基于D-InSAR技術的地表沉降監測技術研究

王 鵬

(成都理工大學 四川 成都 610059)

地表沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經濟活動影響下，由于地下松散地層固結壓縮，導致地殼表面標高降低的一種局部的下降運動(或工程地質現象)。

一、D-InSAR基本原理

基本原理是將覆蓋同一地區的兩幅SAR影像進行配準并取樣到相同空間,對同名像素進行相位差分得到干涉相位圖,從干涉相位圖中扣除參考相位和地形相位

等因素的影響,最終提取形變信息。

其中，φflat為參考橢球相位，φtopo為地形相位，φdef為形變相位，φnoise為噪聲相位。

干涉測量基本原理

D-InSAR基本原理

其中，S1，S2分別為衛星兩次經過地面點P時的位置，R1，R2是斜距，B是空間基線，α是空間基線與水平面的夾角，H是衛星到參考橢球面的距離，h是地面點P的高程。

二、D-InSAR數據處理

(一)基線估算。這一步用來評價干涉像對的質量，計算基線、軌道偏移(距離向和方位向)和其他系統參數。只有在獲得的地面反射至少有兩個天線重疊的時候才可以產生干涉，當基線垂直分量超過了臨界值的時候，沒有位相信息，相干性丟失，就無法做干涉。

(二)干涉圖生成。對數據對進行干涉工作處理，所有數據以主影像為基準進行配準、采樣，生成干涉圖。由于影像對之間可能存在偏移，需要對影像對進行配準。影像配準是計算坐標映射關系，通過找尋同名像點，將從影像進行重采樣，最終使兩幅SAR影像上的點與地面同一分辨單元相互對應。SAR數據由實部和虛部構成復數數據，通過計算相干系數，得到相干圖，經過處理后，得到干涉圖，且相位值位于(-π，π)之間。輸入兩景SLC數據會自動得出距離向和方位向的數值。輸出數據包括干涉圖、去平后的干涉圖和相應成果所對應的TIFF文件及主從影像的強度圖，干涉強度圖由共軛相乘后的結果的絕對值進行表示。

(三)濾波和相干性計算。得到干涉圖等相關成果，仍可能存在其他因素的影響，導致差分干涉結果較差。因此，還需要進行濾波處理，即差分干涉圖的進一步去噪處理。經過去噪處理后將得到相應的相干系數圖。相干性系數值分布在0-1之間，該值越大，說明對應地區相干性越高。

(四)相位解纏。相位的變化是以2π為周期的，只要相位變化超過2π，相位就會重新開始和循環。相位解纏是對去平和濾波后的相位進行處理，使之與線性變化的地形信息對應，解決2π模糊的問題。在相位解纏過程中，存在分解等級選擇，通過迭代的方法，對數據做多視和稀疏采樣。解纏過程中分解可減少一定的誤差，同時，不同分解等級的選擇將會獲得不同的處理效率。分解等級包含-1、0、1、2、3。其中數值-1和0表示進行原始的像素采樣。

(五)軌道精煉和重去平。進行軌道精煉和相位偏移的計算，消除可能的斜坡相位，對衛星軌道和相位偏移進行糾正。控制點在選取時應結合光學遙感影像，選取時應遠離形變區，盡量均勻分布在整幅圖像上。GCP選取是為了修正軌道參數。軌道精煉和重去平是結合GCP點、相位解纏結果和濾波后的干涉圖，使用多項式迭代進行計算，最終將新的參數作為依據進行干涉相位的去平地效應，得到重去平后干涉圖和解纏結果圖。

(六)相位轉形變及地理編碼。將經過絕對校準和解纏的相位，結合合成相位，轉換為形變數據，并將SAR坐標系下的相位地理編碼到制圖坐標系中。

三、存在的不足

(1)受雷達空間分辨率的影響,該技術只能監測大面積的地表形變。

(2)目前數據用于測量時大氣效應和失相關影響干涉和差分干涉測量的精度甚至導致失敗。