SBAS电文认证技术综述

卫星导航欺骗信号是卫星导航系统服务的重要威胁之一,严重影响导航、定位、授时(positioning,navigating,timing,PNT)服务,如何提升导航系统服务的安全性,已成为卫星导航服务亟待解决的问题.卫星导航信号认证是卫星导航系统端提升民用信号防欺骗的新兴技术手段,也是目前各大卫星导航系统的重要发展方向和研究热点.星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)作为卫星导航系统的核心增强系统,目前正在国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)框架下推进SBAS电文认证标准,以期在未来提供SBAS电文认证服务.伴随着我国北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System,BDSBAS)建设完成以及下一代北斗导航系统的设计与研制,BDSBAS需要考虑在ICAO下提供SBAS电文认证服务,为用户提供更加安全可信的PNT服务.本文首先阐述了SBAS电文认证概念,然后梳理了SBAS电文认证发展历程,进一步分析了SBAS电文认证技术面临的热点问题,以期为BDSBAS电文认证服务设计提供技术支撑.

基于SBAS-InSAR方法的新疆平原水库坝区形变监测应用研究

本文利用欧洲航天局中等分辨率Sentinel-1A免费影像数据,采用SBAS (Small Baseline Subset)方法,以2014年~2018年期间的23景影像为数据源,开展了时序InSAR在新疆WLL平原水库大坝及坝区的形变监测研究。提取了该水库大坝及周边5 km左右范围的沉降监测结果,并利用大坝二等水准监测数据对水库堤坝监测结果进行验证,形变速率中误差为±9.3 mm。结果表明:大坝存在不均匀沉降;靠近东坝段的水产养殖中心产生1个沉降漏斗,中心最大沉降速率−20.0 mm/a;距离水库5 km左右的工业区和居民区产生3个沉降漏斗,最大漏斗中心沉降速率−76.0 mm/a。最后结合水库水位变化、周边植被种植和产业分布以及地下水抽取等情况分析了大坝及坝区周边区域的沉降时空分布特征和产生的原因。

基于SBAS-InSAR技术的建水县滑坡监测

针对云南建水县地区地质活动频繁、降水集中且丰富极易发生滑坡,且对滑坡监测难度大的问题,基于覆盖建水县的60景Sentinel-1A数据,利用SBAS-InSAR技术提取了滑坡时序形变信息。根据对建水县的沉降速率分析,滑坡的发生可能与当地的地质条件和降水量有关。实验结果表明,当地发生的沉降与抬升与地质条件和降水量有着非常大的联系,且预测未来有滑坡的可能。文中的研究内容对建水县的防灾减灾以及SBAS-InSAR技术在灾害监测中的应用有很重要的参考价值。

天津LNG码头SBAS-InSAR时序形变及地面监测数据响应

为了查明油气重大基础设施中,由星载雷达干涉测量、地面全球导航定位系统(global navigation satellite system,GNSS)形变监测、地下位移传感器监测和管道应力应变监测网络构成的星地一体化监测技术的有效性,采用SBAS-InSAR技术提取了天津LNG(liquefied natural gas)码头区域油气管线区域的长时间序列的地表形变数据,进一步分析了地面GNSS地表位移、多层深度位移计、管道应变传感器数据与同步的SBAS-InSAR地表形变量的数据响应关系,并进一步分析了雨-旱循环的时序变化规律。结果表明:2019-05—2022-04月的3年间天津LNG码头区域非均匀沉降最为显著,最高达到-394 mm;SBAS-InSAR的时序形变数据15~53 mm的沉降形变,在GNSS中有9~57 mm的地表位移响应,两者相关显著,具有良好的一致性;SBAS-InSAR地表形变变化特征与多层位移计在1、2、3 m深的位移数据响应特征都与降水量关系密切,呈现显著的雨季-旱季波动特征,二者具有良好的同步性,说明SBAS-InSAR地表形变变化特征能够揭示地下土层的位移变化特征;SBAS-InSAR地表沉降量与地下管道应变呈正相关,SBAS-InSAR获取的地表形变是反映地下管线应变的良好指标。由星载雷达干涉测量、地面GNSS形变监测、地下位移传感器监测和管道应力应变监测网络构成的星地一体化监测数据的集成应用,能够为未来星地一体化的管道安全监测技术体系构建提供有益的借鉴。

基于SBAS InSAR的郑州煤炭矿区地表沉降监测及演化规律分析

地下开采引起的地表沉降引发了一系列安全和环境问题,现有研究多集中在特定矿区或工作面的地表形变监测与分析领域,而对于煤田的整体地表形变监测与时空演化研究较少。使用SBAS InSAR技术对2017年3月-2023年7月郑州煤炭矿区95景Sentinel 1A影像进行处理,获取了矿区地表沉降信息和演化规律并对其进行分析研究。结果表明,郑州煤矿区沉降范围主要分布在登封南部和新密中部,其中最大沉降速率约为120 mm/a,最大累计沉降量达到710 mm,总沉降面积106.6 km^(2),其中以中度和轻度沉降为主,两者占总沉降面积的94.8%;主要开采区的最大累计沉降量随时间的推移呈线性增加;典型开采区地表沉降的空间演化特征表明,沉降区域仍在持续扩张。

联合SBAS与IPTA技术的矿区开采沉陷监测与分析

黄陵一号煤矿属于大型煤矿,开采历史悠久,大量开采引发地表形变严重。本文基于2018年8月—2019年4月期间Sentinel-1A数据,将SBAS与IPTA两种技术联合应用在黄陵一号矿区开采沉陷监测中,获取地表沉降信息,最终从剖线、等值线、特征点方面详细分析了沉降特征。结果表明:研究区最大年平均沉降速率为-325 mm/a,最大累积沉降量为-198 mm;随着时间推移、工作面推进,时序累积沉降量不断增大,沉降影响范围逐渐扩大;采用该技术识别了沉降位置以及沉降影响范围,可为当地地面沉降治理与预防提供参考。

基于SBAS技术的露天煤矿地表沉降监测与分析

煤炭是一种重要的能源,在国家经济发展中起到了重要作用。为了减少煤炭开采后地面沉降带来的负面影响,对矿区地面进行监测,并研究其地面沉陷的规律是十分必要的。合成孔径雷达干涉测量技术具有全时段监测,成像不受气候影响,监测范围广等特点,相比传统监测方法优势明显。基于胜利一号露天煤矿15景Sentinel-1A影像数据,采用小基线子集方法(SBAS),对胜利一号露天煤矿进行多时相监测,获得矿区2022年10月—2023年3月时间段内地面沉降区域的分布和变化趋势。并对SBAS监测结果进行了实地勘察验证,证明了SBAS技术应用于矿区地面沉降监测的可靠性。

SBAS-InSAR技术支持下的矿山地表形变监测研究

利用SBAS⁃InSAR技术对矿山地表形变进行全面监测。以河南永城矿区为研究对象,深入研究了该地区的地质情况及可能的地表变化类型,并设计了监测方案。介绍了如何获取和处理合成孔径雷达(SAR)数据,以及干涉图生成的关键步骤。通过分析时间序列形变图和形变结果,揭示了矿区地表形变的趋势。该研究有助于解决河南永城矿区地表形变的问题,为地表形变监测领域提供了一个重要范例,有望更好地理解煤矿地表的演化过程,为降低地质灾害风险及矿山的安全运营提供了关键支持。

SBAS-InSAR技术监测青藏高原季节性冻土形变

冻土的冻结和融化的反复交替会造成地质环境与结构的破坏,从而导致房屋和道路等地面工程建筑物的地基破裂或者塌陷,还会引起山体滑坡、洪水暴发以及冰川移动等.因此,监测冻土形变对确保冻土区工程建筑的稳定性和安全性,同时保证冻土区社会经济可持续发展具有重要的意义.目前,在冻土监测方面并没有能大面积监测冻土形变时间演化情况的有效方法,本文提出将InSAR技术中的小基线集方法(SBAS-InSAR)应用于监测冻土来获取其形变时间序列中.考虑到冻土形变呈现明显的季节性特征,本文提出利用周期形变模型来代替传统SBAS方法中的线性形变模型,从而更好地分离出高程残差和大气误差.利用ENVISAT卫星获取的21景ASAR影像图作为实验数据,采用改进的SBAS技术成功获取了青藏高原从羊八井站至当雄站铁路段冻土区的地表形变时间序列图,揭示了该冻土区从2007年到2010年的季节性形变演化情况.通过与研究地区温度变化的联合分析,发现所得到的地表形变结果与冻土的物理变化规律非常吻合,证明了SBAS-InSAR技术在冻土形变监测中具有良好的发展应用前景.

基于SBAS-InSAR的长治矿区地表形变监测

小基线集InSAR（ SBAS-InSAR）时序分析方法能够较好地克服InSAR时空失相干限制,抑制地形和大气影响,增加时间采样率,在监测地表形变随时间演化方面取得了较好的应用。为了有效监测山西省长治矿区地表形变,利用DInSAR方法监测开采矿区的快速大形变,得到形变区30 d的最大沉降量为11 cm；利用SBAS方法监测矿区边缘微小缓慢形变,得到2003年7月-2010年7月期间区内地面沉降的空间展布及时间序列相对形变量。对于矿区周围相干性保持较好的居民区,SBAS方法监测结果表明其整体形变表现为沉降趋势,沉降面积较大,沉降速率为5~15 mm/a,最大累计沉降为90 mm。矿区因开采时间、开采方式、采储量以及地形等因素的不同而呈现出不同的沉降结果。

PS-InSAR与SBAS-InSAR监测地表沉降的比较研究

阐述PS-InSAR与SBAS-InSAR的方法与原理,以北京地区为例,处理了2004—2010年的31幅ENVISATASAR图像,将两种技术获得的结果作了对比分析。结果表明,PS-InSAR与SBAS-InSAR获得的结果具有很高的一致性;些微的差异主要表现为SBAS-InSAR的PS点形变时间序列在空间上相对更加连续。两种技术所取得的结果与北京市地面沉降的监测结果基本吻合,证明两种方法获得的结果都是可靠的。

SBAS电文时序动态编排算法

星基增强系统(SBAS)通过GEO卫星转发SBAS电文实现对GNSS服务性能的提升,以满足民航用户不同飞行阶段的导航需求,因此,合理有效的电文内容及播发时序设计是系统实现高质量服务的重要保证。为提高电文编排的灵活性,避免固定时序填补空余电文引起的播发资源浪费,提出了一种SBAS电文时序动态编排算法,在满足国际标准要求的前提下,综合利用SBAS电文龄期和最大播发间隔实现待播发电文的自动选择。利用NTMF实测数据对当前各主要SBAS的电文进行了特性分析,对所提方法的单双频SBAS电文编排效果进行了评估。结果表明:所提算法可保证电文时序符合国际标准要求,实现了重要电文的优先播发,将空余时隙进行动态分配实现了各类型电文播发间隔的近等比例缩短。与固定时序相比,单频SBAS完好性电文播发间隔缩短约15.0%,首次定位时间缩短约8%,双频SBAS电文首次定位时间缩短约6.5%;与固定时序的BDSBAS B1C电文相比,完好性服务能力提升约14.7%,首次定位时间缩短约16.7%。所提算法有效提升了SBAS电文播发的播发效率,实现了SBAS播发资源的100%有效利用。

Sentinel-1A卫星TOPS模式数据的SBAS时序分析方法——以黄河三角洲地区为例

Sentinel-1A是目前在轨运行的新一代SAR卫星,其TOPS成像模式具有宽幅成像的特点,能够实现大范围地表形变监测,目前国内外鲜有基于渐进扫描(terrain observation by progressive scans,TOPS)模式影像的小基线集(short baseline subset,SBAS)处理研究成果发表。以黄河三角洲地区作为研究区,选取了2015年5月—2016年4月27景Sentinel-1A TOPS模式影像,组成了94对干涉影像对,使用ECMWF气象数据估算大气延迟,实现大范围大气相位校正;然后采用SBAS时序分析方法提取了研究区地表累积形变量及形变速率图。研究结果表明,该地区近年来仍存在持续沉降,在广饶镇齐成工业园、广饶盐场及南宅科村周边等地区存在明显的沉降漏斗,沉降监测结果与该研究区已有文献所述沉降规律吻合,证明了TOPS模式SBAS时序分析方法应用于形变监测的可行性和有效性。

基于SBAS技术的煤矿采空区探查与稳定性评价

煤炭资源的长期开采,导致地下大面积采空区的存在。城市建设快速发展使得土地资源日益紧张,煤矿沉陷区土地成为可持续发展的重要资源。进行高精度和大面积的采煤沉陷地探查与采空区稳定性评价工作,有利于缓解地下采空与地面建设间日益尖锐的矛盾,对城市的可持续发展具有重要的现实意义。InSAR技术能够通过历史影像实现大覆盖面积、毫米级精度的地表形变反演,具有常规测量手段无法比拟的优势。为深入探究该技术在煤炭资源采空区调查和稳定性评价工作中的可用性,以济宁城市规划区为例,采用2018-09-12—2019-03-11的14景Sentinel-1影像,利用短基线集技术(SBAS)反演了研究区域的形变时间序列,成功探明了采煤塌陷地的空间分布,并结合相应时间段内的地表实测数据进行了解译精度的评价。对解译结果综合和研究分析发现:(1)探测到济宁城市规划区10余处采煤塌陷地,监测成果与水准实测数据间的最大中误差为5.8 mm;研究区内大部分范围内地表形变速率低于10 mm/a,表明相应位置的老采空区已基本趋于稳定。(2)所提取老采空区地面点的变形曲线符合开采沉陷的基本规律;形变解译结果能够显著区分不同开采条件下地表残余变形的特征。(3)研究成果能够查明目标区采煤沉陷地的空间分布位置,指导矿山地质环境调查工作高效、有针对性地开展;可以为老采空区稳定性的初步评价提供基础数据。

基于SBAS时序分析的大同地面沉降与地下水活动研究

大同盆地是汾渭盆地北端一个地面沉降较严重的区域,地下水开采是该区域地面沉降发生的一个重要原因。然而地下水活动与地面沉降在空间和时间的相关性却鲜有研究。为了掌握该地区地下水活动与地面沉降的内在联系,该文基于Envisat ASAR数据,利用短基线集(small baseline subset,SBAS)-In SAR技术对大同盆地地面沉降形变特征进行监测;同时利用地下水位监测数据,研究地面沉降中心与地下水位漏斗在空间和时间上的对应关系,定量分析2处地下水位波动与地表形变的关系。研究表明,地下水开采是大同盆地水源地地面沉降的主要原因,但并非所有的地下水位漏斗都存在地面沉降。该研究成果对指导该地区地下水开采及控制地面沉降有一定参考价值。

基于短基线集方法(SBAS-INSAR)技术的山区城市地面沉降监测研究——以攀枝花为例

基于合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic aperture radar,INSAR)技术的山区城市地面沉降研究,因地形复杂、植被覆盖等因素开展较少。首次在攀枝花市,利用12景2009-2010ENVISAT ASAR数据,采用短基线集方法开展大范围、长时间监测。结果表明,攀枝花市东区地面沉降较大,沉降的平均速率高达48 mm/年;西区沉降较小,沉降平均速率10 mm/年。推测原因多为城市化建设所致地面荷载;而市东北方向的露天矿区,因连续开采所致,不同时期同一地点的地表变化,导致高相干点在此区域分散稀疏,不能表明是否有沉降现象。

基于SBAS的兰西县城区地面沉降监测研究

本文通过采用小基线InSAR技术,对离散的DInSAR干涉对进行时序分析,获取黑龙江省兰西县城区2012年的线性地面沉降速率,通过去除大气延迟相位计算非线性形变量,进而获取时间上连续的沉降量。通过分析兰西县城区的沉降幅度、分布及其随时间变化的情况,发现研究区最大沉降速率达到2.4cm/年,地面沉降累积量随时间变化基本上呈线性的沉降。最后利用相邻轨道Radarsat-2数据独立计算的结果进行对比验证,相对误差在4mm/年以内,均方差为0.13cm/年。两者计算结果的一致性说明了本文研究区InSAR计算结果的准确性。

利用SBAS-InSAR技术研究印尼Agung火山的形变特征与岩浆房参数

基于ALOSPALSAR影像，利用小基线集合成孔径雷达干涉测量技术，提取了位于印度尼西亚巴厘岛的Agung火山2007～2009年的地表形变时间序列，并基于Mogi点源模型和竖直椭球体模型反演了岩浆房参数。结果表明：Agung火山地区大气延迟相位干扰较严重，Agung火山在2007～2009年发生了较明显的隆升形变，且与时间呈正相关。竖直椭球体模型能够更好地拟合InSAR形变场，岩浆房位于火山体下方约5km处。SBAS—InSAR结果表明，应加强跟踪监测Agung火山的潜在喷发危险性。

基于SBAS技术的金属矿山沉陷规律研究

D-InSAR技术已经发展成为一种重要的地表监测手段,在矿山监测方面已经有较多成功的案例。但是矿山地表沉陷是一个长周期的形变序列,D-InSAR技术由于失相关等因素影响无法获得长周期的时序形变,小基线技术削弱了失相关的影响,可以获得时序的地表形变。文中利用小基线技术分析金属矿山沉陷规律,以某大型锑金属矿山为研究背景,用过14期形变序列探索一定地质采矿条件下的金属矿山的开采沉陷规律。结果表明,金属矿山受重力作用较大,部分区域地表形变受复杂地质构造控制。

基于SBAS技术的南京市地面沉降监测研究

利用覆盖南京市2007—2011年共17景ALOS PALSAR影像,通过短基线方法(SBAS)对研究区进行地面沉降监测,获取了时间形变特征、累积沉降量和年平均沉降速率,研究区平均沉降速率最大达-49.3 mm/a。在此基础上,通过搜集的南京市9个CORS点数据对SBAS结果进行验证,两者结果吻合度高,最大与最小偏差分别为4.4mm/a和-4.6 mm/a,证明利用短基线方法在南京这种以平原地貌为主的地区进行地面沉降监测是可行的。