[发明专利]基于多部MIMO-SAR联合观测的三维形变测量方法

说明书

本发明提供一种基于多部MIMO‑SAR联合观测的三维形变测量方法，具体过程为：对至少三部MIMO‑SAR进行布站，使其对同一待监测区域进行观测；对MIMO‑SAR的雷达图像进行配准，获得共同观测区域的同名PS点集合；在每一测量周期，利用MIMO‑SAR对待观测区域进行一维形变测量，获得图像上每一PS点所对应的形变信息；从所有PS点中选择同名PS点所对应的形变信息进行三维形变测量。本发明能够实现对观测区域的三维形变信息的实时高精度获取。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达技术领域，具体地说，涉及一种基于多部MIMO-SAR联合观测的三维形变测量方法。

背景技术

滑坡灾害是地质灾害中发生频率最高和危害最大的一种，一般而言，在滑坡造成的重大事故中，露天矿边坡滑坡、山体滑坡、尾矿坝边坡滑坡和大坝滑坡的发生最为频繁，造成的损失也最大。研究滑坡的触发机理并实现快速准确的临滑预报已经成为非常迫切的任务。诱发滑坡的因素主要包括自然因素(气候变化、火山活动和地质运动等)和人为因素(采矿、地下水枯竭和植被破坏等)，但是，无论滑坡是由哪种因素诱发，在边坡宏观失稳之前，其表面都会先发生微小位移。因此，获取监测区域的表面形变信息，对于及时的预警滑坡灾害的发生，以及深入研究边坡滑坡的触发因素，具有很重要的意义。

根据形变测量的工作模式和测量特点，形变测量技术可以分为两类：一类是以单点测量为基础，再将单点测量的结果经过平差计算估计整个区域的形变，包括全站仪、GPS测量、位移计、光纤传感测量等；一类是以连续平面测量为特点，可以获取监测区域的总体形变特征和趋势，如激光扫描仪、星载SAR(合成孔径雷达，Synthetic Aperture Radar)和地基SAR等。地基SAR作为一种高精度的形变测量仪器，具有全天时全天候、大范围覆盖、非接触式测量和高精度等优点，广泛应用于滑坡监测、水坝监测、冰川监测和建筑物监测等。

地基SAR通常是基于天线沿着高精密滑轨的机械移动来形成合成孔径。为实现高精度形变测量，天线在沿滑轨进行机械移动时，需要滑轨保持高度的姿态稳定性。作为一种新型的快速和高精度形变监测仪器，近几年来，MIMO-SAR(Multiple-Input Multiple-Output SAR)在形变监测领域开始得到了广泛的关注。MIMO-SAR是采用多输入多输出技术，通过多个发射天线和接收天线的特殊排列来等效成一个大的合成孔径。MIMO-SAR可以视为一种特殊工作体制的地基SAR，其不需要采用高精密滑轨来实现合成孔径，一方面避免了天线在滑轨上运动时，由于天线在滑轨上的振动，或者滑轨的姿态不稳定，所带来的轨道相位误差，另一方面大大的降低了系统成本，有利于实现MIMO-SAR的大规模商业推广。

雷达形变测量时的一个典型缺点是其只能获取目标区域沿着雷达视线方向的一维形变信息，然而滑坡灾害的形成条件及影响因素很复杂，按照变形机制可以分为蠕滑、滑移、弯曲、塑移等类型，不同类型的滑坡会表现出不同的表面形变模式；而且一个完整的滑坡组成要素复杂，包括滑坡体、滑动面、破裂壁、滑坡阶梯、滑坡裂隙等，同一滑坡的不同区域的表面形变特征也不相同；此外，滑坡孕育演变阶段在地表上的不同部位会先后出现一些性质不同的微地貌特征，可以分为蠕滑阶段、匀速阶段、加速阶段及剧滑阶段，同一滑坡处在不同阶段的形变速率不同。

因此，由于滑坡灾害的形成条件及影响因素的复杂性，其表面的形变特征也比较复杂，仅采用一部MIMO-SAR获取其视线方向的一维形变信息，很难准确的反映出监测区域的真实形变信息。如果可以实时且准确的获取到监测区域中不同地点的三维形变信息，将有利于判断最可能会发生滑坡的地点，有利于实现空间预测，从而对危险区域进行重点监测，并且结合相应的力学机理及地质模型，有利于实现对滑坡时间的预测，从而进行及时的预报预警。

综上所述，针对MIMO-SAR仅能获取一维形变信息的问题，有必要开展高精度三维形变测量技术的研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于多部MIMO-SAR联合观测的三维形变测量方法，能够实现对观测区域的三维形变信息的实时高精度获取。