CRInSAR大氣校正模型比較與分析

王興旺

摘要 人工角反射器輔助雷達干涉測量（CRInSAR）中，電磁波信號受各種因素的影響，其中大氣能夠引起信號延遲和傳播路徑彎曲，在此先對已有大氣中對流層校正模型進行比較，然后對基于GPS數據和氣象觀測數據的大氣改正方法進行試驗研究，證明大氣校正模型對雷達干涉測量的影響和消除的有效性。

關鍵詞 雷達干涉測量；人工角反射器；大氣校正

中圖分類號 S163 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）13-03966-03

Abstract Corner Reflector Interferometric Synthetic Aperture Radar（CRInSAR）， electromagnetic wave signal is affected by various factors. The atmosphere can cause signal delay and propagation path curve. First， the available atmospheric correction models were compared. Then， atmospheric correction methods based on GPS data and meteorological observation data were studied， the influence of atmospheric model to the radar interferometry and effective elimination were proved.

Key words Interferometric Synthetic Aperture Radar （InSAR）； Corner reflector； Atmospheric correction

在雷達干涉測量（InSAR）中，電磁波信號受各種因素的影響，其中大氣能夠引起信號延遲和傳播路徑彎曲[1]。大氣影響是一種不確定的因素，不能用固定的算法模擬。對于高精度測量如形變監測，大氣的影響就會成為一個重要因素。大氣中對流層和電離層是主要影響信號傳播部位，對流層大氣溫度、濕度和氣壓變化大，電磁波信號會在這種介質中傳播時路徑發生變化。電離層中，是受測區范圍的影響，要是測區范圍大，不同部位電離層的發布情況就必須考慮，如果測區面積小，電離層產生的影響可以認為是相同的。大氣校正模型可以分為統計型和物理型兩類[2]。統計型是基于陸地表面變量和分析遙感數據的相關關系，容易建立且可以有效地概括從局部區域獲取的數據。物理模型遵循遙感系統的物理規律，它們也可以建立因果關系，實際操作中很難完全實現。

筆者在此首先對已有大氣中對流層校正模型進行比較，然后對基于GPS數據和氣象觀測數據的大氣改正方法進行試驗研究，證明大氣校正對雷達干涉測量的影響和消除的有效性。

1 常用的統計型大氣校正模型

1.1 相位累積平均法 對試驗區的多幅干涉圖進行相位解纏，然后求平均，來達到降低大氣影響的目的。此方法的缺點是相同SAR干涉影像很難獲取；相位梯度無法檢核，需要相位解纏；形變速率必須假設為常數；突發的影響無法去除。

1.2 利用GPS數據和氣象觀測資料

GPS可以提高時間分辨率和平面位置精度，氣象數據提高了外部數據的空間分辨率。此法的優點是可以應對各種氣象條件，且精度高；缺點是數據要求苛刻，需要有SAR衛星過境時的GPS數據[3]。

1.3 永久散射體（PS）技術 利用特定的點上的相位數據來估計地球物理信號。此方法的優點是通過識別高相干目標，獲取地區干涉相位的不同成分。此方法的缺點是需要25～30幅SAR影像才能獲得比較；依賴于測區可靠的高相干點的數量和分布。

1.4 利用MODIS和MERIS的數據 反映可降水汽總量。此方法缺點是只有在晴朗的天氣條件下收集到的PWV值才可以用來改正InSAR的測量結果；MODISPWV高估了水汽量，需要先校準。

這些大氣校正方法各有優缺點，不同的校正方法適合在不同的條件下。可以根據實際情況選擇方法，最終達到有效去除大氣效應的影響。在此對基于GPS數據和氣象觀測數據的大氣改正方法進行試驗與研究。

2 基于GPS和氣象數據的CRInSAR大氣校正模型

基于研究區域有連續運行的GPS基準站，可以滿足有SAR衛星過境時的GPS數據[4]，大氣校正模型的實施步驟如下。

4 結論

CRInSAR技術能夠解決較小區域的形變監測，為測繪外業工作節省了大量的人力物力。但在實現高精度形變監測時，必須去除大氣延遲影響。文中通過總結比較現有常用的

大氣校正模型，建立了基于GPS觀測數據的大氣改正模型，并通過試驗數據反映出濱海新區布設的角反射器點位上的大氣影響，從試驗數據看出，大氣校正模型對雷達干涉測量的影響消除效果明顯。去除大氣的影響，為后續形變監測的數據精度提供了保障。

參考文獻

[1] GOLDSTIEN R.Atmospheric limitations to repeat-track radar interferometry[J].Geophys，1995，22（18）：2517-2520.

[2] 鄭偉，曾志遠.遙感圖像大氣校正方法綜述[J].遙感信息，2004（4）：66-70.

[3] LI Z W，DING X L，LIU G X.Modeling Atmospheric Effects on InSAR with Meteorological and Continuous GPS Observations：Algorithms and Some Test results [J].Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics，2004，66：907-917.

[4] LI Z W，.DING X L，HUANG C，et al.Modeling of atmospheric effects on InSAR measurements by incorporating terrain elevation information[J].Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics，2006，68（11）：1189-1194.

[5] LI Z.Correction of water vapor effects on repeat-pass InSAR using GPS MODIS and MERIS data.Department of Geomatic Engineering[D].London：University of London，2005.