[發(fā)明專利]基于GPS的InSAR大氣延遲改正方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210558066.3
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103885046A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劇成宇;王宇;孫建勇;張中原;王紹宏;高曉東;喬石銘
• 申請（專利權(quán)）人: 河南省電力勘測設(shè)計院
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S13/90
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 張春;李想

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于GPS、微波遙感技術(shù)融合領(lǐng)域?，具體地說是利用GPS高精度的空間水汽模型改正InSAR技術(shù)大氣延遲的方法，主要應(yīng)用在大范圍、高精度、多時相地表變形監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

InSAR和D-InSAR技術(shù)經(jīng)過20多年的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了很廣泛的研究和應(yīng)用，如地形測量、地震、滑坡、火山、大面積地表沉降、海洋測繪和災(zāi)害監(jiān)測等。但仍有如時間失相關(guān)和基線失相關(guān)、大氣效應(yīng)、相位解纏等一系列的問題，極大限制了其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

SAR衛(wèi)星信號在通過大氣層時受到大氣影響使得信號傳播路徑發(fā)生彎曲，從而在SAR干涉處理時產(chǎn)生相位扭曲。大氣層中對SAR衛(wèi)星信號傳播影響最大的是電離層和對流層，電離層距離地球表面約50-100km左右，位于對流層之上，所以在SAR成像時衛(wèi)星信號通過電離層的范圍較小，并且電離層在小區(qū)域內(nèi)狀態(tài)比較穩(wěn)定，可以認為時空間相關(guān)的；而對流層由于距離地球表面較近，所以SAR衛(wèi)星信號通過對流層的范圍較大，且對流層自身的水汽狀態(tài)十分不穩(wěn)定。綜上所述，電離層延遲對于同一幅SAR圖像各像點來講，如果生成干涉對的兩景影像獲取時間間隔較小時，可以認為相等，不會對SAR干涉信號產(chǎn)生較大扭曲，但若影像獲取時間間隔較大時就必須考慮電離層對InSAR干涉相位的影響；而對流層延遲由于對流層水汽的多變性，對InSAR測量精度產(chǎn)生較大影響，在干涉處理時必須考慮。

另外InSAR技術(shù)進行形變觀測精度為cm及亞cm級，1997年，Zebker通過實驗證明相對水汽濕度在時空20%的變化可以導(dǎo)致InSAR變形監(jiān)測10-14cm的誤差。說明大氣延遲影響嚴重影響了D-InSAR技術(shù)在微小形變監(jiān)測中的應(yīng)用，所以必須考慮大氣延遲的影響。

1997年，Bock和Williams通過比較GPS和InSAR兩種技術(shù)的優(yōu)缺點，得出將?GPS和InSAR數(shù)據(jù)進行融合可以提高變形監(jiān)測的時間和空間精度的結(jié)論，從而引起了GPS和InSAR數(shù)據(jù)融合的研究熱潮，自此國內(nèi)外眾多學(xué)者對利用GPS改正InSAR大氣延遲進行了深入和全面的研究，提出了DIDP（double?interpolation?and?double?prediction）法、基于模擬退火和馬爾科夫模型的能量函數(shù)法、基于MODIS水汽數(shù)據(jù)、基于大氣傳輸模型的方法。但由于GPS和InSAR空間分辨率的差異，目前研究的熱點和難點是GPS大氣延遲的插值算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對InSAR大氣延遲的存在，嚴重影響了其變形監(jiān)測的精度，利用插值算法對GPS大氣延遲進行計算實現(xiàn)對InSAR大氣延遲改正。本發(fā)明對InSAR相位解纏精度進行評價，使用PSO-LSSVM算法有效提高GPS大氣延遲插值精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案步驟如下：

a．評價各種相位解纏方法的精度，可得到高精度InSAR干涉影像。將解纏后的相位反纏繞，求得反纏繞相位和原始纏繞相位的均方差????????????????????????????????????????????????作為精度評價標(biāo)準(zhǔn)，其中可表示為：

??????????????????(1)

其中，為原始纏繞相位，為解纏相位經(jīng)過纏繞計算得到纏繞相位，M和N為圖像的行列數(shù)；

b．基于MATLAB平臺實現(xiàn)PSO算法與LSSVM算法的接和，綜合二種算法的優(yōu)點實現(xiàn)最優(yōu)插值；

c．設(shè)置合理的初始參數(shù)和終止條件，采用PSO算法輔助尋求LSSVM算法最優(yōu)參數(shù)，利用該參數(shù)對GPS連續(xù)運行站點大氣延遲進行插值得到GPS大氣延遲影像；

d．利用a和c的結(jié)果可實現(xiàn)對InSAR大氣延遲改正。

所述的方法，其中相位解纏精度評價方法是指：通過相位反算可得到最小費用流是最有相位解纏方法；

所述的方法，其中PSO-LSSVM算法是指：基于MATLAB平臺將PSO算法和LSSVM算法接口連接，即PSO算法的初始粒子與LSSVM參數(shù)的關(guān)聯(lián)和PSO適應(yīng)性函數(shù)對LSSVM算法的調(diào)用；

所述的方法，其中PSO-LSSVM算法初始參數(shù)的確定是指：每組粒子的維數(shù)為10×2，粒子群搜索范圍分別為和，，呈線性減小，，，，迭代次數(shù)為1000次；

所述的方法，其中PSO算法迭代終止條件是指：由于是尋求位置最優(yōu)參數(shù)，故設(shè)置迭代次數(shù)為迭代終止條件。