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...     

顾及大气误差和相位解缠误差的LiCSBAS方法对高山峡谷地区地质灾害的探测

针对目前时序分析数据预处理耗时量大及高山峡谷地区单轨道探测地质灾害存在的弊端,本文以东川小江沿线高山峡谷地区为研究对象,利用时序LiCSBAS方法和联合二维形变分解对高山峡谷地区地质灾害进行探测,探究利用LiCSAR和GACOS产品解决处理时间过长、控制大气延迟、相位解缠误差在实际应用中的效果。试验结果表明：(1)利用LiCSAR和GACOS产品能大大加快数据处理效率和降低大气延迟对形变结果的影响;(2)环闭合相位能够有效识别出均方根值大于定义阈值的有问题的环路;(3)联合升降轨获取一维视线向形变并进行二维分解,得到垂直向和东西向的形变,综合各形变信息,引入高分辨率光学影像,共探测出6处地质灾害区。通过试验验证了本文方法在高山峡谷地区地质灾害探测结果的准确性及优势,为政府部门监测及探测高山峡谷地区地质灾害的发生提供了一种有效、快速的探测手段。     

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。     

时空三维相位解缠算法改进研究

三维相位解缠是时序干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术的关键环节之一,解缠结果直接影响时序InSAR地面沉降监测的精度。针对地面沉降严重、地形坡度变化较大的区域,因相位欠采样引起的整周期解缠误差问题,提出了一种基于频域置信度的加权最小二乘相位解缠算法,并以此替代时空三维相位解缠中空间维以相位梯度为权重的加权最小二乘相位解缠算法。通过提高相位坡度变化估计的准确性,进而提高时空三维相位解缠的精度和稳定性。以北京地区地面沉降监测为例进行了验证,结果表明,与经典的时空三维相位解缠算法相比,改进算法得到的沉降监测结果精度更高,特别是对于坡度变化较大、失相干现象明显的沉降漏斗区,其沉降监测精度有明显改善。     

联合LiCSBAS和机器学习的昆明市地面监测和预测

针对InSAR在数据处理过程中存在对流层延迟误差、解缠误差及处理大范围区域数据需要消耗大量时间和磁盘空间的问题，本文首先利用LiCSBAS和GACOS产品对2016年9月16日至2021年5月5日昆明市134景Sentinel-1升降轨影像进行数据处理，获取昆明市主城区沉降信息，在此基础上得到5个典型地表沉降区并分析其时空分布特征；然后利用深度森林和长短期记忆网络模型进行时序值的预测，引入绝对误差(ε)、均方根误差(RMSE)、纳什系数(NSE)对模型进行评价，深度森林和长短期记忆模型得到的ε均在4 mm以内，RMSE值分别为0.70和3.01,NSE值分别为0.92和0.81。结果表明，深度森林预测模型效果较好，联合LiCSBAS和机器学习模型的城市地表监测和预测的方法可以为今后开展地面沉降监测和灾害预警提供参考。     

基于相干点目标的多基线D-InSAR技术与地表形变监测

失相干（Decorrelation）与大气波动是影响重复轨差分干涉测量（D-InSAR）进行地表形变信息提取的主要因素。相干性降低使得干涉纹图在空间上表现为不连续,难以完成相位解缠。重复观测时大气波动引起的相位延迟在空间域上的不均一分布则降低了D-InSAR提取形变信息,特别是空间范围覆盖较大的形变场的精度。介绍了一种基于相干目标的多基线D-InSAR数据处理算法。该算法根据少量SAR数据构成多基线干涉纹图集,分别利用点目标检测算法和相干系数均值作为相干目标提取的测度;利用相位回归分析模型对干涉相位进行时间域迭代处理,从干涉相位中提取线性形变速率和DEM误差改正,通过迭代处理补偿高程误差,解算线性地表形变速率。该算法提高了D-InSAR形变监测的时间采样率,能准确获取每个观测时刻的形变累积量。以沧州地区2004—2005年的SAR数据为例,获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。     

GPS与MODIS数据融合的D-InSAR大气延迟改正方法研究

基于D-InSAR技术提取了广东珠三角地区不同时相的地表沉降格局。研究结合GPS网与MODIS以获取大气延迟相位,最后经空间插值得到大气改正图,并且利用同期大气延迟改正图对D-InSAR结果进行了有效改正。     

空间网络对时序InSAR相位解缠的影响——以Delaunay与Dijkstra网络为例EI北大核心CSCD

在时间序列InSAR相位解缠的过程中,相干目标需事先构建空间网络之后再进行模糊度解算。Delaunay三角网是当前时序相位解缠的主流构网方法,但其网络形态易包含高相位梯度的边缘,导致违背相位连续性假设。考虑到目前很少有关于空间网络对解缠影响的研究及相位解缠对InSAR技术测量精度的主导地位,本文在量化分析Delaunay网络对解缠影响的基础上,提出引入图论中的Dijkstra最短路径算法优化Delaunay网络中所有边的相位梯度,进而改善时序相位解缠的精度。本文采用模拟和真实数据对基于Delaunay网络和基于优化网络的相位解缠进行了对比验证。结果表明,本文提出的构网方法能够更好地满足相位连续性假设,减少约33%由解缠误差所导致的不闭合三角环数。较传统研究聚焦解缠方法和目标函数的改进而言,本文研究揭示了空间网络的改善对时间序列相位解缠的重要性。     

基于去噪扩散概率模型的InSAR相位解缠

二维相位解缠是合成孔径雷达(InSAR)中的关键任务之一,传统的相位解缠算法要求干涉相位相邻像元间的相位差位于[-π,π]之间,实际上由于噪声和采样率的因素,解算结果不可避免地产生误差或错误。提出了基于去噪概率扩散模型的InSAR相位解缠算法,利用深度学习中的扩散生成模型(Denoising Diffusion ProbabilisticModels)设计了相位解缠网络DDPU,使用LiCSAR数据以及仿真数据训练网络,在3 000个样本集上评估了相位解缠网络DDPU的质量并与传统相位解缠算法及其他基于深度学习的解缠算法进行对比,结果表明DDPU具有优异的解缠能力以及良好的鲁棒性。     

多分辨率分析的干涉技术大气改正算法

针对合成孔径雷达干涉技术中与高程相关的大气延迟会影响形变监测精度的问题,该文采用小波变换多分辨率分析法来减弱其影响,提高合成孔径雷达干涉的监测精度。该方法根据差分干涉相位不同组分的频率性质和雷达坐标系下的DEM高程信息,分别对其进行多分辨率分析;采用互相关分析法提取解缠相位中与高程相关大气相位的小波系数并对其做降权处理,重构解缠差分干涉图。实验证明了该方法的可行性,研究区域整体上与高程相关的大气延迟部分得到了一定削弱,其中选取的3个局部地区分别降低了15.58%、24.74%、23.27%的与高程相关的大气延迟影响。     

提升小波变换的部分残差相位模拟与去除

为了修正轨道残留误差和大气误差的线性趋势项部分,有效改善解缠相位图的质量,该文根据小波变换可以实现分频这一重要特征,将其引入到合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术相位分离中;利用提升机制二维小波变换方法将解缠后的残余相位进行分解,并将低频部分在小波域内进行提取并估计修正,继而将纠正后的低频相位与高频相位进行重组。结果表明:针对解缠相位轨道残留误差和大气残留误差的线性趋势项部分,可以采用提升二维小波变换方法进行模拟和修正,该方法可以去除大量残差点,有效改善解缠相位图的质量。     

Sentinel-1A卫星TOPS模式数据的SBAS时序分析方法——以黄河三角洲地区为例

Sentinel-1A是目前在轨运行的新一代SAR卫星,其TOPS成像模式具有宽幅成像的特点,能够实现大范围地表形变监测,目前国内外鲜有基于渐进扫描(terrain observation by progressive scans,TOPS)模式影像的小基线集(short baseline subset,SBAS)处理研究成果发表。以黄河三角洲地区作为研究区,选取了2015年5月—2016年4月27景Sentinel-1A TOPS模式影像,组成了94对干涉影像对,使用ECMWF气象数据估算大气延迟,实现大范围大气相位校正;然后采用SBAS时序分析方法提取了研究区地表累积形变量及形变速率图。研究结果表明,该地区近年来仍存在持续沉降,在广饶镇齐成工业园、广饶盐场及南宅科村周边等地区存在明显的沉降漏斗,沉降监测结果与该研究区已有文献所述沉降规律吻合,证明了TOPS模式SBAS时序分析方法应用于形变监测的可行性和有效性。     

基于气象数据的地基雷达大气扰动校正方法研究

大气扰动是影响地基雷达(Ground-based SAR,GBSAR)系统监测精度的主要因素,文中研究大气扰动对GBSAR相位的影响及相应的补偿方法。实验以自制的角反射器作为监测目标,利用气象数据补偿法改正角反射器相位,用观测区域的温度、气压和湿度建立大气折射模型,估算出大气折射率的变化来校正大气扰动误差。结果表明,文中方法能有效地剔除大气扰动相位,达到改善监测精度的效果。     

差分干涉雷达测量技术大气延迟分析

在分析大气延迟原理的基础上,利用差分干涉像对组成闭合环,通过查看闭合环相位直方图分布来判断大气延迟的存在与否,并用差分干涉相位相加减的方法消除大气延迟的影响,利用该方法对原来不能产生干涉条纹的干涉像对进行处理,取得良好的效果.     

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。     

利用L波段星载重复轨道干涉SAR提取DEM及大气效应分析

以四川省茂县、安县地区的ALOS PALSAR L波段雷达影像为数据源,在对地形复杂区的配准、解缠等算法研究的基础上,结合SAR特有的成像几何结构,对两幅SAR图像进行快速自动配准,配准误差小于0.2个像元;在去除平地引起的干涉相位变化后,运用MCF对缠绕相位进行解缠,在此基础上提取研究区的数字高程模型(DEM),分析发现精度受多种因素影响,其中波长较长的L波段数据比波长较短的时间相关性好,此外为消除大气效应,采用改进的相位累积法去除大气的影响,在一定程度上提高DEM精度。其误差范围在±10m左右,对快速提取地形信息具有一定的借鉴意义。     

网络RTK基准站间的模糊度及空间相关误差解算

利用载波相位双差观测值的宽巷和无电离层组合固定部分模糊度参数,并采用Kalman滤波算法估计残余的对流层延迟;然后对观测值进行改正,剔除对流层延迟误差,从而提高剩余模糊度参数的固定率;最后估计双差电离层延迟。文中采用美国CORS网的GPS数据进行实验,实验结果表明,自适应滤波算法可明显提高残余对流层延迟的解算精度和模糊度的解算效率;固定模糊度并改正对流层和电离层延迟,差分定位精度得到很大提高。     

GPS与PS-DInSAR方法的大气延迟变化量解算与精度分析

文章研究利用Kriging插值方法对天津地区11个连续运行GPS点网的大气延迟解算结果进行内插,得到区域连续GPS大气延迟变化分布.选择同一区域进行PS-DInSAR处理所得的残余相位主要由非线性形变相位、大气相位和噪声相位组成,尝试在时间域高通滤波和空间域低通滤波处理,得到与GPS同地域同时段的大气延迟变化分量.对所得两种大气延迟变化量进行对比分析,采用求差和均方根误差(Root Mean Square,RMS)进行统计检验,结果表明这两种方法得到的大气延迟变化分量基本一致,进一步集成可望得到更有效的监测结果.     

GPS与INSAR数据融合研究展望

分析了GPS与INSAR数据融合的必要性与可行性 ,讨论了GPS与INSAR数据融合存在的主要问题 ,进一步探讨了利用GPS数据改善INSAR相位解缠算法 ,利用GPS与INSAR数据融合建立水汽模型和大气层延迟误差改正模型 ,以及GPS高时间分辨率和高平面位置精度与INSAR高空间分辨率和高高程变形精度有效统一的问题。     

GPS与InSAR数据融合在矿山开采沉陷形变监测中的应用探讨

GPS与InSAR数据融合具有重要的研究意义,本文分析了传统测量方法在矿山开采沉陷形变监测中的不足,讨论了GPS与InSAR数据融合的技术优势及其在InSAR相位解缠算法、水汽模型和大气层延迟误差改正模型、时间域与空间域的融合模型和算法等方面研究内容,提出了GPS与InSAR数据融合的研究特点与具体方法,并给出了比较详细的研究方案。