永久散射体雷达差分干涉应用于区域地表沉降探测

永久散射体干涉测量技术可以克服常规干涉方法在区域地表形变测量中的雷达信号失相关和大气延迟影响.本文对基于永久散射体的干涉处理全过程进行了分析,基于差分相位的两个主要特性:沉降信号时序相关、地形相位与空间基线成比例,提出构建PS网络,并采用间接观测平差法估计沉降速度网和高程修正网的全局最优解.实验选取上海地区近10年间的ERS-1/2卫星C波段SAR数据进行干涉处理,在永久散射体上分离形变信号、高程修正和大气分量,并最终提取上海地区高分辨率地面沉降速度场,PS结果与地面精密观测成果吻合较好.

基于永久散射体雷达差分干涉测量的城市地面沉降研究——以上海地面沉降监测为例

基于永久散射体雷达差分干涉测量技术，提出探测永久散射体的振幅信息双阚值方法，研究上海陆家嘴地区在1992～2002年的地面沉降，获得该地区的线性和非线性沉降量以及区域沉降场，证实了地表形变在1km范围内具有强相关性。结果显示陆家嘴地区在1992～2002年间的线性沉降速率为13．2mm／a，总体平均沉降速率为16．8mm／a，与实测结果之间具有较高的一致性。研究表明，PS—DInSAR技术不仅可有效探测地表离散目标的线性形变，还可探测其非线性形变以及获取地表区域形变场，并且可监测地表形变的时序变化过程。除了可用于城市沉降监测外，PS—DInSAR技术还可用于地震、火山、滑坡等地质灾害的监测。

基于雷达干涉永久散射体网络探测地表形变的算法与实验结果

为削弱常规卫星DInSAR技术在区域地表形变探测应用中时空失相关与大气延迟的负面影响，探索和发展了基于永久散射体（PS）观测网络建模与参数稳健估计的算法并开发一套完整的计算程序，可达到分离和提取线性与非线性形变时间序列、地形数据误差与大气信号的目的。以上海市沉降场为对象，选取1992～2002年间ERS-1／2卫星所获取的26幅SAR影像为源数据，分别开展模拟和真实数据的实验，证实该算法和计算程序是有效而可靠的。

基于永久散射体雷达干涉测量的苏州地区沉降研究

利用传统SAR差分干涉测量技术进行城市沉降等地表微小形变监测时,由于经常受时间和几何去相干以及大气不等延时等因素的影响,使SAR差分干涉测量不能很好地得到推广应用,通过从一系列ERS-1／2 SAR图像中提取在时间序列上保持高相干的自然反射体即永久散射体作为研究对象,进行精密SAR差分干涉测量相位分析反演,较好地克服了时间去相干的影响,并以苏州城市沉降为例,通过获得的1992-2000年的25幅ERS-1／2 SAR图像,建立线性形变模型,得到了苏州地区近8年的连续形变场．实验结果表明,PSInSAR结果与水准数据保持很高的一致性,可用于进行长时间序列的城市沉降监测．

永久散射体网络建模及地表形变与大气影响分析

为了更有效、更可靠地探测地表线性和非线性形变,估计SAR成像时的大气影响,本文提出了基于优化永久散射体网络的邻域差分建模方法,详细讨论了PS组网、网络优化以及估计地表形变与大气影响等参数的数学模型与计算过程,并基于Matlab环境编程实现了这一方法。最后以上海陆家嘴地区为例,选取26幅ERS-1/2卫星SAR影像进行实验,探测出实验区在1992—2002年间的线性形变速率、非线性形变量、总的区域形变场及各成像时刻的大气影响值,与地面观测结果具有较高的一致性。实验结果表明,本文提出的PS邻域差分建模方法是可行的,相应的计算程序是可靠的。

PSDInSAR的永久散射体时序选择方法

已有永久散射体(PS)识别技术均侧重于利用时序数据集的统计特性,而没有考虑到数据集的时序特性,这样的处理方式势必带来时序信息的浪费,造成部分PS点的漏选。该文重点关注一种永久散射体具有较好的相位稳定度但却在整个监测时间内不连续,称这种PS点为类永久散射体点。文中对类永久散射体的概念及特征进行了详细描述,利用仿真实验分析了类永久散射体应用的可行性,根据类永久散射体特性对其进行了有效选择,形成一种新的永久散射体选择方法——时序选择法。同时对时序选择法以天津地区Envisat ASAR影像数据进行实验验证。通过类永久散射体的选择,PS点数量提高了、不均匀分布特性得到改善,同时保证了其较高的相干性。

PS-DInSAR时序差分干涉图公共主影像选取方法

针对基于相干系数的PS-DInSAR时序差分干涉图主影像优化选取方法存在的干涉对垂直空间基线、时间基线和多普勒质心频率差3个因素中有任意一个因素大于临界值时,其他2个因素的影响将被忽略的问题,提出了基于正则化距离的主影像优化选取方法.实验结果表明,当干涉图序列的时空基线或多普勒质心频率差总体较大时,所提方法较基于相干系数的方法更加有效和可靠.

星载雷达干涉测量中角反射器的设计和安装

介绍利用基于欧空局ENVISAT ASAR卫星观测数据的雷达差分干涉测量(D-InSAR)和永久散射体干涉数据处理技术(PS)进行地面沉降活动监测时,如何简便地进行角反射器的设计和安装,来增强卫星反射信号的强度和获得较稳定的永久散射体,以便获得长时序、高相干性的卫星数据,从而实现对地面有效监测的目的。着重从角反射器的设计和安装原理、技术思路、作业步骤和过程、数据效果等方面阐述如何在星载雷达干涉测量技术中设计角反射器。为研究有关角反射器的设计提供一种思路。

永久散射体雷达干涉研究综述

传统D-InSAR技术虽然在地表形变测量应用中得到广泛应用,但其测量精度容易受失相干、大气效应、DEM误差等的影响,测量结果有时甚至不可靠。为了突破这些限制,在D-InSAR技术中引入时间维,筛选出时序SAR图像上受失相干影响较小的像元,建立并解算相位模型,从而提取形变信息。PS-InSAR技术自出现以来,经过不断改进,在受失相干影响较大的长期缓慢形变监测中发挥了重要作用,一直是近年来雷达干涉领域研究的重点问题。详细梳理了PS-InSAR技术的发展历史,总结了关键技术环节的改进算法以及应用领域,指出现有PS-InSAR技术仍然存在的问题以及可能的发展趋势。

基于时序InSAR技术的信阳市中心城区地面沉降监测

基于小基线集合成孔径雷达干涉技术(SBAS-InSAR)对2018年11月至2022年10月间Sentinel-1卫星数据进行处理,获取了信阳市中心城区该时期的地面沉降变化,并利用永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)对沉降区的同名点进行验证。结果表明:PS-InSAR和SBAS-InSAR沉降结果保持了良好的一致性;信阳市中心城区整体呈现“老城稳定,新区沉降”的特征,其中羊山新区地表沉降最为明显;利用SBAS-InSAR技术进行城市沉降监测具有一定的适用性和可靠性,可为信阳市中心城区地表沉降的监测和预警工作提供参考。

基于PS-InSAR技术探测地表形变的实验研究

常规合成孔径雷达差分干涉测量技术在区域地表形变探测中存在时空失相关和大气延迟的影响,为了克服或减弱它们的影响,分离和提取线性、非线性形变时间序列以及地形数据误差与大气信号,以西安市沉降场为研究对象,用17景Envisat数据进行了实验研究,并与常规D-InSAR结果比较,证实了PS-InSAR技术用于地表形变监测的有效性。

DInSAR技术的最新进展

从传统合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术面临的问题出发,分析了近年来DInSAR技术发展的新趋势,详细论述了最小二乘(Least Squares,LS)方法、永久散射体(Permanent Scatterer,PS)方法和小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)方法的原理、应用及发展趋势。

PS-DInSAR技术在矿区地表形变测量中的应用探讨

简要介绍并比较当前矿区地表形变监测的主要方法,阐述PS-DInSAR技术的原理与优势,并就其应用中的技术问题及解决方案进行讨论。

用PSInSAR技术监测地面沉降研究

永久散射体差分干涉测量技术为提高形变监测精度展示了很好的应用前景。根据ERS1/2卫星提供的InSAR数据,采用三重阈值PS自动探测算法,获取了1992—2002年上海试验区的地表沉降,上海试验区的总体平均沉降速率为9.3mm/a,与精密水准测量结果具有较高的一致性。

面向PS-InSAR技术的桥梁随机形变规律

为了建立面向合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术的桥梁安全预警体系,需要考虑桥梁在随机荷载下的形变规律。由于桥梁的整体形变特征能由桥梁形变关键点的形变来表征,故在桥梁形变关键点上设置了人工PS点,利用蒙特卡罗法-有限元模拟技术,在不同的日温时段上探讨目标桥梁的形变关键点的随机形变规律,依据随机车流荷载模型探讨随机车流对桥梁形变关键点随机形变规律的影响。研究结果表明,统一桥梁的形变关键点与人工PS点,将蒙特卡罗法-有限元模拟技术和PS-InSAR技术结合起来,可将InSAR技术与桥梁工程联系在一起;随机系统温度对桥梁形变关键点的形变有明显的影响,甚至可达cm量级;将日温温度划分成4个时间段后对桥梁做蒙特卡罗法-有限元模拟,就能在SAR图像数据分析时剔除InSAR量测中随机系统温度因素的影响;随机车流下桥梁形变关键点的形变在mm量级,远小于随机系统温度对桥梁形变关键点形变的影响。

PS-InSAR技术在无锡中心城区地表形变监测中的应用

本文以Sentinel-1A数据为基础,通过永久散射体雷达干涉技术(PS-InSAR)得到无锡中心城区2018年10月至2020年10月地表形变监测数据,分析无锡中心城区地表形变情况和时空分布特征。结果表明:无锡市中心城区整体呈现“西北部抬升,南部沉降”的特点。监测时段形变速率范围为-14~20 mm/a,累积形变量达到112.5 mm。沉降较大区域主要在滨湖区高凯路-大通路附近。地面抬升主要位于惠山区玉祁镇-前洲镇所构成的片状区域,及梁溪区华源小区-五爱家园-恒隆广场-崇安寺一带。而新吴区和锡山区整体趋于稳定。对无锡市的建设规划及灾害预防具有指导意义。

时序InSAR技术在太原地铁沿线形变监测中的应用

城市轨道交通的建设与运营会引起地铁沿线的持续形变而造成地面沉降,给地面及地下基础设施带来安全隐患。为了解太原市首次开通运营太原地铁二号线一期线路以来沿线地面形变情况,以二号线一期工程沿线为研究对象,使用2020年6月至2021年11月共20景Sentinel-1A影像,基于永久散射体、小基线集技术对研究区进行地面形变监测。研究表明,两方法所得沉降分布情况、形变时序分析结果有很高的一致性,线路沿线最大沉降为31.96 mm,最大沉降速率为32 mm/a,存在三个较明显的沉降区域,推断与其处于大规模的不断的城市建设区域密切相关。本次研究可为后续太原市地铁建设沿线地表形变监测提供参考。

PSInSAR永久散射体的自动探测

为了有效探测合成孔径雷达差分干涉测量中的永久散射体,综合考虑永久散射体对雷达波的强反射特性和散射的稳定性,本文提出了三重阈值自动探测算法,即时序相关系数、振幅离差和振幅指数三重阈值串行结合的算法。该方法首先考虑回波信号的高信噪比特性,用平均相干系数和振幅两道阈值挑选出永久散射体候选点,然后考虑永久散射体强稳定性,用振幅离差阈值从永久散射体候选点中进一步精选出永久散射体。最后利用上海地区的24幅ERS1/2 C波段合成孔径雷达图像进行了实验,证实了该方法是有效和可靠的。

利用Sentinel-1A合成孔径雷达干涉时间序列监测陇东地区地面沉降变形

基于覆盖陇东地区同一轨道的97景Sentinel-1A卫星影像,在ISCE和StaMPS数据处理平台上利用PS-InSAR技术进行叠加数据处理,获得研究区自2014年10月至2019年5月的年平均地表LOS向形变场,并对形变场结果进行二维网格滤波处理,获取沉降中心的变化特征。研究结果表明:陇东地区主要存在两类形变,一类是由构造活动引起的地表形变,主要分布在海原断裂与六盘山东麓断裂转换区附近,跨海原断裂年平均形变约为1 mm/a,而六盘山东麓断裂附近断层无明显变形,鄂尔多斯块体内部变形微弱;另一类则是由人类工业活动,如煤矿开采、地下水开采活动等导致的地表沉降,主要影响区域为华亭矿区和宁正矿区,均呈现漏斗状沉降形态,年均最大沉降分别约为8 mm/a和30 mm/a。

基于PS-InSAR和GIS空间分析的南通市区地面沉降监测

为提高永久散射体雷达差分干涉测量(PS-InSAR)技术中大气延迟相位提取精度,在采用滤波方法从残余相位中提取大气延迟相位时,提出了基于结构函数的最佳滤波方法及滤波窗口大小的自动确定方法;并对PS(permanentscatterer)点的线性形变速率进行空间分析,了解其数据分布,探测离群值,然后进行Kriging插值,以获得高分辨率的沉降速率图.为验证方法的有效性,以江苏南通市区为试验区域,采用2006—2007年间15幅Envisat卫星SAR(synthetic aperture radar)图像进行地面沉降监测.结果表明,该方法有利于确保大气延迟相位的提取精度,获得了南通市区高分辨率的沉降速率图,发现南通市区存在多个沉降漏斗,但在2006—2007年间没有出现沉降速率特别大的沉降漏斗,大部分区域的沉降速率不超过11 mm.年-1.