法律状态公告日
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法律状态
2023-03-21
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G01S13/90 专利号:ZL2017102395292 申请日:20170413 授权公告日:20191011
专利权的终止
2019-10-11
授权
授权
2017-10-27
实质审查的生效 IPC(主分类):G01S13/90 申请日:20170413
实质审查的生效
2017-09-26
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种InSAR解缠误差的探测方法,具体是基于重访周期较短的多 个复数影像,使用小基线技术组成的解缠对,适用于任何波段、平台、频率获取 的大量干涉对解缠误差探测的情况。
背景技术
为了更准确和高效的获取地球表面的变化信息及地球内部的变化规律,已有 一些较为成熟的大地测量观测手段,如:水准、经纬仪、全球观测系统等广泛应 用于地球环境监测。然而这些技术虽灵活便利、具有较高的时间分辨率,但是对 于大区域长时间的形变监测仍存在许多不足:1)网点布设需要较大的劳动强度 及昂贵的成本花费;2)点状观测特征难以满足重点区域高分辨率的需求;3)在 危险性较高、人无法到的区域、现代高楼林立的城市特征,这些技术无法获取数 据或者受误差影响较大,无法满足形变观测要求。
合成孔径雷达干涉测量(InASR)自上世纪九十年代成功应用于地震形变监 测以来,因其高分辨率、全天候获取、无需地面辅助的优点得到广泛发展,而且 已经成功应用在火山喷发、冰川漂移、滑坡、泥石流、地震、矿山沉陷等地质灾 害的地表形变监测[1-3]。InSAR采用的主动式微波成像,相位值为地表与传感器之>
如何正确探测干涉图中的解缠误差并最大化的保留干涉图的相位信息,目前 国际上主要的方法主要有以下几种:1)将解缠误差和形变量及DEM误差参数同 时解算,将含有解缠误差的相干点作为粗差滤除。永久散射体技术中,选择裸露 岩石等长时间内保持相干性的相干点,组成三角网,弧段间因距离较短,大气误 差可忽略,相差值如果大于设定的阈值,则认为含有解缠,并将含有解缠误差的 弧段作为粗差去除,同时解算弧段间的形变及DEM误差,通过网平差来最终获取 全局相干点的形变量和DEM误差,具体详见参考文献[4]。2)将干涉图预处理,>[5]。将解缠误差和形变参数即DEM误差一起解算中,没有考虑大气误差的影响,容易造成解缠误差的不准确判断;仅用单个闭合环检查干涉图的预处理方法中,>
通过以上分析可总结,在预处理阶段有效定位解缠误差所在像素并最大化保 留干涉图的干净的相位信息显得尤为重要,现有的方法并不能满足此要求。实际 上,干涉图中会同时存在形变量、轨道误差、DEM误差、大气噪声、解缠误差、 随机噪声,如何有效的分离出解缠误差并没有得到有效的解决。
[1]Massonnet,D.,et al.(1993)."The displacement field of the Landersearthquake mapped by radar interferometry."Nature International WeeklyJournal of Science 364(6433): 138‐142.
[2]Lu,Z.,et al.(1997)."Deformation of New Trident Volcano measured byERS‐1SAR interferometry,Katmai National Park,Alaska."Geophysical ResearchLetters 24(6): 695‐698.
[3]Massonnet,D.and K.L.Feigl(1998)."Radar interferometry and itsapplication to changes in the Earth's surface."Reviews of Geophysics 36(4):441–500.
[4]Ferretti,A.,et al.(2011)."A New Algorithm for ProcessingInterferometric Data‐Stacks: SqueeSAR."IEEE Transactions on Geoscience andRemote Sensing 49(9):3460‐3470.
[5]Berardino,P.,et al.(2002)."A new algorithm for surface deformationmonitoring based on small baseline differential SAR interferograms."IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing 40(11):2375‐2383.
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明的目的在于,克服出现有的InSAR 解缠误差的探测技术局限性,基于多个干涉对闭合环残差的探测,提供一种不受 其他误差的影响,探测出InSAR干涉对中解缠误差的方法。
为了实现上述任务,本发明采用以下技术方案:
一种基于干涉图闭合环的InSAR解缠误差的探测方法,包括以下步骤:
步骤一,获取研究区域的多景单视复数影像,进行多视、滤波、干涉去平、 去除地形相位、解缠操作,获取解缠的InSAR差分干涉图;
步骤二,选择要探测解缠误差的目标干涉对,探测能与目标干涉对组成闭合 环的其他两个干涉对,得到多组干涉图闭合环,解算每组中三个干涉对的残差;
步骤三,对每组干涉对闭合环残差进行多项式拟合,并用最小二乘法求解多 项式参数,分别求解闭合环残差与多项式拟合结果的差值;
步骤四,取各组闭合差结果中绝对值小于0.5弧段的像素,其他像素掩模掉, 将保留的各个差值干涉对取并集;
步骤五,将并集结果与目标干涉对像素取交集,目标干涉对掩模掉的像素便 是解缠误差存在的像素。
进一步地,步骤二中,解算每组中三个干涉对的残差的公式为:
上式中,
进一步地,步骤三的具体过程包括:
检查闭合环残差结果,对其闭合环残差通过多项式估计去除轨道误差;如
如果
pi=b0+b1x+b2y+b3xy
上式中,b0,b1,b2和b3为多项式的系数,x,y为多项式的参数;通过最小>
上式中,
进一步地,所述的步骤四的过程包括:
针对于步骤三得到的改正后的闭合环残差
将保留的各个差值干涉对取并集:
上式中,
本发明与现有技术相比具有以下技术特点:
本发明方法较现有方法相比,更容易实现,充分去除了InASR观测量中的大 气误差、残余轨道误差和形变信息,更有利于研究解缠误差位置,有效的分离出 解缠误差,并避免对其他参数的求解带来误差传播,适合用于有大量干涉对的情 况,进一步推动了InSAR大地测量技术的应用进程。
附图说明
图1为本发明方法的流程图;
图2为实施例中三个干涉对:20150413_20150718、20150413_20150730、20150718_20150730组成的闭合环及多项式拟合结果,其中:a为三个干涉对的 原始闭合环残差,b为a结果的直方图统计图,c为经轨道改正后的结果,d为 c结果的直方图估计,e为估计的轨道误差,f为设置阈值去除粗大残差后的结 果,单位为弧段/2pi;
图3为改正前后的20150413_20150718干涉图对比,其中a为未去除解缠误 差的差分干涉图,b为经处理后的干涉图,c、d分别为a和b红色框选的放大部 分,单位为弧度。
具体实施方式
本发明的理论基础阐述如下:
地球表面的各种地质灾害均以地表形变的形式体现出来,而利用InSAR观测 技术探测地表形变时,解缠误差是一项不可忽略的因素。
不存在解缠误差的干涉对组合中,系列公式恒等:
上式中,
在干涉对组成闭合环残差
上式中:
干涉图中的形变和大气影响仅与获取时间有关并与时间呈线性关系,闭合环 残差后恒等于零,残差结果仅含有后四项:
上式中,
将含有轨道误差的闭合环残差通过多项式估计去除轨道误差;采用的多项式pi=b0+b1x+b2y+b3xy,通过最小二乘求解多项式系数,并改正闭合环残差
假设闭合环
如果
但,存在解缠误差的情况下,三个干涉图的相位值全部被掩模掉,即,如果
通过求解多个闭合环中,例如干涉图
对于干涉图ij,如果有k个闭合环,则取闭合环之间的并集,保存的像素中 均不含有解缠误差。
上式中,
本发明的具体步骤如下:
一种基于干涉图闭合环的InSAR解缠误差的探测方法,包括以下步骤:
步骤一,获取研究区域的多景单视复数(SLC)影像,进行多视、滤波、干 涉去平、去除地形相位、解缠操作,获取解缠的InSAR差分干涉图;
本方案中,研究数据获取自欧空局网站,查询研究区域对应数据并下载单数 复数影像,进行方位向6距离向30的多视操作,减少斑点噪声,然后进行滤波、 干涉去平处理,下载对应区域的DEM,并地理编码到SAR坐标系下,减去高程 相位,再利用最小费用流方法解缠,获取解缠后的差分干涉图。上述步骤的原理 是通过两个单视复数相位交叉相乘,减去模拟的高程相位,获取常规的差分干涉 图。
步骤二,选择要探测解缠误差的目标干涉对,探测能与目标干涉对组成闭合 环的其他两个干涉对,得到多组干涉图闭合环,解算每组中三个干涉对的残差; 具体过程为:
选择要检验的差分干涉图,并搜索与此干涉图组成的闭合环的个数;
解算多个闭合环残差,其公式表示为:
上式中,
步骤三,对每组干涉对闭合环残差进行多项式拟合,并用最小二乘法求解多 项式参数,分别求解闭合环残差与多项式拟合结果的差值;具体过程包括:
检查闭合环残差结果,对其闭合环残差通过多项式估计去除轨道误差;如
如果
pi=b0+b1x+b2y+b3xy
上式中,b0,b1,b2和b3为多项式的系数,x,y为多项式的参数;通过最小>
上式中,
检查残差值
步骤四,取各组闭合差结果中绝对值小于0.5弧段的像素,其他像素掩模掉, 将保留的各个差值干涉对取并集;具体过程包括:
针对于步骤三得到的改正后的闭合环残差
将保留的各个差值干涉对取并集:
上式中,
步骤五,将并集结果与目标干涉对像素取交集,目标干涉对掩模掉的像素便 是解缠误差存在的像素,具体过程包括:
其中,
实施例:
步骤一,获取研究区域的多景单视复数影像,进行多视、滤波、干涉、去平、 去除地形相位、解缠操作,获取解缠的InSAR差分干涉图;通过实测墨西哥城区 的Sentinel‐1A数据(欧空局获取),34景SLC影像组成560个干涉图。基于GAMMA 平台,干涉对距离上31和方位向6的多视处理获得分辨率150x150的像素,经 自适应滤波、由外部DEM模拟地形相位、去除地形相位的贡献量、最小费用流 解缠,获得干涉对。
步骤二,选择要探测解缠误差的目标干涉对,探测能与目标干涉对组成闭合 环的其他两个干涉对,得到多组干涉图闭合环,解算每组中三个干涉对的残差; 选择20150413_20150718干涉对(表1所示)作为检验的目标干涉对,目标干 涉与其他干涉对组成闭合环的其他基线情况如表1所示,共组成31个闭合环。 此处仅随机选择一个闭合环的结果呈现,在表1第5行加重字体: 20150413_20150718、20150413_20150730、20150718_20150730三个干涉对。为 了更方便的可视化解缠误差,图2将残余的相位除以2π,不在以相位弧度为单 位,闭合环原始结果如a所示,b中统计了闭合环结果的直方图,从直方图中可 看到原始干涉图中存在明显的解缠误差,及多项式拟合结果。从而由最小二乘模 拟出多项式系数,如图e所示,将原始闭合差结果中去除模拟的多项式结果如c 所示,图d为c结果的直方图估计;去除一些粗大的残差,结果如f所示。
表1.与20150413_20150718组成闭合环的情况
步骤三,对每组干涉对闭合环残差进行多项式拟合,并用最小二乘法求解多 项式参数,分别求解闭合环残差与多项式拟合结果的差值;
步骤四,取各组闭合差结果中绝对值小于0.5弧段的像素,其他像素掩模掉, 将保留的各个差值干涉对取并集;
步骤五,将并集结果与目标干涉对像素取交集,目标干涉对掩模掉的像素便 是解缠误差存在的像素。取另外31个闭合环非被解缠误差污染像素的并集,再 与所求干涉对解算交集,结果如图3所示,对a和b可发现并没有很多的信息被 掩模掉,干涉图左部分因失相干较为严重,表现了较大误差,但此部分不是我们 的研究范围。将试验区域重点方法对比图c和d可发现,解缠误差被掩模掉,并 保留了不含解缠误差的部分,通过对比探测出的解缠误差的位置与相邻像素的对 比,基本上均存在2π的整数倍跳变,进一步验证了此方法的正确性。
机译: 基于SAR偏移跟踪位移模型的合成孔径雷达相位解缠方法和装置
机译: 基于粘胶纤维的人造羊毛的制备和解缠工艺
机译: 具有基于ram的共享数字锁相环的解同步器和包含该解同步器的sonet高密度解映射器