肖宇寧

摘 ?要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國城市的災(zāi)害風(fēng)險不斷增加。近年來，雖然各城市在災(zāi)害監(jiān)測和治理能力方面取得一定成效，但城市級的災(zāi)害防范仍面臨不斷挑戰(zhàn)。合成孔徑雷達差分干涉測量技術(shù)（D-INSAR）在城市地表形變監(jiān)測方面的優(yōu)勢，使得其成為打造智慧城市的重要技術(shù)手段。SARscape軟件平臺功能的不斷完善，為D-INSAR數(shù)據(jù)的高效處理提供了可能性。

關(guān)鍵詞：D-INSAR ?SARscape ?地表形變

中圖分類號：TP79 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（c）-0043-02

合成孔徑雷達差分干涉測量技術(shù)（Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar，D-INSAR）是由合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)發(fā)展而來的，是一種目前較為新穎的地表形變觀測方法[1]。該技術(shù)不受天氣影響、響應(yīng)速度快、觀測精度高、觀測范圍廣的特點使其在災(zāi)害預(yù)測、風(fēng)險防控、應(yīng)急響應(yīng)、風(fēng)險評估、城市治理等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。特別是在城市地表形變監(jiān)測普查方面的優(yōu)勢，使得其成為打造智慧城市的重要技術(shù)手段。

SARscape由SARMAP公司研發(fā)，是國際知名的雷達圖像處理軟件。該軟件架構(gòu)于專業(yè)的ENVI遙感圖像處理軟件之上，具有專業(yè)的干涉測量技術(shù)。SARscape由6個模塊組成，即核心模塊、聚焦擴展、濾波擴展、掃描式干涉雷達處理擴展、極化雷達處理擴展、干涉疊加擴展。使用者可根據(jù)需求選擇不同功能模塊及其不同組合。

1 ?D-INSAR數(shù)據(jù)處理流程

運用SARscape進行雷達差分干涉（D-INSAR）處理包含7個步驟：數(shù)據(jù)聚焦、基線估算、干涉圖生成、自適應(yīng)濾波和相干生成、相位解纏、軌道精煉與重去平、形變轉(zhuǎn)換。且有若干模塊包含不同的操作步驟。如在干涉圖生成中，包括干涉數(shù)據(jù)對配準和多視處理，在處理之后再生成干涉圖，而且生成的干涉圖是基于參考DEM圖像基礎(chǔ)上經(jīng)過去平后的干涉圖像。

2 ?D-INSAR數(shù)據(jù)處理應(yīng)用

基于SARscape軟件對兩幅TerraSAR-X圖像進行差分干涉處理來獲取該區(qū)域在2011年11月21日至2012年1月4日期間的地表形變信息。

2.1 數(shù)據(jù)聚焦

在運用SARscape軟件進行差分干涉測量處理時，其無法直接讀取原始的雷達數(shù)據(jù)，因此需要對原始的雷達數(shù)據(jù)進行聚焦處理，使其成為單視復(fù)影像（Single Look Complex Image，SLC）。SLC指一景SAR圖像同時包括了雷達波振幅和相位兩部分。在SLC基礎(chǔ)上進行一系列的處理。

2.2 基線估算

隨著基線長度的增加，兩幅圖像的相干性會降低，當(dāng)基線長度達到某一極限值時，圖像完全不相干，這一極限值稱為臨界基線長度，這一效應(yīng)稱為基線去相關(guān)[2]?；€長度只能在臨界基線之內(nèi)，不能任意選擇。但是隨著基線長度的減小，干涉條紋會變得稀疏，反映的地形信息減少，導(dǎo)致高程測量和形變監(jiān)測的精度降低。因此實際工作中只能在臨界基線之內(nèi)選擇合適的基線長度。

2.3 干涉圖生成

對兩幅精確配準的影像進行復(fù)共軛即得到干涉圖。所生成的干涉相位中，除了地表起伏信息外還包含了地表曲率效應(yīng)，因而無法辨識地表信息，為獲得純粹的地表起伏信息，須消除平地效應(yīng)。SARscape利用相關(guān)的軌道參數(shù)與參考的DEM數(shù)據(jù)進行水平地形效應(yīng)的消除，從而減少了地形要素對形變要素帶來的影響。

2.4 自適應(yīng)濾波與相干性生成

采用在頻域上濾除干涉相位噪聲的濾波方法，即Goldstein濾波方法[3]。濾波后，殘差點的比例有了明顯下降，信噪比得到很大提高，有利于相位解纏的進行與精度的提高。且經(jīng)過濾波處理后，很多斑點噪聲被消除，從而可以得到很多細節(jié)信息。

在D-INSAR數(shù)據(jù)處理中，干涉相干是關(guān)鍵量值，它是局部干涉條紋評價的重要指標[4]。干涉圖質(zhì)量可由相干圖判斷，將主影像和輔影像逐點計算相干系數(shù)，進行灰度化處理，生成相干圖。相干圖中，較暗的區(qū)域相干性較低，反之較高。

2.5 相位解纏

相位解纏是D-INSAR數(shù)據(jù)處理生成形變圖像的關(guān)鍵步驟之一。在理想條件下，相位解纏只要提取出相位數(shù)據(jù)在水平和垂直方向的偏微分并求積即可得到整周數(shù)。然而，在實際的處理中，由于噪聲和數(shù)據(jù)不連續(xù)，導(dǎo)致了相位的不連續(xù)性，簡單的積分方法不再適用。該次試驗采用的是最小費用流算法來對影像進行相位解纏。

2.6 軌道精煉與重去平

在生成形變圖之前，為了保證生成圖像的準確性，需要對解纏得到的圖像進行軌道精煉與重去平處理。利用精確軌道參數(shù)控制點對生成的圖像進行處理，使其空間坐標信息更加精確。在軌道精煉處理之前，需使用可靠的控制點文件（GCP Vector File），該實驗以相干圖像中相干系數(shù)大的點作為控制點。

2.7 形變圖生成

形變圖的生成是本實驗的最后一步，也是該實驗的目的所在，即運用二軌法差分干涉測量得到研究區(qū)域的形變信息。試驗結(jié)果見圖1、圖2。

3 ?結(jié)語

該文介紹了合成孔徑雷達差分干涉測量基本原理?；赟ARscape軟件平臺，闡述了運用該軟件進行D-INSAR數(shù)據(jù)處理的技術(shù)流程，達到監(jiān)測地表形變信息的目的。SARscape平臺在D-INSAR數(shù)據(jù)處理過程中操作簡便，且提供了多樣的算法選擇，為不同數(shù)據(jù)源的處理提供了可行性方案。然而，影像質(zhì)量的影響因素多種多樣，因此在數(shù)據(jù)處理過程中應(yīng)盡可能減小負面影響。如在軌道精煉過程中可選擇多個GCP點作為穩(wěn)定參考點，從而可減小軌道誤差的影響。如缺少實測數(shù)據(jù)，可用多數(shù)據(jù)源、多軟件處理的方法聯(lián)合進行驗證。

參考文獻

[1] 邵澤龍.基于FMCW GBSAR的微形變監(jiān)測技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院大學(xué)：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，2019.

[2] 王琪潔，尹宏杰，朱建軍，等.一種修正的Goldstein干涉圖濾波方法[J].工程勘察，2009，37（11）：51-55.

[3] 李新武，郭華東，楊虎，等.極化干涉SAR數(shù)據(jù)地表土地類型分類[J].遙感學(xué)報，2002（6）：507-510.

[4] 唐洪城.多基線InSAR仿真干涉圖相位解纏技術(shù)研究[J].科技視界，2019（32）：7-8.