基于多源InSAR數(shù)據(jù)的三維地表形變解算方法研究

王志偉

1. 山東建筑大學(xué)測繪地理信息學(xué)院，山東 濟南 250101; 2. 山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590

隨著不同成像參數(shù)SAR衛(wèi)星不斷發(fā)射升空以及新的InSAR技術(shù)不斷出現(xiàn)，同一地區(qū)可以獲取多尺度、多源、異質(zhì)的InSAR地表形變監(jiān)測數(shù)據(jù)。將這些多源InSAR地表形變監(jiān)測數(shù)據(jù)作為觀測量，實際三維地表形變作為未知參數(shù)，建立模型并解算，實現(xiàn)東西、南北和垂直向地表形變監(jiān)測，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報及監(jiān)測提供更全面的基礎(chǔ)資料。本文以InSAR三維地表形變解算為核心研究內(nèi)容，針對大梯度、軌道和地形、粗差等因素對解算精度的影響，利用現(xiàn)代測量數(shù)據(jù)處理理論和方法，消除或抑制上述因素導(dǎo)致的各類噪聲，實現(xiàn)多源InSAR數(shù)據(jù)的三維地表形變高精度解算。主要包括以下幾個方面的研究內(nèi)容：

(1) 系統(tǒng)研究了SAR成像及InSAR干涉相位技術(shù)原理，特別對視線向及方位向地表形變監(jiān)測技術(shù)進行了深入細(xì)致的分析與研究，結(jié)合技術(shù)原理給出主要的數(shù)據(jù)處理流程。在此基礎(chǔ)上，獲取了巴姆地震方位向地表形變信息。相對于常規(guī)InSAR技術(shù)獲取的一維視線向地表形變而言，方位向地表形變可以提供更豐富的地表形變信息。

(2) 針對大梯度、失相干等對干涉相位技術(shù)的影響，提出一種多種InSAR技術(shù)聯(lián)合的大梯度三維地表形變解算方法，該方法基于升、降軌SAR影像，通過聯(lián)合D-InSAR和Offset-tracking獲取視線向地表形變，聯(lián)合MAI和Offset-tracking獲取方位向地表形變，在此基礎(chǔ)上，針對兩個方向地表形變監(jiān)測精度不同，采用Helmert方差分量估計的方式確定權(quán)重，建立三維地表形變模型并解算。本文通過分析可監(jiān)測形變梯度、MAI干涉圖標(biāo)準(zhǔn)差與相干性系數(shù)的關(guān)系，描述了以相干閾值為基準(zhǔn)的大梯度形變區(qū)域識別流程。以山東濟寧某煤礦為研究區(qū)，利用上述方法對該區(qū)域進行三維地表形變監(jiān)測，獲取包含大梯度、失相干區(qū)域在內(nèi)的三維地表形變場。研究結(jié)果表明，該方法可以突破InSAR技術(shù)受失相干、可監(jiān)測形變梯度小等因素限制的問題，實現(xiàn)大梯度、失相干三維地表形變監(jiān)測。

(3) 針對軌道、地形和噪聲等誤差對多視線向D-InSAR三維地表形變解算的影響，提出了一種基于GPS約束定權(quán)的多視線向D-InSAR三維地表形變解算方法。該方法以同期高精度GPS形變觀測量對多視線向D-InSAR觀測量進行精度評價，顧及軌道、地形和噪聲等誤差對多視線向D-InSAR觀測量影響的特點，建立與像元位置和高程相關(guān)的聯(lián)合擬合模型，完成逐像元精度評價，實現(xiàn)對多視線向D-InSAR觀測量定權(quán)。本文以分別模擬和真實數(shù)據(jù)試驗對該定權(quán)方法的可行性和精度進行驗證。結(jié)果表明，所提出的解算方法提高了解算精度，解決了多源InSAR數(shù)據(jù)聯(lián)合解算權(quán)矩陣確定中存在的定權(quán)難、適用性差、精度低等問題。

(4) 針對粗差對多源InSAR數(shù)據(jù)三維地表形變解算的影響，基于Helmert方差分量估計，發(fā)展了多源InSAR數(shù)據(jù)三維地表形變抗差解算方法。該方法利用最小二乘方法進行三維地表形變解算，獲取預(yù)平差觀測量的殘差，建立最小二乘殘差與觀測量單位權(quán)方差的函數(shù)關(guān)系，并通過計算出的單位權(quán)方差對InSAR地表形變觀測量進行定權(quán)。根據(jù)選權(quán)迭代法等價權(quán)原理對最小二乘殘差的判斷，進而對觀測量進行保權(quán)、降權(quán)和淘汰處理，實現(xiàn)三維地表形變的抗差解算。論文采用模擬試驗數(shù)據(jù)和巴姆地震實測數(shù)據(jù)對所提方法的可行性和精度進行了驗證。結(jié)果表明，上述抗差解算方法可以有效消除粗差的影響。