[发明专利]一种无需地面辅助的升降轨InSAR监测沉降区绝对地表形变方法

说明书

技术领域

本发明属于基于遥感影像的大地测量领域，尤其涉及一种无需地面辅助的升降轨InSAR 监测沉降区绝对地表形变的方法。

背景技术

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是近几十年发展起来的一种空间大地测量和遥感手段，具有监测范围大、测量精度高、空间近似连续、全天时全天候等优势，已经被广泛地用于地震、火山喷发、冰川漂移、滑坡、泥石流等地质灾害引起的地表形变监测。特别是随着多时相InSAR技术(如永久散射体和短基线集技术)的日益成熟，可以对同一轨道获取的时序SAR影像展开联合分析，从而更好的抑制了InSAR干涉图中的地形残差、大气延迟和失相关噪声等，进一步提高了InSAR形变监测的精度和可靠性，使得InSAR技术在监测由于地下流体和矿产资源开采、冻土冻胀和融沉等导致的缓慢长期的地面沉降时也展现出了极大的潜力，详见参考文献[1]和[2]。但是，由于InSAR技术采用的是相位测量方式，在形变解算过程中需要已知或假设其中一个监测点的形变量才能够解算其他监测点上的形变结果，因此 InSAR技术得到的地表形变场是相对的，和绝对形变场之间存在一个常数差。

如何将InSAR技术监测得到的地表相对形变转化为绝对形变，目前国际上的主流方法有以下两种：(1)地面控制点法，即在监测区域布设一个或多个地面观测站，利用水准、GPS 等手段获取这些地面离散点上的形变值，然后利用这些点上的实测形变值和InSAR形变测量值之差将InSAR的相对形变转化为绝对形变。但是对于没有布设地面控制点的地区，该方法无法适用。此外，InSAR所监测的地面点和实地测量的地面点也往往难以统一，影响了形变转化的精度。(2)远场形变假设法，即在远离地表形变区域的区域寻找稳定的地面点，并假设稳定点上的地表形变为零，从而得到InSAR形变场中其他地面点相对于该稳定点的地表形变结果。很明显，对于形变影响区域较大而导致无法找到稳定点的情况，该方法无法得到地表的绝对形变结果，详见参考文献[3]。

通过上述分析可以看出，对于没有地面控制点的地区，而地表形变的影响范围又超过了整个SAR影像的覆盖范围，那么现有的方法都无法得到地表的绝对形变结果。而在实际中，上述情况是非常常见的，例如在面对地下流体和矿产资源开采导致的大范围地面沉降时，以及冻土由于冻胀和融沉产生季节性垂直形变时，往往会出现难以找到可用的地面控制点或稳定点的情况，导致所监测到的形变结果不能真实反映地面沉降。特别是随着近年来高分SAR 数据的普及，InSAR形变场的分辨率越来越高，但覆盖范围却越来越小，使得InSAR技术的这个局限性愈加凸显。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有InSAR技术难以监测沉降区绝对地表形变的局限性，提供一种无需地面辅助的升降轨InSAR监测沉降区绝对地表形变的方法。

一种无需地面辅助的升降轨InSAR监测沉降区绝对地表形变的方法，首先利用升轨和降轨InSAR数据获取沉降区地表在两个不同斜距向上的相对地表形变测量值；然后融合升轨和降轨InSAR相对形变场估计地表在垂直向和东西向上的相对形变；接着，利用东西向相对形变量级小于设定阈值的地面点计算升轨和降轨InSAR相对形变测量值的绝对偏移量；最后利用经绝对偏移量修正后的升轨和降轨InSAR形变值估计地表在垂直向和东西向上的绝对形变。

沉降区地表在两个不同斜距向上的相对地表形变测量值是通过收集所监测沉降区的升轨和降轨SAR数据，利用差分InSAR或多时相InSAR技术获取该区域地表在两个不同雷达视线方向上的相对形变测量值，将它们编码至统一的地理坐标系和格网下，并将它们的时间尺度和地面参考点统一；

所述沉降区即地壳运动以垂直向形变为主要特征的区域；

所述雷达视线方向即为斜距向；

所述升轨和降轨InSAR相对形变测量值的绝对偏移量按照以下公式计算：

其中，y_i表示第i个挑选出来的地面观测点，i的取值为1-N，且地表观测点y_i的东西向相对形变不大于设定的形变阈值即ε为事先设定的形变阈值；

代表第i个挑选出来的地面观测点在垂直向上的绝对形变；

K_as和K_des分别代表升轨和降轨InSAR斜距向相对形变与绝对形变测量值之间的常数差，即升轨和降轨InSAR绝对偏移量；

和分别代表地面观测点y_i上升轨和降轨InSAR斜距向相对形变测量值；