CRInSAR大气校正模型比较与分析

王兴旺

摘要 人工角反射器辅助雷达干涉测量（CRInSAR）中，电磁波信号受各种因素的影响，其中大气能够引起信号延迟和传播路径弯曲，在此先对已有大气中对流层校正模型进行比较，然后对基于GPS数据和气象观测数据的大气改正方法进行试验研究，证明大气校正模型对雷达干涉测量的影响和消除的有效性。

关键词 雷达干涉测量；人工角反射器；大气校正

中图分类号 S163 文献标识码 A 文章编号 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

在雷达干涉测量（InSAR）中，电磁波信号受各种因素的影响，其中大气能够引起信号延迟和传播路径弯曲[1]。大气影响是一种不确定的因素，不能用固定的算法模拟。对于高精度测量如形变监测，大气的影响就会成为一个重要因素。大气中对流层和电离层是主要影响信号传播部位，对流层大气温度、湿度和气压变化大，电磁波信号会在这种介质中传播时路径发生变化。电离层中，是受测区范围的影响，要是测区范围大，不同部位电离层的发布情况就必须考虑，如果测区面积小，电离层产生的影响可以认为是相同的。大气校正模型可以分为统计型和物理型两类[2]。统计型是基于陆地表面变量和分析遥感数据的相关关系，容易建立且可以有效地概括从局部区域获取的数据。物理模型遵循遥感系统的物理规律，它们也可以建立因果关系，实际操作中很难完全实现。

笔者在此首先对已有大气中对流层校正模型进行比较，然后对基于GPS数据和气象观测数据的大气改正方法进行试验研究，证明大气校正对雷达干涉测量的影响和消除的有效性。

1 常用的统计型大气校正模型

1.1 相位累积平均法 对试验区的多幅干涉图进行相位解缠，然后求平均，来达到降低大气影响的目的。此方法的缺点是相同SAR干涉影像很难获取；相位梯度无法检核，需要相位解缠；形变速率必须假设为常数；突发的影响无法去除。

1.2 利用GPS数据和气象观测资料

GPS可以提高时间分辨率和平面位置精度，气象数据提高了外部数据的空间分辨率。此法的优点是可以应对各种气象条件，且精度高；缺点是数据要求苛刻，需要有SAR卫星过境时的GPS数据[3]。

1.3 永久散射体（PS）技术 利用特定的点上的相位数据来估计地球物理信号。此方法的优点是通过识别高相干目标，获取地区干涉相位的不同成分。此方法的缺点是需要25～30幅SAR影像才能获得比较；依赖于测区可靠的高相干点的数量和分布。

1.4 利用MODIS和MERIS的数据 反映可降水汽总量。此方法缺点是只有在晴朗的天气条件下收集到的PWV值才可以用来改正InSAR的测量结果；MODISPWV高估了水汽量，需要先校准。

这些大气校正方法各有优缺点，不同的校正方法适合在不同的条件下。可以根据实际情况选择方法，最终达到有效去除大气效应的影响。在此对基于GPS数据和气象观测数据的大气改正方法进行试验与研究。

2 基于GPS和气象数据的CRInSAR大气校正模型

基于研究区域有连续运行的GPS基准站，可以满足有SAR卫星过境时的GPS数据[4]，大气校正模型的实施步骤如下。

4 结论

CRInSAR技术能够解决较小区域的形变监测，为测绘外业工作节省了大量的人力物力。但在实现高精度形变监测时，必须去除大气延迟影响。文中通过总结比较现有常用的

大气校正模型，建立了基于GPS观测数据的大气改正模型，并通过试验数据反映出滨海新区布设的角反射器点位上的大气影响，从试验数据看出，大气校正模型对雷达干涉测量的影响消除效果明显。去除大气的影响，为后续形变监测的数据精度提供了保障。

参考文献

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

[2] 郑伟，曾志远.遥感图像大气校正方法综述[J].遥感信息，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.