[发明专利]基于时间域差分的PS-InSAR相位解缠方法及其系统与应用

说明书

本发明公开了一种基于时间域差分的PS‑InSAR相位解缠方法及其系统与应用，所述方法包括：通过永久散射体点的设置，获得合成孔径雷达影像的差分干涉图的弧段差分干涉相位，将该相位的缠绕数分为地形残差之差引起的相位缠绕以及形变之差引起的缠绕，并分别进行求解，进而实现弧段相位的解缠，其后通过最小二乘法获得形变速率之差和地形残差之差的估计值，并通过网平差方法，实现对永久散射体点的形变速率、地形残差以及形变时间序列的直接解算。本发明能够有效解决海量数据下PS‑InSAR用于大范围形变监测中的解缠效率低下，解算耗时严重、非线性形变恢复不够充分，精度较低的问题，实现了参数高精度快速解算以及形变序列的直接恢复。

技术领域

本发明涉及基于遥感影像的大地测量领域中合成孔径雷达干涉测量(InSAR,Synthetic Aperture Radar Interferometry)技术，特别涉及一种基于时间域差分的PS-InSAR快速解缠及形变序列恢复方法。

背景技术

合成孔径干涉雷达测量(InSAR-Interferometric Synthetic Aperture radar)具有高精度、大范围、全天时全天候的优点，在地表形变监测中得到极大的应用和发展。基于其发展出来的永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术(PS-InSAR)，已经被成功应用于各类形变监测中，包括滑坡、城市沉降、基础设施沉降、矿区沉陷等，并且得到了精度达到毫米级的形变监测结果。得益于近些年各类SAR卫星的发射尤其是TerraSAR-X、COSMO-SkyMed、Sentinel等，可获取使用的影像数据变得越来越丰富，空间分辨率也越来越高，极大地提高了PSInSAR技术监测地表形变的能力。

相位解缠是PS-InSAR最主要也是最重要的步骤之一，相位整周模糊度解算的准确度，直接影响了永久散射体(PS)点形变速率、地形残差以及形变序列的精度和可靠度。现行较为流行的PS-InSAR相位解缠以及参数解算方法中，LAMBDA算法及其改进算法通过添加虚拟观测，在解算弧段形变参数的同时提取整周模糊度。但由于缺乏较为准确的噪声先验信息，该方法的解算准确度无法得到保障，容易产生解缠误差；解空间搜索法和周期图法通过将欧拉公式或者将空间相位转入频率域，避免了整周模糊对弧段参数解算的影响，但是该类方法易受解空间边界参数设置的影响，且线效率较为低下。在随后的形变序列解算过程中，依然要面临残余相位解缠的问题；以Hooper为代表的三维形变解缠方法，引入了时间域信息，提高了解缠的准确度，但依然面临着解缠效率低下，仅适用于小范围形变解算的问题；以TCPInSAR为代表的方法，通过经验性地剔除存在整周跳变的弧段，从而实现相位解缠和参数解算，但这类方法对弧段的剔除往往依赖经验阈值，且容易破坏PS网络的稳定性，甚至产生“孤岛”，使得解算失败。

根据以上对现有的PS-InSAR相位解缠方法的分析可以看出，上述几类方法均存在解算复杂度高，解算精度易受参数设置影响的问题，同时，上述主流方法还存在着解算耗时严重，对硬件设备的需求较高的共性问题，严重降低的PS-InSR算法的灵活性和便捷性。因此，如何实现高精度、高效率、高稳定性的PS-InSAR相位解缠，依然是阻碍PS-InSAR算法更新和大范围推广应用的主要难题之一

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的基于时间域差分的PS-InSAR快速相位解缠方法，该方法可引入合成孔径雷达(SAR)数据集的时间域信息，通过PS-InSAR弧段时间域差分，实现PS-InSAR高精度快速解缠及其形变参数的准确提取和形变时间序列的快速恢复。

本发明首先提供了如下的技术方案：

基于时间域差分的PS-InSAR相位解缠方法，其包括：

S1获得的雷达影像的差分干涉图集，选择永久散射体点并将其进行网络构建，对构建形成的网络弧段进行差分干涉相位提取，得到可表示为弧段地形残差之差和弧段线性形变速率之差该两个参数的函数的弧段差分干涉相位，将该差分干涉相位的缠绕值分为由所述弧段地形残差之差引起的相位缠绕的缠绕值和由所述弧段形变速率之差引起的相位缠绕的缠绕值；