一種基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測方法，獲得未覆蓋整個時序過程的時域離散的InSAR干涉對；獲取時域離散InSAR干涉對中的高相干點；建立礦區(qū)動態(tài)沉降模型參數(shù)與時域離散InSAR干涉對的高相干點解纏相位的關(guān)系方程組，基于該方程組估計礦區(qū)高相干點的動態(tài)沉降模型參數(shù)；最后運(yùn)用該參數(shù)即可估計出任意時刻礦區(qū)地表的時序形變，從而實現(xiàn)了基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測。本發(fā)明實現(xiàn)了利用未覆蓋時序過程的離散InSAR干涉對監(jiān)測礦區(qū)地表的時序形變，構(gòu)思巧妙，過程簡單，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確有效，大大拓寬了InSAR技術(shù)的應(yīng)用前景、降低了礦區(qū)時序形變監(jiān)測成本和技術(shù)限制。
【專利說明】-種基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達(dá)干涉測量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，簡稱 InSAR)是一種能夠獲得地表厘米甚至毫米級形變的遙感技術(shù)。其基本原理就是通過對 兩幅或以上的合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR)衛(wèi)星影像進(jìn)行差分 干涉處理，從相位差中提取厘米甚至毫米級的雷達(dá)視線方向形變值。相對于傳統(tǒng)的大 地測量技術(shù)而言，InSAR具有全天候、連續(xù)空間覆蓋、高精度、低成本等優(yōu)勢。但是，傳 統(tǒng)的差分合成孔徑雷達(dá)干涉測量（differential interferometric SAR，D_InSAR)易受 空間失相關(guān)、時間失相關(guān)以及大氣擾動等因素影響，且無法獲得地表的InSAR時序形變 場。為了克服這些制約，一些時序InSAR形變監(jiān)測方法被提出，如永久散射體干涉測量 (permanent scatter interferometry, PS-InSAR)和小基線集技術(shù)（small baseline subset interferometry, SBAS-InSAR)。目前時序InSAR技術(shù)已被廣泛應(yīng)用與城市地表、火山、滑 坡、地下開采等形變監(jiān)測中。
[0003] 然而，由于傳統(tǒng)的時序InSAR技術(shù)（PS-InSAR或SBAS-InSAR)需要大量SAR數(shù)據(jù)， 且要求InSAR干涉對必須覆蓋整個時序過程。對于因地表形變過大、時空失相關(guān)嚴(yán)重等原 因造成的前后SAR影像無法干涉而形成的時域離散InSAR干涉對，傳統(tǒng)的時序InSAR技術(shù) 則無能為力。然而，該現(xiàn)象在礦區(qū)形變監(jiān)測中較為常見。因此，利用傳統(tǒng)的時序InSAR技術(shù) 監(jiān)測礦區(qū)地表時序形變不僅成本較高、數(shù)據(jù)要求苛刻，而且很難監(jiān)測礦區(qū)大量級的時序形 變，其大大制約了 InSAR技術(shù)在礦區(qū)的應(yīng)用范圍。因此，如何利用時域離散InSAR干涉對監(jiān) 測礦區(qū)地表高精度時序形變，對于拓寬InSAR應(yīng)用空間，降低礦區(qū)時序形變監(jiān)測成本，并以 此指導(dǎo)礦區(qū)安全生產(chǎn)、預(yù)警礦區(qū)地表地質(zhì)災(zāi)害以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)都起著重要作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān) 測方法，其克服了傳統(tǒng)時序InSAR方法監(jiān)測成本高、數(shù)據(jù)要求苛刻，且無法監(jiān)測大量級形變 場等缺陷。
[0005] -種基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測方法，包括以下幾個步 驟：
[0006] 步驟1 :獲取未覆蓋整個SAR影像時序過程的時域離散InSAR干涉對；
[0007] 將覆蓋待監(jiān)測礦區(qū)的所有SAR影像按照時間先后，利用差分合成孔徑雷達(dá)干涉測 量D-InSAR進(jìn)行兩兩差分干涉，獲得相干圖組和解纏圖組，從相干圖組中找出無法干涉的 InSAR干涉對，并剔除與之對應(yīng)的相干圖和解纏相位圖，從而獲得未覆蓋時序過程的時域尚 散的InSAR干涉對及對應(yīng)相干圖組和解纏圖組；
[0008] 所述相干圖，是評價兩幅SAR影像相似程度的依據(jù)，在干涉處理中生成；
[0009] 所述無法干涉，是指相干圖的相干性小于設(shè)定的相干性閾值；
[0010] 步驟2 :獲取時域離散InSAR干涉對中的高相干點；
[0011] 依據(jù)設(shè)定的相干性閾值從未覆蓋時序過程的時域離散的InSAR干涉對對應(yīng)的相 干圖組中提取出每個時域離散InSAR干涉對中的高相干點；
[0012] 所述高相干點是所有時域離散的相干圖在該點的相干性均設(shè)定的相干性閾值；
[0013] 步驟3 :利用低通濾波削弱高相干點處的大氣延遲和噪聲，且忽略水平移動對雷 達(dá)視線向形變的貢獻(xiàn)，高相干點（i，j)的解纏相位S φ為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測方法，其特征在于，包括 以下幾個步驟： 步驟1 :獲取未覆蓋整個SAR影像時序過程的時域離散InSAR干涉對； 將覆蓋待監(jiān)測礦區(qū)的所有SAR影像按照時間先后，利用差分合成孔徑雷達(dá)干涉測量 D-InSAR進(jìn)行兩兩差分干涉，獲得相干圖組和解纏圖組，從相干圖組中找出無法干涉的 InSAR干涉對，并剔除與之對應(yīng)的相干圖和解纏相位圖，從而獲得未覆蓋時序過程的時域尚 散的InSAR干涉對及對應(yīng)相干圖組和解纏圖組； 所述相干圖，是評價兩幅SAR影像相似程度的依據(jù)，在干涉處理中生成； 所述無法干涉，是指相干圖的相干性小于設(shè)定的相干性閾值； 步驟2 :獲取時域尚散InSAR干涉對中的1?相干點； 依據(jù)設(shè)定的相干性閾值從未覆蓋時序過程的時域離散的InSAR干涉對對應(yīng)的相干圖 組中提取出每個時域離散InSAR干涉對中的高相干點； 所述高相干點是所有時域離散的相干圖在該點的相干性均設(shè)定的相干性閾值； 步驟3 :利用低通濾波削弱高相干點處的大氣延遲和噪聲，且忽略水平移動對雷達(dá)視 線向形變的貢獻(xiàn)，高相干點（i，j)的解纏相位S φ為：
其中，Δ tB = tB_tQ和Δ tA = tA_tQ為校正后的SAR影像時間； 步驟6 :利用大于或等于numP+1個時域離散InSAR干涉對的解纏相位及對應(yīng)雷達(dá)波長 入、入射角Θ、斜距r和各干涉對的垂直基線長度Βι分別代入步驟5所述的公式中，將得到 的多個方程聯(lián)立方程組，計算出動態(tài)沉降模型的待估參數(shù)P和高相干點的高程殘差△ h，所 述時域離散InSAR干涉對的解纏相位從步驟1獲得的解纏相位圖中獲得；將動態(tài)沉降模型 的待估參數(shù)P代入步驟4選取的礦區(qū)動態(tài)沉降模型，計算出任意時刻的地表時序沉降，實現(xiàn) 基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)時序形變監(jiān)測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測方法， 其特征在于，所述步驟4選定礦區(qū)動態(tài)模型包括Knothe模型、Gompertz模型、Logistic模 型、Richards模型或Weibull模型中的任意一個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān)測方法， 其特征在于，所述步驟6中求解模型待評估參數(shù)P時，利用遺傳算法搜索動態(tài)沉降模型的待 估參數(shù)全局最優(yōu)解，從而代入步驟4選取的礦區(qū)動態(tài)沉降模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的基于時域離散InSAR干涉對的礦區(qū)地表時序形變監(jiān) 測方法，其特征在于，所述步驟2中相干性閾值為0. 2-0. 4。
【文檔編號】G01B15/06GK104062660SQ201410333580
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】朱建軍, 楊澤發(fā), 李志偉, 胡俊, 趙蓉, 杜亞男 申請人:中南大學(xué)