基于多源InSAR數據的三維地表形變解算方法研究

王志偉

1. 山東建筑大學測繪地理信息學院，山東 濟南 250101; 2. 山東科技大學測繪科學與工程學院，山東 青島 266590

隨著不同成像參數SAR衛星不斷發射升空以及新的InSAR技術不斷出現，同一地區可以獲取多尺度、多源、異質的InSAR地表形變監測數據。將這些多源InSAR地表形變監測數據作為觀測量，實際三維地表形變作為未知參數，建立模型并解算，實現東西、南北和垂直向地表形變監測，為地質災害預報及監測提供更全面的基礎資料。本文以InSAR三維地表形變解算為核心研究內容，針對大梯度、軌道和地形、粗差等因素對解算精度的影響，利用現代測量數據處理理論和方法，消除或抑制上述因素導致的各類噪聲，實現多源InSAR數據的三維地表形變高精度解算。主要包括以下幾個方面的研究內容：

(1) 系統研究了SAR成像及InSAR干涉相位技術原理，特別對視線向及方位向地表形變監測技術進行了深入細致的分析與研究，結合技術原理給出主要的數據處理流程。在此基礎上，獲取了巴姆地震方位向地表形變信息。相對于常規InSAR技術獲取的一維視線向地表形變而言，方位向地表形變可以提供更豐富的地表形變信息。

(2) 針對大梯度、失相干等對干涉相位技術的影響，提出一種多種InSAR技術聯合的大梯度三維地表形變解算方法，該方法基于升、降軌SAR影像，通過聯合D-InSAR和Offset-tracking獲取視線向地表形變，聯合MAI和Offset-tracking獲取方位向地表形變，在此基礎上，針對兩個方向地表形變監測精度不同，采用Helmert方差分量估計的方式確定權重，建立三維地表形變模型并解算。本文通過分析可監測形變梯度、MAI干涉圖標準差與相干性系數的關系，描述了以相干閾值為基準的大梯度形變區域識別流程。以山東濟寧某煤礦為研究區，利用上述方法對該區域進行三維地表形變監測，獲取包含大梯度、失相干區域在內的三維地表形變場。研究結果表明，該方法可以突破InSAR技術受失相干、可監測形變梯度小等因素限制的問題，實現大梯度、失相干三維地表形變監測。

(3) 針對軌道、地形和噪聲等誤差對多視線向D-InSAR三維地表形變解算的影響，提出了一種基于GPS約束定權的多視線向D-InSAR三維地表形變解算方法。該方法以同期高精度GPS形變觀測量對多視線向D-InSAR觀測量進行精度評價，顧及軌道、地形和噪聲等誤差對多視線向D-InSAR觀測量影響的特點，建立與像元位置和高程相關的聯合擬合模型，完成逐像元精度評價，實現對多視線向D-InSAR觀測量定權。本文以分別模擬和真實數據試驗對該定權方法的可行性和精度進行驗證。結果表明，所提出的解算方法提高了解算精度，解決了多源InSAR數據聯合解算權矩陣確定中存在的定權難、適用性差、精度低等問題。

(4) 針對粗差對多源InSAR數據三維地表形變解算的影響，基于Helmert方差分量估計，發展了多源InSAR數據三維地表形變抗差解算方法。該方法利用最小二乘方法進行三維地表形變解算，獲取預平差觀測量的殘差，建立最小二乘殘差與觀測量單位權方差的函數關系，并通過計算出的單位權方差對InSAR地表形變觀測量進行定權。根據選權迭代法等價權原理對最小二乘殘差的判斷，進而對觀測量進行保權、降權和淘汰處理，實現三維地表形變的抗差解算。論文采用模擬試驗數據和巴姆地震實測數據對所提方法的可行性和精度進行了驗證。結果表明，上述抗差解算方法可以有效消除粗差的影響。