ENVISAT ScanSAR干涉数据处理研究

ScanSAR干涉测量是一种三维测高模式,而且ScanSAR模式也是SAR卫星的一种工作模式,且具有宽覆盖、大范围和重返周期短的优点。本文结合ScanSAR的工作原理及特点,分析了ScanSAR的成像算法,针对ScanSAR的数据处理的关键点,提出了采用分字条带处理的方法来剔除轨道误差,消弱拼接、大地水准面差距、大气效应的误差。在此基础上,使用GAMMA软件给出处理流程,然后通过对ENVISAT卫星的青藏高原宽幅数据的处理,进行实验对比,证明该方法的有效性,并为ScanSAR干涉测量的进一步研究提供了重要的科学参考。     

宽幅InSAR大地测量学与大尺度形变监测方法

随着人们对大尺度地形信息与地表环境变化监测需求的提升,以及哨兵1号（Sentinel-1A）、大地2号（ALOS-2）等合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）卫星的宽幅模式数据不断获取,宽幅雷达干涉测量（SAR interferometry,InSAR）技术已成为大尺度地形测绘、地球动力学（地震、火山、滑坡等）与人工地物结构健康监测等领域的研究热点。分析了两类宽幅SAR数据,即扫描（ScanningSAR,ScanSAR）模式与逐行扫描地形观测（terrain observation by progressive scans SAR,TOPSAR）模式开展干涉测量的主要限制条件与解决方法,探讨了宽幅InSAR形变监测关键误差估计与改正方法、时间序列分析技术与方位向位移观测技术,并给出2008年矩震级Mw 7.1新疆于田地震同震、震后形变监测应用。随着宽幅SAR数据的不断积累,宽幅InSAR大地测量学有望得到深入发展与应用。     

我国海域大地水准面与大陆大地水准面的拼接研究

由重力和GPS水准数据确定的陆地大地水准面和主要由卫星测高数据确定的海洋大地水准面 ,两者之间一般都存在以系统误差为主的拼接差 ,分析了产生这一现象的主要原因。顾及这一现象 ,并结合我国在陆海大地水准面拼接区重力资料稀疏的实际 ,提出了扩展拼接技术。以国家GPS水准网确定的 (似 )大地水准面作控制 ,对陆海重力大地水准面作拟合校正 ,得到我国校正的陆海统一的重力大地水准面     

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。     

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。     

国际高程参考系统在珠峰地区的实现

2020珠峰高程测量,首次确定并发布了基于国际高程参考系统(IHRS)的珠峰正高。在珠峰地区实现国际高程参考系统,采用的方案是建立珠峰区域高精度重力大地水准面。利用地球重力场谱组合理论和基于数据驱动的谱权确定方法,测试优选参考重力场模型及其截断阶数和球冠积分半径等关键参数,联合航空和地面重力等数据建立了珠峰区域重力似大地水准面模型,61点高精度GNSS水准高程异常检核表明,模型精度达3.8 cm,加入航空重力数据后模型精度提升幅度达51.3%。提出顾及高差改正的峰顶高程异常内插方法,采用顾及地形质量影响的高程异常——大地水准面差距转换改正严密公式,使用峰顶实测地面重力数据,基于国际高程参考系统定义的重力位值W₀和GRS80参考椭球,最终确定了国际高程参考系统中的高精度珠峰峰顶大地水准面差距。     

基地SAR大气校正方法分析与比较

分析稳定的高相干点的干涉相位,能够评估大气影响并进行一定的补偿。本文基于IBIS系统并利用不同的比例改正模型进行校正,通过实测项目验证了该方法的有效性,说明了不同模型的优势和不足,为不同情况下的大气改正提供参考。     

顾及测站点上重力场信息的大地水准面高的拟合方法

利用测站点上的重力测量信息,根据Bruns公式研究了大地水准面高的变化特性,得出垂线偏差是大地水准面相对水准椭球面倾斜的线性改正,重力异常是大地水准面相对水准椭球面弯曲的线性改正,以及地形起伏效应构成大地水准面高的二阶变化等结论.在此基础上,提出了顾及测站点上重力场信息的大地水准面高的拟合方法,并分析了该方法相对于二次曲面函数拟合的优越性.     

中国陆海大地水准面拼接问题的理论探讨

探讨了建立新一代中国似大地水准面模型中的陆海大地水准面的拼接,分析了拼接差产生的原因,阐述了无缝拼接需要遵循的原则,提出了基于拟合拼接法的拼接方案.     

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.     

ScanSAR干涉测量中的关键误差影响

ScanSAR模式具有宽观测带和重访时间短的优点,广泛应用于地表形变监测,在监测缓慢形变领域具有宽广的前景。ScanSAR干涉测量与条带干涉一样,降低基线误差和DEM残差影响是其主要瓶颈。本文分析了ScanSAR的成像原理及误差成因,针对Bam地震的ScanSAR干涉图,比较了SRTM3和GDEM在ScanSAR差分干涉中的影响大小,对采用3种不同精度的ENVISAT轨道数据得到的ScanSAR干涉结果进行了比较研究,研究结果可为相关领域提供参考。     

星载宽幅SAR干涉测量研究

星载宽幅SAR也称为ScanSAR,其干涉测量是一种宽测绘带的三维测高和变形监测模式。本文介绍了ScanSAR模式(Wide Swath Mode,WSM模式)干涉测量及其与IM模式(Image Mode)联合干涉测量的方法,提出ScanSAR干涉数据处理的具体实现方案,并通过实例验证了ScanSAR干涉测量不仅能得到与IM模式同样的监测结果,而且其覆盖面较广,易发现大范围的变形,尤其是大区域的缓慢形变。     

2008年汶川地震前的形变异常及机理解释

2008年5月12日发生了汶川8.0级大地震,震前的定点形变观测值曲线异常很少。震后通过对定点形变观测台站的震前数据进行了深入分析和处理,发现在汶川8.0级地震前存在形变异常,且距震中较近的台站,出现的异常信息的频率较高;距震中稍远的台站,出现的异常信息的频率较低。对这些现象进行了初步的解释。     

Interferometry with ENVISAT wide swath ScanSAR data

The possibility to get efficient topographic mapping and monitoring of large-scale motions with ScanSAR interferometry has been demonstrated with the Shuttle Radar Topography Mission and RADARSAT mission. The Environmental Satellite Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) sensor has been designed to provide enhanced capabilities for interferometric applications. Different types of interferometric products can be obtained by combining the various ASAR modes as stripmap synthetic aperture radar [image mode (IM)] and ScanSAR [wide swath (WS) mode]. This letter deals with the possibility to use WS data to get either mixed-mode (IM/WS) or ScanSAR mode (WS/WS) differential interferograms. The impact of digital elevation model localization errors on IM/WS interferograms and of scan pattern synchronization on WS/WS interferograms is investigated. Experimental results are encouraging and show that ASAR ScanSAR data can be routinely used for interferometric applications in both cases.     

汶川地震孕育过程中变形场变化特征研究

揭示与地震孕育过程相关的变形场特征是判别地震孕育阶段及地震危险性的一个重要途径。收集汶川Ms 8.0地震震中区汶川台自2002年10月至汶川地震前的地倾斜观测数据,利用小波分析方法和分段拟合方法,提取了震前地倾斜变化的阶段性特征;利用2001年以来全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）站坐标日解数据,计算了震中附近的泸州GNSS站与周围GNSS站间基线,通过基线变化与区域地震的Benioff蠕变结果的对比,发现了二者的协同性特征。分析结果表明,2004年底汶川台地倾斜速率出现显著下降,西向倾斜速率由230 ms/a减少到130 ms/a;2007年初至发震前减少到60 ms/a;2007年底至发震前未出现指数型加速变化。广州-泸州GNSS基线在2005年初开始的加速缩短异常与Benioff蠕变亏损异常具有较高的相关性,相关系数为0.89;该基线加速缩短持续时间约2.5 a,对应地震的震级估计为7.9级,与汶川地震震级相当,反映了其与汶川地震的应变积累具有一定的相关性。2004年苏门答腊Ms 8.9地震的发生对川滇地区应力应变场影响较为显著,对汶川地震的孕育发生起到了加速作用。研究结果对于认识地壳形变观测的意义及创新地震预测思路具有参考价值。     

川滇区域活动块体运动与应变特征地震影响分析

本文利用川滇1999—2007、2009—2015年GNSS实测速度场,通过引入平移-旋转-应变模型,构建该区域地震前后的活动块体运动和应变模型,有效对块体运动和块体的应变特征进行了分离,并据此分析了该区域地震前后块体运动和应变特征。结果表明,巴颜喀拉和羌塘块体东向运动有明显增大趋势;汶川地震后川滇块体与羌塘块体边界带相对挤压运动明显增大,巴颜喀拉-华南块体边界带南段形成了较大的挤压应变,川滇块体与华南块体相对运动没有明显变化。     

利用ALOS数据获取汶川MS8.0地震的震前形变

利用合成孔径雷达干涉测量的短基线技术对汶川震前的地表形变进行面状监测。获取的是日本卫星L波段的ALOS PALSAR传感器拍摄的卫星数据。在Gamma软件处理下,将2007年6月至2008年5月的时隔320 d的6景数据,利用stacking技术得到汶川震中地区在震前一年内的变形速率。变形特征表明,沿着汶茂断裂带呈“凸”字形分布特征,断裂带处最大隆升值达24 cm,断层两侧出现下降的趋势,在绵虒镇附近达到最大沉降值22 cm。与前人用D-InSAR所做出的研究结果相比,二者具有很好的一致性。     

基于地靶的卫星激光观测数据分析

地靶测量是卫星激光测距中的重要组成部分。本文首先简要介绍了卫星激光测距及其地靶测量的基本原理,其次对北京房山人卫激光站2006-2007年地靶观测数据进行处理和分析。研究结果表明,近两年来房山人卫激光站通过硬件和软件的改善,其观测系统的性能有所提高。