基于PSInSAR与SqueeSAR的设施形变分析方法技术

本发明专利技术公开了基于PSInSAR与SqueeSAR的设施形变分析方法，涉及时序遥感图像处理领域；具体为：首先，针对待测区域，利用SAR采集影像，进行裁剪和配准后生成干涉图；然后，对卫星的轨道状态矢量进行插值拟合；将目标S在WGS84坐标系的DEM数据，投影到SAR坐标系下获得参考位置并计算辅图像每个像元多普勒频率绝对值最小时，对应的卫星位置S

【技术实现步骤摘要】
基于PSInSAR与SqueeSAR的设施形变分析方法


[0001]本专利技术涉及时序遥感图像处理领域，具体是基于PSInSAR(Permanent Scatterer InSAR，永久性散射体干涉测量法)与SqueeSAR(时序InSAR)的设施形变分析方法。

技术介绍

[0002]目前合成孔径雷达卫星的干涉(Interferometry Synthetic Aperture Radar，InSAR)技术作为一种新的遥感测量技术，被广泛应用于地表形变测量、自然灾害监测、地震监测以及矿区沉降监测等领域，它的成功应用标志着雷达遥感从一门定性科学研究转变为一种定量工具。InSAR技术及其拓展出的D
‑
InSAR(合成孔径雷达差分干涉测量)技术有利于揭示地表形变机理和地震机理等，是一种全新且高效的地质学和地球物理学动态研究手段。D
‑
InSAR技术具有其他技术不可比拟的优势，比如可以实现广阔区域、高精度的地表变化监测，而且数据处理程序较为简单。
[0003]D
‑
InSAR技术虽然具有其他技术不可比拟的优势，但如果两次地表观测期间SAR影像上地物散射性质发生变化，或两幅影像间的空间基线过长，亦或观测地表上空出现不连续的大气变化，会引起D
‑
InSAR获取的干涉图相干性降低甚至完全失相干，这种失相干在干涉图中表现为噪声误差，甚至错乱的干涉测量条纹，这些误差严重影响D
‑
InSAR测量结果的准确性，限制了该技术的应用。
专利
技术实现思路

[0004]为了克服D
‑
InSAR技术因观测地表上空出现不连续的大气变化，引起干涉图相干性降低甚至完全失相干，严重影响测量结果的准确性这一问题；本专利技术提出了基于PSInSAR与SqueeSAR的设施形变分析方法，应用新的永久性相干点的InSAR方法，即PSInSAR，通过找到雷达影像上的反射信号很强、相干性很好的PS点，生成一个平均形变速率图，解算地面毫米精度的变形。同时使用DS
‑
InSAR(分布式卫星系统)方法，筛选出同质点，根据同质点的统计特性，优化分布式目标的相位，降低噪声对分布式目标的影响，联合DS点和时序InSAR方法进行形变解算，提高非城镇区域点目标密度，获取完整地表形变范围。
[0005]所述的基于PSInSAR与SqueeSAR的设施形变分析方法，具体步骤如下：
[0006]步骤一、针对待测的行政区域，利用SAR采集不同时间下该地点的影像，组成多景影像集；
[0007]步骤二、将影像集进行裁剪和图像配准，并利用干涉图的相干系数从SAR影像剪中挑选符合干涉质量要求的主图像和辅图像；
[0008]具体过程为：
[0009]首先，将当前时间点下的影像集中各帧SAR图像，分别按1024*1024大小、边界重叠128个像素进行图像分块，得到图像的行列子块数目；
[0010]然后，对1024*1024大小的图像子块进行不重叠256*256划分，进行256或512倍插值，形成粗配准，得到任一子块i的行列配准偏移量
[0011]接着，按每个图像子块的行列配准偏移量，寻找与主图像子块相对应的所有辅图像子块集并根据大小为kernelsize的插值核函数，对所有辅图像子块集进行边界延拓，得到新的延拓辅图像子块集
[0012]对延拓辅图像子块进行并行重采样，输出与1024*1024大小的精配准SAR辅图像子块，并对重叠区域的精配准SAR辅图像子块进行几何平均以及对应生成干涉图。
[0013]最后，计算干涉图中SAR相干系数；
[0014]计算公式为：
[0015][0016]其中ρ
(i,j)
表示第i行、第j列元素的相干系数值；W1，W2为窗口计算大小；*表示复数据的共轭；表示第i行、第j列元素的主图像子块集；表示第i行、第j列元素的延拓辅图像子块集。
[0017]步骤三、对SAR的对地卫星的位置、速度和加速度共12个轨道状态矢量进行插值拟合，得到SAR每个分辨单元成像时刻的卫星状态矢量。
[0018]步骤四、从符合干涉质量要求的主图像中选择待测区域的目标S，在WGS84坐标系的DEM数据，投影到SAR坐标系下，获得参考DEM位置
[0019]根据SAR距离方程和多普勒方程：
[0020][0021][0022]其中|
·
|表示欧式距离，<
·
,
·
>表示矢量内积，为WGS84坐标系中目标S的DEM投影到SAR坐标系下的位置；为当前时刻卫星相对地面的运动速度，为当前时刻卫星的空间位置；r为目标S与成像时刻卫星的距离，λ指SAR的波长，f
dc
为多普勒中心的频率。
[0023]然后，利用成像快慢时间公式：
[0024][0025][0026](row,col)为位置对应的目标S在SAR图像中的行列位置；t为卫星对目标S成像的时间；t
min
为SAR图像首相元成像时间；r
min
为卫星与首相元目标的距离；ρ
r
为SAR图像距离向分辨率；f
prf
为脉冲重复频率，表示向下取整算子。
[0027]步骤五、针对符合干涉质量要求的各辅图像，当辅图像中每个像元多普勒频率绝对值最小时，将对应的卫星位置S
i
作为目标S在各SAR辅图像中的参考DEM位置P'；
[0028]步骤六、计算星地模拟干涉相位进一步计算主图像和辅图像的差分干涉相
位
[0029]星地模拟干涉相位公式如下：
[0030][0031]差分干涉相位公式如下：
[0032][0033]S
m
为符合干涉质量要求的主图像，S
s*
为符合干涉质量要求的辅图像；
[0034]步骤七、利用差分干涉相位对主图像和辅图像的像素分辩单元进行PSinSAR的相位解缠，经过四次迭代找到各图像中的永久散射点PS点；
[0035]相位解缠中用到了最大化多成分时间相干模型，获得相邻PS候选点的时间相干系数计算公式为：
[0036]其中，为任意x1与x2两个相邻PS候选点的相位差分算子，表示第x个PS候选点在i幅干涉图中的差分干涉相位，M为干涉图的总数量，Δφ
H,x,i
与分别表示第x个PS候选点在第i幅干涉图中的模拟残余地形以及线性形变的干涉相位；
[0037]采用基于时空滤波的非线性盲源分离法分离轨道误差、大气延时相位、残余地形相位、形变相位等成分，去除同质点，对相干系数、三维相位解缠值，干涉相位进行迭代；每次迭代结果输出有：时间相干系数、残余高程校正后的DEM、平均形变速率图、监测点位的时序形变图。
[0038]三维相位解缠包括：用于时间一维相位解缠的时间
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基线平面约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于PSInSAR与SqueeSAR的设施形变分析方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、针对待测的行政区域，利用SAR采集不同时间下该地点的影像，组成多景影像集；步骤二、将影像集进行裁剪和图像配准，并利用干涉图的相干系数从SAR影像剪中挑选符合干涉质量要求的主图像和辅图像；步骤三、对SAR的对地卫星的位置、速度和加速度共12个轨道状态矢量进行插值拟合，得到SAR每个分辨单元成像时刻的卫星状态矢量；步骤四、从符合干涉质量要求的主图像中选择待测区域的目标S，在WGS84坐标系的DEM数据，投影到SAR坐标系下，获得参考DEM位置步骤五、针对符合干涉质量要求的各辅图像，当辅图像中每个像元多普勒频率绝对值最小时，将对应的卫星位置S
i
作为目标S在各SAR辅图像中的参考DEM位置P'；步骤六、计算星地模拟干涉相位进一步计算主图像和辅图像的差分干涉相位步骤七、利用差分干涉相位对主图像和辅图像的像素分辩单元进行PSinSAR的相位解缠，经过四次迭代找到各图像中的永久散射点PS点；相位解缠中用到了最大化多成分时间相干模型，获得相邻PS候选点的时间相干系数计算公式为：其中，为任意x1与x2两个相邻PS候选点的相位差分算子，表示第x个PS候选点在i幅干涉图中的差分干涉相位，M为干涉图的总数量，Δφ
H,x,i
与分别表示第x个PS候选点在第i幅干涉图中的模拟残余地形以及线性形变的干涉相位；步骤八、在PSInSAR基础上选取Ds点，进行DespecKS和基于PSInSAR的DS与PS的融合；DespecKS包括：选用FaSHP快速识别DSs目标、根据识别的DSs位置计算样本相干矩阵、基于PTA进行DSs相位滤波；步骤九、利用主图像中的参考DEM位置和各辅图像中的参考DEM位置P'，结合卫星状态矢量，利用牛顿迭代法对目标S进行地理编码，得到实际地理位置；步骤十、根据地理编码得到的目标S的实际地理位置，对应到其形变速率，获取到完整地表形变范围；同时也获取到平均形变速率图以及对应监测点位的时序形变图，供后续的分析以及结果定论。2.如权利要求1所述的基于PSInSAR与SqueeSAR的设施形变分析方法，其特征在于，所述步骤二具体为：首先，将当前时间点下的影像集中各帧SAR图像，分别按1024*1024大小、边界重叠128个像素进行图像分块，得到图像的行列子块数目；然后，对1024*1024大小的图像子块进行不重叠256*256划分，进行256或512倍插值，形成粗配准，得到任一子块i的行列配准偏移量接着，按每个图像子块的行列配准偏移量，寻找与主图像子块相对应的所有辅图像子块集并根据大小为kernelsize的插值核函数，对所有辅图像子块集进行边界延拓，
得到新的延拓辅图像子块集对延拓辅图像子块进行并行重采样，输出与1024*1024大小的精配准SAR辅图像子块，并对重叠区域的精配准SAR辅图像子块进行几何平均以及对应生成干涉图；最后，计算干涉图中SAR相干系数；计算公式为：其中ρ
(i,j)
表示第i行、第j列元素的相干系数值；W1，W2为窗口计算大小；*表示复数据的共轭；表示第i行、第j列元素的主图像子块集；表示第i行、第j列元素的延拓辅图像子块集。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨婷，姚勇航，周瑶瑶，
申请(专利权)人：宁波四象径宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：