[发明专利]基于温度基线的合成孔径雷达干涉对优化选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于温度基线的合成孔径雷达干涉对优化选取方法。

背景技术

地表形变是在自然因素(如地壳构造运动、土层自然压缩、冰川漂移和冰流、地震和火山活动等)和人类活动及其衍生物(前者如地下资源开采、大型工程施工等，后者如高层建筑物、大型水坝等的静荷载及大型交通工具的动荷载)的作用下，地壳或者地壳表层土体发生位移，进而导致区域地表发生形变的一种环境地质现象。地表形变是一种发生和影响范围较广的地质灾害现象，当其发生于城镇及其近郊区域时，往往会对社会经济的可持续发展及人类生活造成持续性的不利影响。因此，需采取有效措施对地表形变进行监测，并依此制定地表形变的防控措施。然而，由于地表形变发生和影响范围十分广泛，因此在对其进行监测时需采取具有广域覆盖能力的技术手段。

时序差分合成孔径雷达干涉(Time Series Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,TS-DInSAR)方法使用覆盖同一地区的多幅SAR影像进行时序差分干涉处理，并进行形变建模和解算，分离大气和轨道误差，最终获取相应的地表形变速率和形变时间序列。在TS-DInSAR方法中，两种典型的思路是永久散射体(Persistent Scatterer,PS)时序差分雷达干涉(PS-DInSAR或PSI)方法和短基线子集(Small Baseline Subset,SBAS)时序差分雷达干涉(SBAS-DInSAR)方法。自这两种方法被提出以来，关于TS-DInSAR的研究和应用逐渐成为雷达干涉领域的热点，并出现了多种扩展的TS-DInSAR方法。

对于TS-DInSAR而言，一个重要的影响因素是差分干涉图的相干性。TS-DInSAR数据处理过程中一个非常重要的步骤是选取具有高相干性的干涉对(即形成差分干涉图的SAR影像对，由主、从两幅SAR影像构成)，并排除相干性较低的干涉对。这一处理的主要目的有两点：(1)提高差分干涉图集的整体相干性，也即提高形变建模和解算所需观测值(差分干涉相位序列)的信噪比，避免失相干对解算结果的影响，提高形变解算精度；(2)排除受失相干影响较为显著的干涉对，提高可用于地表形变建模和解算的相干目标(Coherent Target,CT)数量，有利于保证形变解算结果的精度和可靠性，并对监测区域形成更为全面的覆盖。

根据现有研究，影响差分干涉图相干性的因素主要有时间变化引起的时间失相干和SAR重复观测同一地区时所处的空间位置差异。时间变化是指形成干涉对的两幅SAR影像的获取时间差，被称为时间基线。一般地，时间基线越长则时间失相干越严重，这是因为时间间隔越长地物的变化越大，对SAR信号影像越严重。SAR空间位置差异是指第一次观测和第二次观测SAR成像时所处位置之间的空间距离，被称为空间基线。对于空间基线，影响干涉对相干性的是其垂直于SAR观测方向的分量，即垂直基线，垂直基线越长则空间失相干越严重。这是由于垂直基线越长，SAR电磁波与观测目标交互作用差异越大。

为削弱失相干的影响，目前常采用的方法为：(1)限制时间基线和垂直基线的大小，降低时间失相干和空间失相干的影响；(2)先对所有SAR影像进行全组合干涉处理，计算所有干涉对的相干性并生成相干图，目视解译判断每个干涉对的相干性，或者通过对相干图进行统计分析筛选相干性较高的干涉对。

在限制或降低失相干对TS-DInSAR的影响方面，其中一种常用的方法是限制时间基线和垂直基线的大小，即从所有干涉对中选取时间基线和垂直基线较短的干涉对参与后续的地表形变建模和解算。时间基线较短时，形成干涉对的两幅SAR影像获取的时间间隔较小，地面观测目标变化较小，则两次观测所获取的雷达回波相位信号变化不大，具有较高的相干性。垂直基线较小时，形成干涉对的两幅SAR影像在成像时SAR传感器的姿态较为一致，电磁波与观测目标的交互作用相同，则回波相位信号差别不大，具有较高的相干性。