一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法

本发明属于雷达测量领域，具体涉及一种时序干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar，insar）地形残差估计方法，该方法顾及残余大气延迟。

背景技术：

1、干涉合成孔径雷达技术（interferometric synthetic aperture radar，insar）具有精度高、覆盖范围广的特点，被广泛应用于地形测绘以及监测火山爆发、地震、山体滑坡和地面沉降等自然或人为过程引起的地表形变。

2、对于所有旨在获取形变信号的时序insar技术，需要从干涉图中去除地形造成的相位影响。可以使用外部数字高程模型（digital elevation model，dem）对地形进行近似，然后利用成像几何信息计算地形相位，称作地形相位去除。然而，不准确的dem，即地形残差，会使得干涉相位中存在残余地形相位，需要对这一项进行估计并去除。地形残差引起的相位分量与基线相关，它可能导致相位不连续，从而致使缠绕的干涉图解缠失败。此外，在地质灾害测绘场景中，地形残差估计不准确会被误认为是地质灾害引起的形变信号，很可能会扭曲对其时空行为的解释。因此，准确估算地形残差可以提高相位解缠的成功率和时序insar 技术所得形变时间序列的质量。另一方面，将估计的残差补偿回外部dem数据中，可以得到更精细的地形高程数据，以应用于人工建筑物高度提取中，为城市规划、灾害预报、数字城市等服务。

3、目前基于时序insar估计地形残差的方法主要分有两种：第一种是在干涉域联合估计形变模型参数和地形残差；第二种是在时间域联合求解形变模型参数和地形残差。其中第二种方法相比于第一种方法受形变模型的不完备性影响较小。尽管二者已经在诸多应用中取得了不同程度的成功，但这些方法均对干涉相位中的残余大气延迟分量做了简化，通常将其近似为时间域的高斯白噪声，与热噪声、失相干噪声等因素一起归为观测噪声，然后通过最小二乘方法求解地形残差和形变模型参数。当残余大气延迟仅包含紊流分量时，这一简化是合理的，可以近似精确地得到最小二乘解，然而当残余大气延迟中还包含垂直分层延迟分量时，由于其在时间域呈现季节性变化，这一简化将带来误差，导致求解得到的地形残差出现偏差。

4、综上，在高精度地形高程提取与形变时间序列反演应用中，基于时序insar估计地形残差需要考虑残余大气延迟带来的影响。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，用于提高基于tsinsar的地形残差精度。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案为：

3、一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，包括如下步骤：

4、步骤1、反演原始相位时间序列；

5、步骤2、利用外部大气数据估计并矫正原始相位时间序列的对流层延迟，得到对流层延迟相位时间序列以及经对流层延迟矫正后的相位时间序列；

6、步骤3、利用对流层延迟相位时间序列计算对流层延迟季节震荡时间序列；

7、步骤4、根据研究对象特征构建形变模型；

8、步骤5、根据经对流层延迟矫正后的相位时间序列、对流层延迟季节震荡时间序列以及形变模型建立观测方程求解地形残差及对流层延迟季节震荡时间序列系数；

9、步骤6、对对流层延迟季节震荡时间序列系数进行空间域低通滤波并去除残余对流层延迟得到去除残余后的对流层延迟相位时间序列；

10、步骤7、根据去除残余后的对流层延迟相位时间序列更新观测方程并求解地形残差。

11、本发明具有以下有益技术效果：本发明所提方法相比以往方法考虑了残余大气延迟项而不是将其当作观测噪声，可以提高最小二乘求解地形残差的精度。进而，在形变监测方面，可以提高相位解缠的成功率和时序insar反演所得形变时间序列的质量；在地形测绘方面，可以得到更精细的地形高程数据，应用于人工建筑物高度提取中，为城市规划、灾害预报、数字城市等服务。

技术特征：

1.一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，所述步骤1包括，首先构建干涉网络，依据干涉网络利用一系列不同期的合成孔径雷达影像生成若干张干涉图，然后对所有干涉图进行多视、滤波、解缠处理，最后通过最小二乘求解原始相位时间序列，原始相位时间序列记作，其中为第个时间序列对应时间为的sar影像相对对应时间为的参考影像的干涉相位。

3.根据权利要求2所述的一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，所述步骤2包括：使用era5再分析数据，将era5估计的对流层延迟相位时间序列记作，其中为era5估计的第个时间序列的对流层延迟相位，将经era5矫正后的相位时间序列记作，则有，，。

4.根据权利要求3所述的一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，所述步骤3包括，计算era5估计的对流层延迟相位时间序列与地形高程的线性斜率得到对流层延迟相位-高程线性斜率时间序列，即对流层延迟季节震荡时间序列；

5.根据权利要求4所述的一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，所述步骤4包括：采用三阶多项式模型拟合真实的形变相位时间序列，构建形变模型：

6.根据权利要求5所述的一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，所述步骤5包括：结合经对流层延迟矫正后的相位时间序列，对流层延迟季节震荡时间序列，形变模型，以及地形残差相位与基线的关系在速率历史域构建观测方程，采用最小二乘算法求解形变模型参数、对流层延迟季节震荡时间序列系数以及地形残差；

7.根据权利要求6所述的一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，所述步骤6包括：对二维矩阵进行空间低通滤波，记滤波后的值为，去除估计的残余对流层延迟相位，记作，，。

8.根据权利要求7所述的一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，其特征在于，所述步骤7包括：经步骤6去除估计的残余对流层延迟相位后，将观测方程中的残余对流层延迟项去掉，重新求解地形残差作为最终解；

技术总结本发明公开一种时序干涉合成孔径雷达地形残差估计方法，涉及雷达测量领域。具体地，本发明首先反演干涉相位时间序列，然后利用外部大气数据矫正对流层延迟并求解对流层延迟季节震荡时间序列。根据研究对象特征构建形变模型，结合构建的形变模型、对流层延迟季节震荡时间序列以及地形残差与干涉相位的关系逐像素求解形变模型参数、对流层延迟季节震荡时间序列系数以及地形残差，以同时考虑干涉相位中的形变项、残余对流层延迟项以及地形残差项。对求解的对流层延迟季节震荡时间序列系数做二维空间低通滤波后去除残余对流层延迟项，然后重新估计地形残差。应用本发明可以提高地形残差的估计精度。技术研发人员：杨晴月,张云俊,蔺威振,杨天园,王亚超,王宇受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/25