一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法技术

本发明专利技术公开了一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法，属于微波遥感测量技术领域，包括如下步骤：步骤1：优化选择获取M1幅高质量干涉对；步骤2：利用GPS观测水平速度场数据反演块体运动和断层闭锁模型，并结合反演数据正演模拟地表形变场；步骤3：从InSAR数据中移除模拟地表形变相位；步骤4：准确估计大气时空域滤波窗口，从InSAR解缠相位中精确去除大气延迟相位；本发明专利技术解决了传统InSAR震间形变提取过程中由于震间形变和大气误差相互耦合，无法准确进行大气延迟校正的技术难点，具有较高的科学意义及实用价值。高的科学意义及实用价值。高的科学意义及实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法


[0001]本专利技术涉及空间对地观测、大地测量及地质灾害监测中获取大范围、高精度、多时相的地表变形信息等领域，具体涉及一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法，属于微波遥感测量


技术介绍

[0002]干涉雷达指采用干涉测量技术的合成孔径雷达（InSAR），是新近发展起来的空间对地观测技术，是传统的SAR遥感技术与射电天文干涉技术相结合的产物。它利用雷达向目标区域发射微波，然后接收目标反射的回波，得到同一目标区域成像的SAR复图像对，若复图像对之间存在相干条件，SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图，根据干涉图的相位值，得出两次成像中微波的路程差，从而计算出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化，可用于数字高程模型建立、地壳形变探测等。
[0003]目前国内外大量学者致力于InSAR形变监测中的大气延迟校正研究，常用的 InSAR 大气校正方法总体上可以分为基于外部气象数据的建模方法和基于统计的时空滤波方法两种类型。其中基于外部气象数据的建模方法通过数学模型，结合遥感水汽产品定量计算大气延迟相位，如MERIS和MODIS水汽产品、ERA
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Interim再分析资料、WRF数值预报模型等，该方法效果较为理想但对外部数据的要求较高，易受云雨天气影响等问题，适用性较低。基于统计的时空滤波方法是目前时序InSAR 中常见的大气校正方法，通过统计不同相位成分的时空相关特征，在时间域和空间域进行高斯滤波即可分离大气效应，但对SAR 影像的数量有一定要求。
[0004]利用InSAR技术获取震间地表形变研究中，大多学者直接在带有形变相位信息的InSAR数据基础上利用上述方法进行大气延迟校正，而震间形变微弱，信噪比小，形变信号很容易被大气误差淹没，且以长波为主的震间形变信号和长波大气误差常常耦合在一起难以分离。因此，在带有形变相位的InSAR数据基础上去除大气相位，常常会在大气延迟相位校正过程中去除掉部分震间形变相位，或者造成大气延迟相位去除不精确的情况，从而导致获取的震间形变结果不够准确与实际情况存在偏差。
[0005]综上所述，在InSAR高精度微弱震间形变信号提取过程中，如何有效分离长波长地表形变信号和大气误差信号，进行大气延迟相位的精确移除，是我们需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法，其解决了传统InSAR震间形变提取过程中由于震间形变和大气误差相互耦合，无法准确进行大气延迟校正的技术难点，具有较高的科学意义及实用价值。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法，包括如下步骤：步骤1：优化选择获取M1幅高质量干涉对；
步骤2：利用GPS观测水平速度场数据反演块体运动和断层闭锁模型，并结合反演数据正演模拟地表形变场；步骤3：从InSAR数据中移除模拟地表形变相位；步骤4：准确估计大气时空域滤波窗口，从InSAR解缠相位中精确去除大气延迟相位；步骤5：将模拟地表形变场还原至滤波后的InSAR数据中，结合相位分离算法获取研究区卫星视线向震间地表形变场；步骤1中，收集覆盖研究区、连续时间段内的N+1景单视复数SLC（single aperture radar）SAR影像，将N+1景SAR影像采取自由组合方式进行差分干涉处理形成M幅干涉图，采用自适应识别方法选取相干性高、随机噪声弱、大气影响小的M1幅高质量差分干涉图；具体步骤如下：S101：选择感兴趣区域对N+1景SAR影像进行裁剪操作，为了减少图像的斑点噪声提升影像数据辐射分辨率，对裁剪后的SAR影像进行多视处理生成多视强度图，将多视处理后的N景SAR辅影像全部配准至公共主影像，进行影像的匹配叠加操作；S102：设置时间基线阈值为500天，空间基线阈值为300m，将N+1景SAR影像两两自由组合生成干涉连接对，根据干涉连接组合对主辅影像进行差分干涉处理形成M幅干涉图，合理挑选高相干性、低噪声的M1幅高质量干涉图作为干涉图集。
[0008]其中，步骤2如下，利用GPS观测水平速度场数据反演块体运动和断层闭锁模型，并结合反演数据正演模拟地表形变场：利用搜集的研究区域的GPS数据，基于负位错反演模型和弹性回跳理论，通过非线性最小二乘拟合获得研究区断裂带各剖面上各节点处的闭锁程度以及闭锁深度，并根据断层闭锁模型及整体滑动速率正演研究区地表形变场。
[0009]进一步限定，步骤2的具体实现步骤如下，S201：使用中国地壳运动监测网和中国大陆构造环境监测网络提供的GPS数据，通过GAMIT/GLOBK软件利用相关模型将电离层、海洋潮汐、对流层、大气潮汐等影响因素去除，并对偏离的GPS台站数据进行剔除；S202：采用DEFNODE负位错反演程序进行断层反演，由于GPS垂直速度场在反演过程中精度不够，所以选用GPS水平速度场作为反演约束，使用负位错模型对块体旋转速率和断层闭锁分布进行反演，反演模型公式为：断层闭锁分布进行反演，反演模型公式为：式中，为GPS台站观测数据的位置；为观测台站的运动速度；B是块体数目；为块体模型的子集(如果点在块体范围内，否则)；为方向的单位矢量；为块体相对于参考框架的欧拉极；
为断层下盘相对于上盘的欧拉极；为反演断层的数量；为断层面上的节点个数；表示在断层面上节点的位置；表示断层面上节点的闭锁程度(其取值范围是0
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1)；表示方向的单位矢量(方向沿走向或垂直等深线方向)；响应函数表示在断层面上节点处方向上的单位滑动速率引起的地表位置处方向速度分量；公式中减号左侧表示的是块体旋转，使用块体旋转极将这个旋转块体上存在的所有点的运动速率求解出来，减号右侧表示的是断层闭锁作用，用欧拉极可计算出断层滑动速率；反演过程中，设置断层节点利用Defnode反演程序计算出断层上的各个节点处的闭锁程度，再利用双线性插值方法计算相邻节点之间网格区域的闭锁程度；S203：根据断层闭锁模型及整体滑动速率正演研究区地表形变场。
[0010]其中，步骤3的具体步骤为，S301：对M1幅差分干涉图进行去平、去地形操作精确去除参考椭球面相位和地形相位，并采用Goldstein滤波方法对干涉纹图进行滤波处理去除相位图噪声、改善干涉图质量；S302：选取感兴趣区域内相对稳定的点作为相位参考点，采用最小费用流法或其他相位解缠算法对滤波后的干涉图进行相位解缠。
[0011]S303：形变相位为主的InSAR解缠相位数据。
[0012]其中，步骤4的具体步骤为，根据大气效应在空间某一尺度上具有连续性，在时间上具有不连续性的特性，通过在时间维进行高通滤波、在空间维进行低通滤波，从InSAR解缠相位中有效分离大气延迟相位。
[0013]进一步优化，步骤5的具体步骤如下，将模拟地表形变相位还原至去除大气效应后的InSAR解缠相位数据中，利用SBAS
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InSAR技术结合相位分离算法精确去除残本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：优化选择获取M1幅高质量干涉对；步骤2：利用GPS观测水平速度场数据反演块体运动和断层闭锁模型，并结合反演数据正演模拟地表形变场；步骤3：从InSAR数据中移除模拟地表形变相位；步骤4：准确估计大气时空域滤波窗口，从InSAR解缠相位中精确去除大气延迟相位；步骤5：将模拟地表形变场还原至滤波后的InSAR数据中，结合相位分离算法获取研究区卫星视线向震间地表形变场；步骤1中，收集覆盖研究区、连续时间段内的N+1景单视复数SLC（single aperture radar）SAR影像，将N+1景SAR影像采取自由组合方式进行差分干涉处理形成M幅干涉图，采用自适应识别方法选取相干性高、随机噪声弱、大气影响小的M1幅高质量差分干涉图；具体步骤如下：S101：选择感兴趣区域对N+1景SAR影像进行裁剪操作，为了减少图像的斑点噪声提升影像数据辐射分辨率，对裁剪后的SAR影像进行多视处理生成多视强度图，将多视处理后的N景SAR辅影像全部配准至公共主影像，进行影像的匹配叠加操作；S102：设置时间基线阈值为500天，空间基线阈值为300m，将N+1景SAR影像两两自由组合生成干涉连接对，根据干涉连接组合对主辅影像进行差分干涉处理形成M幅干涉图，合理挑选高相干性、低噪声的M1幅高质量干涉图作为干涉图集。2.根据权利要求1所述的一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法，其特征在于：步骤2如下，利用GPS观测水平速度场数据反演块体运动和断层闭锁模型，并结合反演数据正演模拟地表形变场：利用搜集的研究区域的GPS数据，基于负位错反演模型和弹性回跳理论，通过非线性最小二乘拟合获得研究区断裂带各剖面上各节点处的闭锁程度以及闭锁深度，并根据断层闭锁模型及整体滑动速率正演研究区地表形变场。3.根据权利要求2所述的一种InSAR震间形变监测中的大气延迟校正方法，其特征在于：步骤2的具体实现步骤如下，S201：使用中国地壳运动监测网和中国大陆构造环境监测网络提供的GPS数据，通过GAMIT/GLOBK软件利用相关模型将电离层、海洋潮汐、对流层以及大气潮汐影响因素去除，并对偏离的GPS台站数据进行剔除； S202：采用DEFNODE负位错反演程序进行断层反演，由于GPS垂直速度场在反演过程中精度不够，所以选用GPS水平速度场作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振宇，陈静，廖诗森，郑覃，梁婧彤，
申请(专利权)人：眉山环天智慧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：