基于insar技术的沉降监测

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1、2009202140046王寅珂《变形分析的理论与方法》课程作业1基于永久散射体雷达干涉测量技术的沉降监测一、永久散射体雷达干涉测量技术（PSI）简介合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是一种使用微波探测目标的成像技术，可将复图像进行相位干涉和差分处理，从中提取地表移动变形信息，从而对地面沉降变形进行监测。目前，合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术作为一种重要的地面沉降监测技术，应用已比较广泛，在进行地表形变监测时，理论上能达到mm级精度。但其受时间、空间去相关以及大气延迟的影响十分严重：时间

2、的去相关主要是指图像分辨单元内物体在图像获得的时间间隔内散射特性发生变化，从而导致所获得的图像对之间失去相关性；几何去相关性主要是指由于成像卫星观测位置不同而导致接收信号时的入射角的不一致，使得物体在图像分辨单元内发生空间变化而导致的去相关性；此外大气的不均匀所产生的大气相位以及不同成像时期大气的不同延时作用也将破坏所获得干涉相位的精确性。Ferretti等人在2000年提出了一种称为“永久散射体”（PermanentScatterer）的新技术，它利用从时间序列的SAR图像集中选取那些保持高相关性的

3、点，利用他们的散射特性在长时间上保持的稳定性，获得可靠的相位信息。因此，永久散射体干涉测量技术（PSI）应运而生，PSI技术的目的是解决D-InSAR中时间、空间的去相关和大气效应等限制测量精度的问题。与传统方法比较而言，该技术真正实现了生成m级的DEM和mm级地表形变监测，所获得的永久散射体(PS)可被用作构成一个“天然”的角反射器网，可以高精度地监测城市沉降、滑坡、地震断层和火山地区等地表形变。同时，由于PS点不受时间和空间去相关的影响，使可利用的SAR影像突破了已有的时间和空间基线的极限限制，大

4、大增加了SAR影像的可用数量。二、作业原理PSI技术的基本原理是利用多景（一般要求大于25景）同一地区的SAR影像，通过统计分析所有影像的幅度信息，查找不受时间、空间基线去相关和大气效应影响的永久散射体。利用这些永久散射体的插值拟合曲面，计算出DEM2009202140046王寅珂《变形分析的理论与方法》课程作业1误差、视线方向目标物体的偏移值和大气效应线性贡献值，达到估计并去除大气效应相位贡献值、提高变形监测精度的目的。考虑各种因素，就差分干涉图来说，每个像元的干涉相位值（未解缠）可以表示为：式中，

5、是地物后向散射的差异而引起的相位变化，如果两次成像时地物与电磁波的相互作用不变，则；反映了传感器与地物之间距离的变化，即检测地表形变的相位信号；是大气效应的附加相位；是其他噪声引起的误差，如热噪声、斑点噪声和DEM的误差等。如上所述，是需要提取出来的有用信号，是必须求解并应去除掉的，则可作为微小项被忽略。经过研究发现，尽管大气效应对每一景SAR影像表现了一种很强的去相关，但通过对长时间序列的多景SAR影像的综合分析，大气效应的影响可以被估计并去除。其主要思想是：充分利用尽可能多的影像，提高对大气效应估

6、计的准确性：在这些影像集中，选择那些受时间和空间去相关影响比较小的点状目标，作为相位稳定的散射体。通常，这些点状目标小于图像分辨率像元，且不受基线距的限制，它们被称为永久散射体（PS）。识别其方法是根据对差分干涉影像的幅度稳定性的统计分析，计算幅度稳定系数(ASI)，再通过设置适当的阈值，达到选择符合要求的PS点的目的。在由许多PS点组成的格网中，只要PS点的空间分布密度足够大（），利用这些点的插值拟合曲面,就可以去除大气效应贡献值，即式中的。三、作业流程PSI技术的基本步骤主要包括：PS候选点的查找

7、；估计并去除大气效应；计算DEM误差和PS点视线方向的移动速度以及提取PS点构成不规则格网。识别PS2009202140046王寅珂《变形分析的理论与方法》课程作业1是整个技术流程的关键，PS点过多或过少都对测量精度有很重要的影响。通过计算由PS拟合生成的格网图并剔除大气效应贡献值，是整个技术流程最有意义的步骤。具体技术流程如下：（1）单视复数(SLC)影像定标。为了在长时序的SAR数据集中分析每个像元反射值的统计特性，应对这些影像进行辐射定标。以ENVISATASAR数据为例，欲获得ENVISATA

8、SARSLC图像中第i行、j列像素的后向散射系数,需先求出该像素的线性强度值，即式中，I和Q分别是SLX图像中该像素的实部与虚部值；K是定标常量；是该像素的局部入射角；是该像素对应的传感器视角；是相应的双程天线增益；和分别是实际斜距和参考斜距。根据定标后的线性强度，求得后向散射系数为（2）永久散射体候选点(PSC)筛选。PSC被认为是长时间序列图像集中最可能具有稳定散射特性的像素点，在定标后的SAR数据集中，可通过分析像素的幅度特性来筛选。该特性可用幅度