地球信息科学学报 ›› 2016, Vol. 18 ›› Issue (6): 805-813.doi: 10.3724/SP.J.1047.2016.00805
收稿日期:
2015-12-07
修回日期:
2016-01-15
出版日期:
2016-06-10
发布日期:
2016-06-10
作者简介:
作者简介:范锐彦(1990-),女,硕士生,研究方向为InSAR时序分析应用。E-mail:
基金资助:
FAN Ruiyan1(), JIAO Jian1,*(
), GAO Sheng1,2, ZENG Qiming1
Received:
2015-12-07
Revised:
2016-01-15
Online:
2016-06-10
Published:
2016-06-10
Contact:
JIAO Jian
摘要:
合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)时序分析技术,利用时域上多幅SAR图像选择时间基线、空间基线满足一定条件的干涉对进行干涉,通过建立干涉相位形变模型获取地表形变信息。InSAR时序分析技术改善了差分干涉测量中时空失相干、大气延迟等问题,广泛应用于有关形变监测的多个领域,并逐渐成为获取长期地表形变趋势的重要手段。在InSAR时序分析中,针对不同应用选取合适的高相干目标选取方法,获得可靠的高相干目标,是获取精确可靠的地表形变信息的基础。本文通过分析永久散射体(Permanent Scatterers,PS)、分布式散射体(Distributed Scatterers,DS)选取方法的理论模型及其算法,研究其适用地物目标类型的异同,并分析、归纳总结了幅度相关法、相位分析法、信号杂波比法、相干性统计法等不同的高相干目标选取方法的优缺点。最后,以阿尔金断裂带西段部分区域为研究区,分别采用具有代表性的PS、DS选取方法开展该研究区域的选点实验,结果表明该研究区域DS选取方法比PS选取方法适用。本文方法为解决在不同地理区域进行应用研究时选取合适的选点方法提供参考。
范锐彦, 焦健, 高胜, 曾琪明. InSAR时序分析高相干目标选取方法比较研究[J]. 地球信息科学学报, 2016, 18(6): 805-813.DOI:10.3724/SP.J.1047.2016.00805
FAN Ruiyan,JIAO Jian,GAO Sheng,ZENG Qiming. Comparison Research of High Coherent Target Selection Based on InSAR Time Series Analysis[J]. Journal of Geo-information Science, 2016, 18(6): 805-813.DOI:10.3724/SP.J.1047.2016.00805
表1
高相干目标选取方法比较
目标选取方法 | 公式 | 辐射校正 | SAR影像数量要求 | 优点 | 缺点 | 应用 范围 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
点目标 选取 方法 | 振幅离差法 | 是 | 一般要有25~30景以上SAR数据支持 | 所选目标质量较高,运算效率高 | 未考虑目标本身的幅度值,容易造成误判 | 适合 城市 区域 | |
强度离差法 | 否 | 数量要求较多 | 阈值更加宽泛,PS点质量更高 | 与DA法差异不大,无明显提高 | |||
相位分析法 | 否 | 数量要求较多 | 提取的PS点分布比较均匀 | 但 为复杂,运算量很大 | |||
信号杂波比法 | 否 | 数量要求较多 | 不需要辐射校正 | 估计的窗口大小会对结果产生较大的影响 | |||
子视相关 系数法 | 否 | 数量要求较少 | 适合于SAR影像数量较少时PS点目标的选取 | 运算量大,筛选效率低;移动窗口的大小不好 把握 | |||
面目标 选取 方法 | 幅度差离差法 | 是 | 数量要求较多 | 适合短时空基线的相位较为稳定,后向散射并不是那么强的目标 | 并未考虑其目标是统计分布特征 | 适合 非城 区 | |
时序平均相干性法 | 否 | 数量要求较少 | 模型简单,运算效率高 | 移动窗口大小不好把握 | |||
改进的时序平均相干性法 | 否 | 数量要求较多 | 将面状目标转化为同质像元,相位估计更加准确 | 移动窗口大小不好把握 |
表2
SAR数据干涉对基线分布
序号 | 主影像获取 日期 | 辅影像获取 日期 | 垂直基线 B⊥/m | 时间基线/d |
---|---|---|---|---|
1 | 2009-01-06 | 2006-10-24 | -440.4 | 805 |
2 | 2009-01-06 | 2006-11-28 | -77.6 | 770 |
3 | 2009-01-06 | 2007-02-06 | -218.5 | 700 |
4 | 2009-01-06 | 2007-03-13 | 344.3 | 665 |
5 | 2009-01-06 | 2007-07-31 | -100.2 | 525 |
6 | 2009-01-06 | 2007-11-13 | 219.8 | 420 |
7 | 2009-01-06 | 2008-05-06 | -54.3 | 245 |
8 | 2009-01-06 | 2008-06-10 | 104.7 | 210 |
9 | 2009-01-06 | 2008-07-15 | 140.1 | 175 |
10 | 2009-01-06 | 2008-09-23 | -226.7 | 105 |
11 | 2009-01-06 | 2008-10-28 | 19.6 | 70 |
12 | 2009-01-06 | 2009-02-10 | -184.8 | 35 |
13 | 2009-01-06 | 2009-03-17 | 488.0 | 70 |
14 | 2009-01-06 | 2009-04-21 | -164.9 | 105 |
15 | 2009-01-06 | 2009-05-26 | 74.4 | 140 |
16 | 2009-01-06 | 2009-08-04 | -116.6 | 210 |
17 | 2009-01-06 | 2009-10-13 | -256.7 | 280 |
18 | 2009-01-06 | 2009-12-22 | -191.9 | 350 |
19 | 2009-01-06 | 2010-01-26 | 177.4 | 385 |
20 | 2009-01-06 | 2010-03-02 | -194.4 | 420 |
21 | 2009-01-06 | 2010-04-06 | 307.0 | 455 |
22 | 2009-01-06 | 2010-06-15 | 187.3 | 525 |
[1] | Bamler R, Hartl P.Synthetic aperture radar interferometry[J]. Inverse Problems, 1998,14(4):R1-R54. |
[2] | Arnaud A, Closa J, Hanssen R, et al.Development of algorithms for the exploitation of ERS-Envisat using the stable points network[Z]. Altamira Information, Barcelona, Spain, 2004. |
[3] | Ferretti A, Prati C, Rocca F.Permanent scatterers in SAR interferometry[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001,39(1):8-20. |
[4] | 徐小波,屈春燕,单新建,等.基于PS-InSAR技术的断裂带地壳形变实验研究[J].地球科学进展,2012(4):452-459. |
[Xu X B, Qu C Y, Shan X J, et al.An experimental study of monitoring fault crustal deformation using PS-InSAR technology[J]. Advances in Earth Science, 2012,4:452-459. ] | |
[5] | Berardino P, Fornaro G, Lanari R, et al.A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2002,40(11):2375-2383. |
[6] | 高胜. 联合PS和DS的InSAR时间序列分析方法研究[D].北京:北京大学,2015. |
[Gao S.A method of combining PS and DS for InSAR time series analysis[D]. Beijing: Peking University, 2015 ] | |
[7] |
Ferretti A, Fumagalli A, Novali F, et al.A new algorithm for processing interferometric data-stacks: SqueeSAR[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2011,49(9):3460-3470.
doi: 10.1109/TGRS.2011.2124465 |
[8] | Ferretti A, Prati C, Rocca F.Analysis of permanent scatterers in SAR interferometry[J]. IGARSS, 2000,2:761-763. |
[9] | 罗小军,黄丁发,刘国祥.时序差分雷达干涉中永久散射体的自动探测[J].西南交通大学学报,2007,42(4):414-418. |
[Luo X J, Huang D F, Liu G X.Automated detection of permanent scatterers in time serial differential radar interferometry[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2007,42(4):414-418. ] | |
[10] | Hooper A.A multi-temporal InSAR method incorporating both persistent scatterer and small baseline approaches[J]. Geophysical Research Letters, 2008,35(16):L16302. |
[11] | Hooper A, Segall P, Zebker H.Persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar for crustal deformation analysis, with application to Volcán Alcedo, Galápagos[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2007, 112(B7): B07407. |
[12] | Ainsworth T L, Jansen R W, Lee J S, et al.Sub-aperture analysis of high-resolution polarimetric SAR data[C]. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 1999,1:41-43. |
[13] | 陶秋香. PS InSAR关键技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究[D].青岛:山东科技大学,2009. |
[Tao Q X.Study of key techniques of PS InSAR and its applications to monitor mining land subsidence[D]. Qingdao: Shandong University of Science and Technology, 2009. ] | |
[14] | Mora O, Lanari R, Mallorquí J J, et al.A new algorithm for monitoring localized deformation phenomena based on small baseline differential SAR interferograms[C]. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2002,2:1237-1239. |
[15] | 陈强,刘国祥,李永树,等.干涉雷达永久散射体自动探测——算法与实验结果[J].测绘学报,2006(2):112-117. |
[Chen Q, Liu G X, Li Y S, et al.Automated detection of permanent scatterers in Radar interferometry: algorithm and testing results[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2006,2:112-117. ] | |
[16] | 国家地震局阿尔金活动断裂课题组.阿尔金活动断裂带[M].北京:地震出版社,1992. |
[ The Research Group of the Altun Fault Zone, State Seismological Bureau. The active Altun Fault zone[M]. Beijing: Sesmo Logical Press,1992. ] | |
[17] | Wallace K, Yin G, Bilham R.Inescapable slow slip on the AltynTagh Fault[J]. Geophysical. Research Letters, 2004,31: L09613. |
[18] | Zhang P Z, Burchfiel B C, Molnar P, et a1. Amount and style of late Cenozoic deformation in the LiupanShan area, Ningxia Autonomous Region, China[J]. Tectonics, 1991,10(6):1111-1129. |
[19] | Liang S, Gan W, Shen C, et al.Three-dimensional velocity field of present-day crustal motion of the Tibetan Plateau derived from GPS measurements[J]. Journal of Geophysical Research, 2013,118:1-11. |
[1] | 段艳慧, 赵学胜, 彭舒. 基于信息熵的GlobeLand 30和WorldCover耕地破碎区一致性分析[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(5): 1027-1036. |
[2] | 刘佳, 伍宇明, 高星, 司文涛. 基于GEE和U-net模型的同震滑坡识别方法[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(7): 1275-1285. |
[3] | 王晓蕾, 石守海. 基于GEE的黄河流域植被时空变化及其地形效应研究[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(6): 1087-1098. |
[4] | 于法川, 祝善友, 张桂欣, 朱佳恒, 张南, 徐永明. 复杂山区地形条件下ERA5再分析地表气温降尺度方法[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(4): 750-765. |
[5] | 章敏, 吴文挺, 汪小钦, 孙玉. 基于潮汐动态淹没过程的长江口潮滩地形信息反演研究[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(3): 583-596. |
[6] | 詹琪琪, 赵伟, 杨梦娇, 付浩, 李昕娟, 熊东红. 雅鲁藏布江中部流域土地沙化遥感识别[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(2): 391-404. |
[7] | 段伟芳, 温小乐, 徐涵秋, 邓文慧. 基于光学与雷达影像变化检测的2020年鄱阳湖洪灾评估与分析[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(12): 2435-2447. |
[8] | 李文萍, 王伟, 高星, 伍宇明, 王学成, 刘青. 融合面向对象和分水岭算法的山地湖泊提取方法[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(7): 1272-1285. |
[9] | 李志红, 李旺平, 王玉, 陈璐, 郁林, 周兆叶, 郝君明, 吴晓东, 李传华. 基于离散粒子群算法的2种新型水体提取方法的对比与验证[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(6): 1106-1117. |
[10] | 管琪卉, 丁明军, 张华, 王鹏. ESTARFM算法在长江中下游平原地区的适用性研究[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(6): 1118-1130. |
[11] | 彭妍菲, 李忠勤, 姚晓军, 牟建新, 韩伟孝, 王盼盼. 基于多源遥感数据和GEE平台的博斯腾湖面积变化及影响因素分析[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(6): 1131-1153. |
[12] | 乔丹玉, 郑进辉, 鲁晗, 邓磊. 面向不同环境背景的Landsat影像水体提取方法适用性研究[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(4): 710-722. |
[13] | 张志恒, 章超, 孟麟, 唐凯, 朱红春. 改进DINEOF算法在中国渤海叶绿素a遥感缺失数据重构中的应用研究[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(4): 737-748. |
[14] | 廖嘉欣, 吴启用, 兰小机, 张红庆. 基于WiFi探针数据的城市出行轨迹提取[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(11): 1946-1955. |
[15] | 帅艳民, 马现伟, 曲歌, 邵聪颖, 刘涛, 刘守民, 黄华兵, 谷玲霄, 拉提帕·吐尔汗江, 梁继, 李玲. 协同多时相波谱特征的不透水面信息级联提取[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(1): 171-186. |
|