基于D-InSAR技术的地表沉降监测技术研究

王 鹏

(成都理工大学 四川 成都 610059)

地表沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。

一、D-InSAR基本原理

基本原理是将覆盖同一地区的两幅SAR影像进行配准并取样到相同空间,对同名像素进行相位差分得到干涉相位图,从干涉相位图中扣除参考相位和地形相位

等因素的影响,最终提取形变信息。

其中，φflat为参考椭球相位，φtopo为地形相位，φdef为形变相位，φnoise为噪声相位。

干涉测量基本原理

D-InSAR基本原理

其中，S1，S2分别为卫星两次经过地面点P时的位置，R1，R2是斜距，B是空间基线，α是空间基线与水平面的夹角，H是卫星到参考椭球面的距离，h是地面点P的高程。

二、D-InSAR数据处理

(一)基线估算。这一步用来评价干涉像对的质量，计算基线、轨道偏移(距离向和方位向)和其他系统参数。只有在获得的地面反射至少有两个天线重叠的时候才可以产生干涉，当基线垂直分量超过了临界值的时候，没有位相信息，相干性丢失，就无法做干涉。

(二)干涉图生成。对数据对进行干涉工作处理，所有数据以主影像为基准进行配准、采样，生成干涉图。由于影像对之间可能存在偏移，需要对影像对进行配准。影像配准是计算坐标映射关系，通过找寻同名像点，将从影像进行重采样，最终使两幅SAR影像上的点与地面同一分辨单元相互对应。SAR数据由实部和虚部构成复数数据，通过计算相干系数，得到相干图，经过处理后，得到干涉图，且相位值位于(-π，π)之间。输入两景SLC数据会自动得出距离向和方位向的数值。输出数据包括干涉图、去平后的干涉图和相应成果所对应的TIFF文件及主从影像的强度图，干涉强度图由共轭相乘后的结果的绝对值进行表示。

(三)滤波和相干性计算。得到干涉图等相关成果，仍可能存在其他因素的影响，导致差分干涉结果较差。因此，还需要进行滤波处理，即差分干涉图的进一步去噪处理。经过去噪处理后将得到相应的相干系数图。相干性系数值分布在0-1之间，该值越大，说明对应地区相干性越高。

(四)相位解缠。相位的变化是以2π为周期的，只要相位变化超过2π，相位就会重新开始和循环。相位解缠是对去平和滤波后的相位进行处理，使之与线性变化的地形信息对应，解决2π模糊的问题。在相位解缠过程中，存在分解等级选择，通过迭代的方法，对数据做多视和稀疏采样。解缠过程中分解可减少一定的误差，同时，不同分解等级的选择将会获得不同的处理效率。分解等级包含-1、0、1、2、3。其中数值-1和0表示进行原始的像素采样。

(五)轨道精炼和重去平。进行轨道精炼和相位偏移的计算，消除可能的斜坡相位，对卫星轨道和相位偏移进行纠正。控制点在选取时应结合光学遥感影像，选取时应远离形变区，尽量均匀分布在整幅图像上。GCP选取是为了修正轨道参数。轨道精炼和重去平是结合GCP点、相位解缠结果和滤波后的干涉图，使用多项式迭代进行计算，最终将新的参数作为依据进行干涉相位的去平地效应，得到重去平后干涉图和解缠结果图。

(六)相位转形变及地理编码。将经过绝对校准和解缠的相位，结合合成相位，转换为形变数据，并将SAR坐标系下的相位地理编码到制图坐标系中。

三、存在的不足

(1)受雷达空间分辨率的影响,该技术只能监测大面积的地表形变。

(2)目前数据用于测量时大气效应和失相关影响干涉和差分干涉测量的精度甚至导致失败。