[发明专利]一种基于两景SAR强度影像的矿区地表大量级三维形变估计方法

说明书

本发明公开了一种基于两景SAR强度影像的矿区地表大量级三维形变估计方法，利用SAR强度偏移量追踪算法从两景SAR强度影像中生成矿区地表雷达视线向和方位向形变；基于矿区地表水平移动与下沉梯度的比例关系建立东西、南北方向水平移动与下沉之间的函数模型；分别建立矿区地表下沉与视线向和方位向形变的观测方程组；利用最小二乘法估计求解矿区地表下沉；基于求解的地表下沉，使用矿区地表水平移动与下沉梯度的比例关系估计矿区地表在东西、南北方向的水平移动。实现了仅利用两景SAR强度影像估计矿区地表大量级三维形变，有效地克服了传统方法无法从单个InSAR干涉对中获取大量级三维形变的局限。

技术领域

本发明涉及一种基于两景SAR强度影像的矿区地表大量级三维形变估计方法。

背景技术

矿区地表在东西、南北和垂直方向的三维形变监测对于提前评估和控制地下开采导致的潜在地质灾害和建构筑物损坏有着重要作用。

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术是一种新兴的雷达遥感技术。该技术基于两景SAR单视复数(single look complex,SLC)影像生成的单个InSAR干涉对，实现了地表雷达视线方向(line-of-sight,LOS)形变的大范围、高精度、低成本、非接触监测。然而，由于InSAR技术仅能从单个InSAR干涉对中获取一维LOS向形变，而非真正的地表三维形变。从而大大地制约了InSAR技术在矿区的应用前景。为了获取矿区地表三维形变，传统的方法至少需要三个来自于不同雷达成像几何学SAR数据的InSAR干涉对，即至少需要六景SLC影像。受限于目前较少的可用SAR卫星数量，该方法在实际应用中很难满足。

发明专利ZL201210440875.4提出了一种利用单个InSAR干涉对获取矿区地表三维形变场的方法，该发明有效地克服了传统方法无法从单个InSAR干涉对中获取矿区地表三维形变的局限，大大降低了传统方法对于数据的苛刻要求，为矿区地质灾害和建构筑物风险评估提供了重要的参考依据。由于InSAR技术是基于两景SLC影像的干涉相位的，所以当干涉相位失相关时，InSAR技术则无法准确地获取地表雷达视线向形变。然而，大量级形变常常导致InSAR干涉相位失相关，从而致使发明专利ZL201210440875.4无法获取矿区大量级三维形变。

发明内容

本发明提供了一种基于两景SAR强度影像的矿区地表大量级三维形变估计方法，其目的在于克服传统基于单个InSAR干涉对的方法无法获取矿区地表大量级三维形变的局限，利用矿区地表水平移动与下沉梯度的比例关系从SAR强度偏移量追踪算法得到的矿区地表视线向和方位向形变中估计矿区地表沿着垂直、东西和南北方向的三维形变，大大地拓宽了SAR技术在矿区的应用前景。

一种基于两景SAR强度影像的矿区地表大量级三维形变估计方法，包括以下几个步骤：

步骤1：利用SAR强度偏移量追踪算法从两景SAR强度影像中生成待监测矿区地表雷达视线方向d_LOS和方位方向形变d_AZI；

待监测的矿区的形变图的总行数和总列数分别为n和m；

步骤2：基于矿区地表水平移动与下沉梯度的比例关系建立东西、南北方向的水平移动U_E、U_N与下沉W的函数关系；

步骤3：分别根据视线向形变d_LOS和方位向形变d_AZI与地表真实三维形变的投影关系建立矿区地表下沉与利用偏移量追踪算法获取的视线向与方位向形变之间的投影方程；

步骤4：按照步骤3构建的投影方程建立待监测矿区地表各像素点的下沉值与视线向形变的观测方程；

由于矿区边缘受地下开采影响较小，在待监测矿区最后一行和最后一列的水平移动设置为0；