[發明專利]時間域和空間域兩步式InSAR對流層延遲矯正方法

有效

• 申請號: 202310565150.6
• 申請日: 2023-05-19
• 公開（公告）號: CN116338607B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 楊晴月;李俊峰;陸萍萍;蔡永華;王宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 金怡

本發明公開一種時間域和空間域兩步式InSAR對流層延遲矯正方法，涉及雷達測量領域。該方法包括時間域矯正和空間域矯正兩大主要步驟。時間域矯正聯合求解形變速率和季節調制的大氣對流層延遲相位模型參數。根據時間域矯正后的形變速率圖識別形變區域，進而對每個形變區域進行針對性地空間域矯正。空間域矯正基于相位?高程線性關系矯正，估計窗口的大小根據相關性峰值自適應確定。經時間、空間域矯正后即可得到每一形變區域的形變速率和形變時間序列。本發明可以有效提高廣域微弱形變識別的準確度以及形變時間序列監測的精度，且由于不依賴外部大氣數據，可以應用于實時時間序列干涉處理。

技術領域

本發明屬于雷達測量領域，具體涉及一種時間域和空間域兩步式InSAR（Interferometric?Synthetic?Aperture?Radar）對流層延遲矯正方法，可應用于時間序列干涉處理中以提高形變速率和形變時間序列的測量精度。

背景技術

大氣對流層延遲（以下簡稱為大氣延遲）相位由雷達信號經過大氣對流層引起。易變的大氣條件（溫度、壓強和水汽等）使得雷達信號發生不同程度的相位延遲。一方面，使雷達信號在傳播時間上發生延遲，另一方面，使雷達信號的空間傳播路徑發生彎曲，從而導致波的實際傳播路徑比理論路徑長。其中信號傳播路徑彎曲的影響可以忽略不計。就重軌干涉測量來說，由于兩次SAR成像時間及視角不同，電磁波傳播所經歷的大氣狀態也不同，這種影響在干涉處理過程中不能被對消，因而在干涉相位中引入了相位誤差。這種額外的相位成分會給干涉圖的正確解譯和信息提取帶來困難，是干涉測量精度的主要限制因素之一。

干涉相位中的大氣延遲在空間上由三個分量組成：短空間尺度分量（幾公里），由對流層的紊流或相干動力過程引入；長空間尺度分量（幾十公里），由壓強、溫度及濕度的橫向變化引入；垂直分層分量，由壓強、溫度及相對濕度隨海拔高程的變化引入。在時間上，大氣延遲表現為受季節調制和與季節變化無關的兩個部分。其中，受季節調制的部分主要與空間上垂直分層分量相關。鑒于此，時間序列InSAR算法通常所采用的空時濾波去除大氣延遲影響的方法，由于其所基于的大氣延遲服從高斯分布的隨機性假設不能被很好的滿足，必然會引入形變估計誤差，進而導致形變區域的誤判和漏判。

為了準確識別形變區域，需要去除具有時間相關性的垂直分層延遲的影響。理論上，干涉相位中的垂直分層延遲可以沿高程對折射率進行積分得到。然而，要獲得干涉相位中每個像素的垂直折射率剖線是不現實的。因而在實際應用中，垂直分層延遲一般基于外部數據進行矯正或基于高程和相位的經驗關系建模而得。

基于外部數據的大氣對流層延遲矯正方法根據所使用的外部數據的不同分為四類。第一類是基于地面氣象觀測信息建模的校正方法，利用地面氣象觀測數據（溫度、濕度、氣壓等）估計對流層分層延遲；第二類是基于GPS數據的校正方法，反演SAR數據覆蓋范圍內各GPS站點的天頂對流層延遲，并對GPS網絡所覆蓋區域的天頂對流層延遲進行插值，進而獲得完整的InSAR對流層延遲；第三類是基于空間輻射計測量的水汽數據的矯正方法，利用MODIS、MERIS等近紅外水汽產品計算出的延遲量進行對流層濕延遲矯正；第四類是基于數值大氣模型的對流層延遲校正法，利用數值大氣模型計算出SAR數據獲取時刻的大氣參量，對干涉相位進行對流層延遲矯正。

然而，目前基于外部數據的方法的應用效果通常受到外部數據的空間、時間分辨率以及數據的精度限制。盡管地基的測量結果相當精確，地面氣象站和GPS站點一般布設比較稀疏，單純利用地面氣象信息建模或GPS數據進行對流層延遲校正的方法并沒有太大的優勢。MERIS和MODIS數據分辨率較高，但只能在白天無云的條件下工作，對于夜間采集的SAR數據，無法利用MERIS和MODIS的水汽產品進行對流層濕延遲校正，對于有云區則只能得到云上部分的水汽含量。數值大氣模型雖不受云和日光的限制，但其空間分辨率較低，且模型計算的對流層延遲精度嚴重依賴模型的初值和邊界條件，穩定性相對較差。另外外部數據的獲取都有不同程度的時間延遲，不能做到實時處理。