[发明专利]一种融合不同分辨率SAR数据监测地表形变的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用合成孔径雷达监测地表形变的方法，具体是一种融合不同分辨率SAR数据监测地表形变的方法。

背景技术

过度开采地下水、煤炭等资源引起的地表沉降已经成为我国主要的地质灾害之一。地表的沉降容易造成房屋开裂、道路塌陷，在海拔较低的沿海地区还容易引起洪涝。因此要全面地查明地面沉降的成因、现状以及发展趋势。

相比传统的观测技术手段，在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)基础上发展起来的合成孔径雷达差分干涉(Differential InSAR，DInSAR)技术，具有高分辨率、高精度、广覆盖的优势。尤其是在DInSAR技术上进一步发展的时序InSAR(Multi temporal InSAR，MT-InSAR)技术，如PS、SBAS等，通过对多景SAR数据的综合分析，能够有效抑制大气噪声以及时空失相干的影响，从而实现厘米甚至毫米级的地表沉降监测精度，并且能够展现地表沉降在时间序列上的演化过程。目前，DInSAR与时序InSAR技术已经广泛用于火山、地震、滑坡、城市地表沉降等形变监测中。

由于SAR数据中的相位是缠绕的，DInSAR与MT-InSAR技术需要通过相位解缠获取地表形变信息。为准确进行相位解缠，要求SAR数据的时间采样间隔τ满足Nyquist(奈奎斯特)采样定理，即：

式中，λ表示SAR数据的波长，Δv表示相邻像元或相邻相干点的形变速率之差。可以看出，Δv越大，要求采样间隔τ越短，即在一定的时间段内需要更多的SAR数据。

然而，我国的地面沉降情况越来越严重，部分地区的地表年沉降速率超过150毫米。但是，许多城市并没有积累足够多的高分辨率的SAR数据，实际应用中能够使用的高分辨率SAR数据也并不总是很理想。最为常见的问题就是：研究区域内可用的高分辨率SAR数据量少，并且时间分布不均匀，干涉图相干质量比较差，难以控制相邻像元及相邻相干目标点间的形变梯度，降低了形变监测精度。而同一地区的低分辨率SAR数据无法被利用，造成了数据的浪费；在地表形变剧烈的区域，该现象尤为严重。高分辨率SAR数据量的不足，严重制约了DInSAR与时序InSAR技术的实际应用能力。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种融合不同分辨率SAR数据监测地表形变的方法，可利用不同分辨率的SAR数据对地表形变进行监测，只需较少的高分辨率SAR数据就可具有较高的地表形变的监测精度，进而降低监测成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种融合不同分辨率SAR数据监测地表形变的方法，其具体步骤为：

第一步，利用低分、长波SAR数据(即低分辨率、长波的SAR数据)，生成差分干涉相位：

获取覆盖同一地区的低分、长波SAR数据，组成干涉对；然后利用该地区的DEM(即数字高程模型)数据模拟该地区的地形相位，并从每个干涉对中去除该相位，得到差分干涉相位；

第二步，提取低通形变分量Ⅰ：

根据低分、长波SAR数据量，利用DInSAR或时序InSAR方法从步骤一得到的差分干涉相位中提取地表形变相位；将该地表形变相位视为总体形变在时间与空间上的低通部分，即低通形变分量Ⅰ；

第三步，配准低分、长波SAR数据与高分、短波SAR数据(即高分辨率、短波的SAR数据)：

利用DEM数据将低分、长波SAR数据与高分、短波SAR数据从雷达坐标系地理编码到相同的WGS-84地心坐标系下，实现不同分辨率、波长SAR数据之间的匹配；

第四步，对低通形变分量Ⅰ进行空间插值及时间插值：

采用Kringing(克里金)与双线性插值法对低通形变分量Ⅰ进行空间插值；根据空间插值得到的形变信息采用二次多项式拟合时序形变曲线，通过时间插值最终得到高分、短波SAR成像时刻的低通形变分量Ⅱ；

第五步，获取高分、短波SAR成像几何空间下的低通形变分量Ⅲ：

将低通形变分量Ⅱ由低分、长波SAR数据的视线向转换到高分、短波SAR数据的视线向，得到高分、短波SAR数据成像几何空间下的低通形变分量Ⅲ；

第六步，获取高分、短波SAR数据的残余差分干涉相位：

首先将高分、短波SAR数据按照步骤一的过程生成差分干涉相位；然后减去步骤五得出的低通形变分量Ⅲ，得出高分、短波SAR数据的高分残余差分干涉相位；

第七步，提取高分、短波SAR数据的残余形变分量：