[发明专利]矿区地表开采沉陷合成孔径雷达干涉测量的监测及解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿区地表开采沉陷的监测及解算方法，尤其涉及一种矿区地表开采沉陷合成孔径雷达干涉测量的监测及解算方法。

技术背景

合成孔径雷达干涉测量技术作为独具光学遥感所不能比拟的全天候、可视范围大、轨道稳定、高精度的大地测量技术，应用领域不断扩大，一直是国内外的热门研究学科。随着天基雷达系统不断的更新，SAR数据的极大丰富，该技术获得了前所未有的发展和应用。合成孔径雷达干涉测量技术英文表示为：InSAR，Interferometric Synthetic Aperture Radar。

DInSAR（Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar）中的“二轨差分”方法是以同一地区的两幅SAR图像为基本处理数据，通过求取两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，借助外部DEM（Digital Elevation Model）去除地形相位，获取地表形变信息的一种空间对地观测新技术。DInSAR在火山监测、地面沉降、地震形变场获取、滑坡监测等领域具有极大的应用潜能。

在重复轨道情况下，如果两幅影像获取时间间隔内发生了地表形变移动，那么两幅影像所形成的干涉条纹中主要包含以下相位信息（图1）：

式中，为地形相位；是卫星视线方向的地表形变相位；是由大气延迟等产生的相位；是由参考平面引起的相位；是由噪声引起的相位。

平地相位计算公式：

φfat=-4πλB1=-4πλBsin(θ0-a)]]>

式中，λ为雷达波长，B为空间基线，θ₀为雷达入射角，α为空间基线与水平方向的夹角；

地形相位计算公式：

式中，为垂直基线；为地面点高程造成的雷达视线的视角差；

大气延迟相位：通过残余相位同外部DEM进行线性回归解算得到；

噪声相位：通过Goldstein频率域滤波进行消除。

形变相位：在去除上述相位分量之后，得到最终的形变相位，公式如下：

InSAR技术可得到的最大形变相位梯度D_L应为：

DL=λ2μ]]>

式中，μ为像元边长，λ为波长。

对于ERS、Envisat卫星的C波段SAR影像，波长为56毫米，分辨率为20米，D_L为0.0028；ALOS卫星的L波段SAR影像，波长230毫米，分辨率10米，D_L为0.023；TerraSAR-X卫星的X波段SAR影像，波长32毫米，分辨率达2米，D_L为0.016。

InSAR技术存在自身的局限性，容易受到时间、空间失相干的影响，其应用条件相当苛刻。尤其我国多数矿区地表植被覆盖多，地形起伏大，因资源开采导致的下沉具有非常大的形变梯度，难以采用现有的InSAR技术正确解算，极大地限制了InSAR技术在矿区地表沉降监测的应用。而我国矿产资源丰富，开采方式较为粗放，盗采盗挖时有发生，导致矿区地表沉降等灾害严重，无法完全采用常规的大地测量手段逐一监测。

发明内容