一种幂律模型InSAR对流层延迟改正方法

技术领域

本发明属于InSAR技术领域，具体涉及一种基于ERA-5再分析资料的幂律模型InSAR对流层延迟改正方法。

背景技术

InSAR技术是通过覆盖同一地区不同时刻重复轨道观测获取的两幅SAR影像数据相位值之间作差得到的干涉图，得到的相位差信息表示为地表形变情况。相比于传统水准测量方法，InSAR技术能够全天时、全天候、大范围、高精度地测量地表形变，已逐渐成为了监测城市基础设施健康的主要技术手段之一，在世界各地被广泛用于监测地表形变，成功识别监测了地下水开采引起的沉降漏斗、断层活动引起的不均匀性形变、以及基础设施建设造成的地表沉降等危害城市安全的形变信号。

无论是光学遥感还是雷达遥感，大气的影响在卫星对地监测系统中是不可避免的。雷达遥感监测中，在两次SAR成像时刻卫星发射的微波信号在穿过大气层时，受到的温度、湿度、气压、风速等影响，会产生不同程度的延迟相位，即大气效应，制约着InSAR在地表监测中的精度，是主要的误差来源之一。

对于中低纬度地区的城市形变监测来说，由于电离层效应较小，大气效应中的对流层效应作为InSAR观测的主要误差源之一。对流层效应可以分为垂直分层延迟和湍流混合延迟，垂直分层延迟是由两幅SAR影像获取时刻不同的垂直折射剖面引起，主要影响地形起伏较大的地区，其在空间上与地形呈现出较强的相关性；湍流混合延迟是由大气水汽的湍流过程引起，它导致大气折射率是在两次观测时，空间分布在水平和垂直方向上不一致。

目前，对于InSAR对流层延迟的改正方法中的基于光谱仪(MERIS、MODIS)大气改正模型、气象研究与预测模型(WRF)等模型都可以有效的改正湍流混合延迟。在地形起伏较大的地区，虽然已有传统线性模型、幂律模型可以改正垂直分层延迟，但都有其劣势所在。传统的线性模型改正方法是基于单幅干涉图，假设一个简单的相位与高程的关系，尺度因子为一个常数，因此无法估计空间变化的对流层延迟；幂律模型改正方法是利用探空气球数据估算出幂律参数后的一种改正垂直分层延迟的方法，但对于无探空气球数据的地区，幂律模型大气改正方法无法使用。

因此，提供一种基于ERA-5的幂律模型InSAR对流层延迟改正方法。

发明内容

为了解决缺少探空气球数据而无法使用幂律模型方法，本发明提供了一种基于ERA-5再分析资料的幂律模型InSAR对流层延迟改正方法；

为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于ERA-5再分析资料的幂律模型InSAR对流层延迟改正方法，通过以下步骤实现：

S1：收集N幅SAR单视复数影像的数据集，选取其中一幅作为主影像，其余的N-1幅影像作为辅影像；

S2：将N-1幅辅影像与主影像进行影像配准与重采样，预处理后，生成n幅干涉图；利用外部的DEM进行处理后，去除地形相位，最终生成差分干涉图；

S3：进行相干点的选取，筛选出高相干目标点；

S4：将所选的相干点目标进行相位解缠，得到每一个相干点解缠后的差分干涉相位；

S5：利用ERA-5气象再分析资料数据集进行对流层延迟改正，计算研究区对流层的干延迟和湿延迟；

S6：分析ERA-5再分析资料数据集改正的对流层延迟相位与地形高程之间的关系，用得到的对流层延迟相位和高程的关系拟合出所需要的幂律参数α和参考高程h

S7：经过改正垂直分层延迟后，生成InSAR时间序列结果。

优选的，所述S5中的具体技术方法为：

采用表达式：

通过对上述折射率积分得到对流层干延迟和湿延迟：

采用表达式：

计算研究区内雷达视线向对流层湿延迟，

计算研究区内雷达视线向对流层总延迟，

优选的，所述S6中采用表达式：

本发明的有益效果是：

本发明提供的InSAR对流层延迟改正方法，利用EAR-5再分析数据集资料全球免费获取的优势，幂律模型可在于不同的时间段和不同的大气条件下应用，有效的改正由于地形起伏较大引起的垂直分层延迟，提高地表形变探测的准确性。

附图说明

图1为本发明中时间序列InSAR技术方法的处理流程图。

图2为本发明提供的基于ERA-5的幂律模型InSAR对流层延迟改正方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出的一种基于ERA-5的幂律模型InSAR对流层改正方法，是用于地形起伏较大，对流层延迟与高程呈现出高相关性时的一种大气延迟改正方法。是在时间序列InSAR数据处理过程中，加入对流层延迟改正方法，根据对流层延迟与高程之间的关系，去除垂直分层延迟的过程；其中，采用ERA-5气象再分析资料数据集估算所研究区域对流层相位，若估算出的对流层延迟与高程之间存在幂律关系，之后利用对流层延迟估算出幂律模型中参数α和h

实施例1

参照图1，本发明提出基于ERA-5的幂律模型对流层延迟改正方法的时间序列InSAR技术方法处理流程图，包含以下步骤：

S1：收集N幅SAR单视复数影像的数据集，选取其中一幅作为主影像，其余的N-1幅影像作为辅影像；

S2：将N-1幅辅影像与主影像进行影像配准与重采样，预处理后，生成n幅干涉图；利用外部的DEM进行处理后，去除地形相位，最终生成差分干涉图；

S3：进行相干点的选取，筛选出高相干目标点；

S4：将所选的相干点目标进行相位解缠，得到每一个相干点解缠后的差分干涉相位；

S5：利用ERA-5气象再分析资料数据集进行对流层延迟改正，计算研究区对流层的干延迟和湿延迟，包括：

采用表达式：

通过对上述折射率积分得到对流层干延迟和湿延迟：

采用表达式：

计算研究区内对流层湿延迟，

计算研究区内对流层总延迟，

S6：分析ERA-5再分析资料数据集改正的对流层延迟相位与地形高程之间的关系，用得到的对流层延迟相位和高程的关系拟合出所需要的幂律参数α和参考高程h

采用表达式：Δφ

S7：经过改正垂直分层延迟后，生成InSAR时间序列结果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。