融合宽幅与条带SAR干涉形变场的技术制造技术

本发明专利技术主要是融合宽幅与条带SAR干涉形变场，包括利用宽幅和条带模式的合成孔径雷达数据来进行差分干涉测量而获取视线向形变场；三维形变场重构；形变场配准与重采样；利用Kriging对形变场进行插补；融合结果质量分析评价技术等。

Technique for merging deformation field of wide band and strip SAR interference

The invention is mainly fusion wide strip SAR interference and deformation field, including differential interferometry for deformation field using the line of sight to the wide and strip mode synthetic aperture radar data reconstruction; 3D deformation field; deformation field registration and re sampling; interpolation of deformation field using Kriging; quality analysis and evaluation etc. the fusion results.

【技术实现步骤摘要】
融合宽幅与条带SAR干涉形变场的技术
本专利技术主要是涉及测绘科学领域，尤其涉及融合宽幅与条带SAR干涉形变场的技术。
技术介绍
在测绘学中，合成孔径雷达干涉测量技术能生成精度较高的数字高程模型及其相关的地图测绘产品，而在合成孔径雷达干涉测量基础上发展起来的差分合成孔径雷达干涉测量（DiffierentialInSAR，简称DInSAR）则是根据SAR单视复数据提供的相位信息，以厘米级甚至毫米级精度监测地球表面的形变，尤其对地表垂直形变极其敏感，且能大规模监测几天甚至几年的形变场信息。全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GNSS）、卫星激光测距（SatelliteLaserRanging，简称SLR）、甚长基线干涉测量（VeryLongBaselineInterferometry，简称VLBI）技术以及传统大地测量（如精密水准测量）是监测地表形变的主要大地测量方法，虽然其观测结果具有量化清晰、精度高、时间尺度一致、动力学意义明确等优点，但利用离散结果求解形变场与应变场的空间分布时，需进行拟合或内插，导致形变高频部分的去除，即忽略了形变的精细特征，显然，这些监测方法的不足可由合成孔径雷达干涉测量技术克服。到目前为止，合成孔径雷达卫星主要具有条带和宽幅两种模式，条带模式又称Stripmap模式，或称IM模式（ImageMode），其相应的干涉测量称为条带干涉测量，Stripmap干涉测量或IM模式干涉测量（相比于星载宽幅合成孔径雷达干涉测量，其被称传统合成孔径雷达干涉测量），其差分干涉测量的结果具有监测精度高、形变场连续和分辨率较高的优点，能获得反映地表形变的更多信息，现在已成功应用于各种形变监测。尽管传统条带干涉测量技术已取得相当大的进步，可有效应用于各种地表形变监测，但其覆盖范围较小，难以获取宽域的地壳形变，如2008年5月发生的汶川地震，其破裂带约达300km，如利用ALOS卫星的IM数据来获取其形变场，则需六个轨道数据（温扬茂,2009）拼接才能得到其形变场，无疑这样会带来拼接误差，另外断层形变，特别是震间形变(震间应变积累)通常分布在断层附近50-150km，甚至更宽的区域，此时条带干涉测量技术无能为力。2010年底欧空局将对ENVISAT卫星模式进行调整而不能进行干涉，其他高分辨率卫星如TerraSAR-X和COSMO-SkyMed卫星的IM模式数据覆盖范围更小，见表1，从表1中可以看出，高分辨率卫星条带模式幅宽仅数十公里，故在板块运动和地球动力学研究应用中IM模式合成孔径干涉测量技术受到了限制。表1SAR卫星的条带和宽幅模式影像幅宽比较宽幅模式或称WSM模式（WideSwathMode），或称ScanSAR模式，或称Burst模式，也称扫描模式，其相应的干涉测量称为宽幅SAR干涉测量（WideSwathSyntheticApertureRadarInterferometry，简称WSInSAR），ScanSAR干涉测量（ScanningInterferometricSyntheticApertureRadar，简称SInSAR）、Burst干涉测量。宽幅模式是一种新的雷达成像模式，其特点是在相邻几个子测绘带之间共享合成孔径时间，以降低方位分辨率为代价，从而实现测绘带宽度的增大。它是在若干个不同天线波束之间合理分配成像时间，对每个波束位置所能接收到的Burst信号进行处理，形成相应子观测带内的合成孔径图像，进而得到全部组合观测带的连续雷达图像。ScanSAR采用多个波束扫描的方式进行成像时，在每个波束上，天线都要驻留固定的时间来发射和接收一系列的脉冲串，这一系列脉冲串即称为Burst，相应的数据块称为Burst数据或Burst图像，如1.1。现在许多卫星具有宽幅模式，如ENVISAT、ALOS、TerraSAR-X、COSMOS-SkyMed和Sentinel-1等SAR卫星。在利用条带模式对研究区域监测的同时，可利用ScanSAR模式进行监测，例如ALOS卫星在降轨时以宽幅模式监测，在升轨时以条带模式监测。首先，与条带模式相比，宽幅SAR模式最显著的优点是有较大的幅宽，见表1.1，从表中可以看出，每颗合成孔径雷达卫星宽幅SAR模式幅宽是IM模式的3至4倍，利用这样的ScanSAR数据可得到宽域形变场。以汶川地震为例，尽管其断裂带长度约达300公里，但是需利用两景数据差分可得其形变场，且其形变场在空间上连续，其监测精度与IM模式相当；其次，由于其干涉图覆盖范围大，基线误差在干涉图中将发生累积效应，故易利用相应的方法去除或降低其影响；最后，ScanSAR模式同一研究区域的重访时间短，可易发现缓慢变形。图像融合是指综合两个或多个多源信道所采集到的关于同一场景的图像数据经过图像处理和计算机技术等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，最后综合成高质量的图像，以提高图像信息的利用率、改善计算机解译精度和可靠性以获取对同一场景的更精确、更全面、更可靠的图像描述，利于监测。高效的图像融合方法可以根据需要综合处理多源通道的信息，从而有效地提高了图像信息的利用率、系统对目标探测识别地可靠性及系统的自动化程度。其目的是将单一传感器的多波段信息或不同类传感器所提供的信息加以综合，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，以增强影像中信息透明度，改善解译的精度、可靠性以及使用率，以形成对目标的清晰、完整、准确的信息描述。本专利的差分干涉图融合，主要是尽管利用星载宽幅SAR干涉测量方法有效地获取获取了汶川地震的形变场，但是在临近断层区域的去相干性非常严重，其原因主要是：一、宽幅SAR分辨率较低，导致相邻两像元的形变易超过弧度，从而在相干图上反映为纯噪声；二、波长较短；在利用SAR信号监测地表形变时，波长越长，监测形变梯度的能力越强，但对变形不敏感，反之，波长较短，则其监测形变梯度的能力力较弱，但对变形敏感。在地表形变监测中，断层附近变形梯度大，故可用波长较长的SAR数据来获取，在远场可利用波长较短的SAR数据来获取。克立格（Kriging）插值法，又称空间局部估计或空间局部插值法，是地统计学的主要内容之一。克立格法是建立在变异函数理论及结构分析基础之上的，它是在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏最优估计的一种方法。对于一种估计方法，要求是无偏估值，即没有系统误差，同时要求误差方差最小。Kriging法就是一种很好的线性无偏估方法，即BLUE（BestLinearUnbiasedEstimator）方法。Kriging法是线性的(Linear)，因为它的估计值是根据已有资料的加权线性组合而获得；是无偏的（Unbiased），因为此方法使平均残差或误差接近于零；是最好的（Best），因为Kriging法使误差方差最小。与其它的估计方法相比，使误差的方差最小是Kriging法的显著特点。克立格法适用的条件是，如果变异函数和相关分析的结果表明区域化变量存在空间相关性。其实质是利用区域化变量的原始数据和变异函数的结构特点，对未采样点的区域化变量的取值进行线性无偏、最优估计。克里格插值（KrigingInterpolation），是根据变异函数模型而发展起来的一系列本文档来自技高网...

【技术保护点】
融合宽幅与条带SAR干涉形变场的技术，其特征在于：利用宽幅和条带模式的合成孔径雷达数据来进行差分干涉测量而获取视线向形变场；三维形变场重构；形变场配准与重采样；利用Kriging对形变场进行插补；融合结果质量分析技术。

【技术特征摘要】
1.融合宽幅与条带SAR干涉形变场的技术，其特征在于：利用宽幅和条带模式的合成孔径雷达数据来进行差分干涉测量而获取视线向形变场；三维形变场重构；形变场配准与重采样；利用Kriging对形变场进行插补；融合结果质量分析技术。2.根据权利要求1所述的融合宽幅与条带SAR干涉形变场的技术，其特征在于：所述技术步骤如下：步骤一：利用宽幅SAR与条带SAR数据分别进行配准与干涉，形成宽幅和条带干涉图；步骤二：导入DEM，且与宽幅和条带干涉图进行差分，从而得到差分干涉图，并解缠；步骤三：核检宽幅和条带视线向形变场质量是否合理，如果合理进行步骤四，如果不合理进行步骤一；步骤四：对宽幅模式和条带模...

【专利技术属性】
技术研发人员：季一全，汤佳，
申请(专利权)人：芜湖通全科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34