InSAR在地表形变监测中的关键技术及应用

王霞迎

东华理工大学测绘工程学院，江西 南昌 330013

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar，InSAR)技术是近20年发展起来的新型微波遥感对地观测技术，突破了GPS等传统测量手段以点构网的特点，为大地测量科学在地表监测领域提供一种全新的视角，成为人类更加全面地了解地表形变灾害规律的重要手段。论文首先分析了常规InSAR中各种误差特征及消除方法，重点研究了解缠误差的探测及改正，大气误差在时序形变中的估算；同时，为全面了解研究区域形变规律，提出了一种基于升降轨InSAR和GPS获取多维形变的方法；最后，根据试验形变区域水平运动特征，利用宽幅升降轨Sentinel-1数据和GPS数据提出一种改进的多维形变获取方法，主要研究内容如下。

(1) 利用干涉对闭合环可揭示误差的特征，提出了在数据预处理阶段解缠误差的探测及改正方法。此方法首先去除解缠干涉对中低通形变量，而后重新进行相位解缠，查找目标干涉对的闭合环，从而由多个闭合环残差组合搜索解缠误差，解算出解缠误差数值。此方法摒弃了传统人工识别解缠误差的繁琐，不仅可自动进行解缠误差的识别和改正，还可以去除误差较大的相位观测。

(2) 改进了时序形变解算中大气和非线性形变的获取方法。提出在函数模型中，将湍流大气和非线性形变之和作为未知参数计算最优估值，而后采用奇异谱分析从估值中分离出大气。对比Usai和Bernard两种函数模型采用等权和自适应随机模型的解算结果，通过仅含有大气误差的干涉对验证，结果显示论文提出的函数模型采用等权随机模型，估计出的大气误差与干涉对具有较好的一致性。

(3) InSAR与GPS融合是构建多维形变场的主要技术手段。论文提出以抗差估计在函数模型中求解升降轨InSAR数据的系统偏差常量，并用克里金插值GPS站点形变量以实现与InSAR的空间分辨率相一致。而后，解算了2009—2010年ENVISAT ASAR和ALOS PALSAR数据的西安市年形变速率和GPS站点在东西、南北和垂向的三维形变量。采用3种方案对比分析，并用水准点垂向形变量验证，结果显示：忽略南北向形变，使用升降轨InSAR解算西安市东西和垂向形变的结果最为可靠。

(4) 根据洛杉矶区域水平运动特征，统一升降轨Sentinel-1数据和GPS的时空分辨率，结合GPS的南北向和东西运动速率和升降轨InSAR年形变速率，获取三维形变速率场。分析洛杉矶区域2015—2018年在水平方向匀速运动的形变特点，结合InSAR和GPS形变数据，获取了洛杉矶盆地的三维平均速率形变及其他形变区域中心的垂向时间序列，并采用相应的方法进行验证，解算结果具有较高的符合性。