全和可持续发展提供重要保障。然而,由于城市场景的复杂性,InSAR精细监测以及形变信号解译仍然是一个难题和挑战。从时序InSAR相干点与地物目标映射关系不确定性为切入点,剖析了这种不确定性带来的形变解译问题,包括：（1）精细形变监测,即形变信号“在哪里”;（2）形变机制和驱动因素认知,即形变信号“是什么”;（3）形变信号对观测事件的反映,即考虑城市场景下的合成孔径雷达信号的复杂散射机制。引入了时序InSAR监测体系下InSAR相干点的描述框架,包括运动学特征、几何参数、语义信息、物理属性,并回顾了InSAR相干点参数提取与形变解译的研究进展。基于InSAR相干点几何参数、语义信息、物理属性的综合形变解译与机制认知将是未来城市场景精细形变监测、识别和安全评估等服务的关键。     

改进TS-InSAR方法的白格滑坡灾前-灾后形变演化特征分析

2018年10至11月,金沙江上游白格滑坡先后两次垮塌渡江并致堰塞湖,且至今仍存在较显著的蠕滑形变。针对时序InSAR技术在高植被发育区的应用局限,本文提出了一种改进的时序InSAR解算方法(ITSI),结合Sentinel-1A卫星2017年9月-2021年3月期间获取的SAR影像数据,针对滑坡区域分别开展了灾前和灾后时序干涉处理,提取了灾害-灾后时段内的年平均蠕滑速率场(灾前极值为9.71cm/a,灾后达到25.42cm/a)和累计蠕滑形变量(灾前极值为13cm,灾后两年内达61cm),并结合灾前-灾后形变时间序列,重点分析了蠕滑形变的时序演化特征,发现白格滑坡灾后两年间渐趋稳定。此外,监测结果发现白格滑坡上游5km处的肖莫久滑坡也处于活动状态。相关结果可为该区域防灾减灾领域研究提供参考。     

利用Sentinel-1影像监测土地回填导致的地表形变

在机场填海区地表稳定散射的范围内,本文运用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术对机场地表形变安全性进行了监测分析,反演获得了研究区域范围内的年形变速率数据结果和高分辨率形变时序结果,并以此分析了香港国际机场的地表形变区在监测周期内的形变时空分布特征.为证明监测结果的精度和可靠性,本文采用全球导航卫星系统(GNSS)观...     

不同尺度综合地表形变InSAR时序监测与机理分析

正合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术作为近年来发展起来的一种空间对地观测技术被广泛应用于不同类型的地表形变监测。为克服时间、空间基线失相干,DEM误差、大气延迟效应等因素对形变监测的影响,具有稳定后向散射特性的相干点目标作为研究对象的时序InSAR技术应运而生。然而,由于其应用研究起步较晚,在高精度地表形变监测中仍面临诸多技术难题,如常规SBAS方法时序形变监测时因多数据子集而导致的基准缺失、低相干条件下高相干点目标的有效识别、时序InSAR大范