融入大气改正的多波段PSInSAR及其应用于近海平原沉降漏斗监测

因地下水超量开采，我国近海平原及河流三角洲已出现严重的地面沉降问题，并已造成巨大的经济损失，及时开展近海区域沉降漏斗监测与分析至关重要。然而，受行政管辖分割与常规监测技术劣势的制约，全局性的沉降监测始终未能全面展开。本项目提出对"融入大气改正的多波段永久散射体合成孔径雷达干涉(PSInSAR)技术"进行深入研究，旨在为近海区域沉降漏斗监测及其演变规律分析探索有效的技术途径。其基本思路是：在选定的实验区域内布设"固定型"与"分体式"人工雷达反射器(MR)，联合使用多波段X/C/L高分辨率卫星SAR影像，在融入大气改正的基础上，对天然PS与MR的相位时间序列进行计算与分析，从而提取沉降信号，并达到提高沉降监测的精度与时空分辨率的目的。本项目将对MR的选型设计与合理布设、PS/MR自动探测、基于气象卫星和GPS水汽数据的大气改正算法、多波段PSInSAR模型与沉降解算方法等进行研究。

因地下水过量开采，我国近海平原地区(如京津唐地区)正面临着严重的地面沉降及其造成的经济损失问题。对该地区沉降漏斗进行及时而全面的监测至关重要。近年来，永久散射体(PS)合成孔径雷达干涉(PSInSAR)技术已开始广泛应用于地面沉降监测，但仍存在一定的问题。为探索近海平原沉降漏斗监测及其演变规律分析的有效技术途径，更好地对近海平原沉降漏斗进行有效监测，本项目提出“融入大气改正的多波段PSInSAR及其应用于近海平原沉降漏斗监测”。其基本思路是：在选定的实验区(天津地区)内布设“固定型”与“分体式”人工雷达反射器(MR)，联合使用多波段X/C/L高分辨率卫星SAR影像，在融入大气改正的基础上，对天然PS与MR的相位时间序列进行计算与分析，从而提取沉降信号，并达到提高沉降监测的精度与时空分辨率的目的。通过研究工作的开展：完成了固定和分体式两种类型MR的设计和布设，对其在TerraSAR-X影像中的回波特征和信噪比进行了分析，结果表明分体式MR的稳定性高于固定型MR，二者稳定性均高于天然PS；提出并实现了基于少量SAR影像的PS/MR自动探测方法，并通过实验表明方法行之有效；对PSInSAR大气改正进行了探索性研究，并初步提出PSInSAR中大气独立建模及解算的思路；建立了联合使用多波段X/C/L高分辨率卫星SAR影像求解地表三维形变的数学模型，并实现了相应的形变解算方法，有效提高了沉降监测精度。此外，在研究工作开展期间，项目组紧跟本领域研究的前沿问题，及时对国内外相关的论著及文献进行追踪，围绕时域相干点(TCP)雷达干涉、复杂地表形变PSInSAR建模及解算、高分辨率X波段PSInSAR算法效率优化、InSAR相位解缠方法研究及联合升降轨DInSAR和分孔径雷达干涉(MAI)的地表三维形变建模等开展研究，并取得了一定的成果。课题组共发表了学术论文25篇，其中SCI论文6篇，EI论文4篇，3篇会议论文获得优秀论文奖；出版专著1部。基于研究成果开发了一套完整的PS-InSAR数据处理软件，时空沉降监测精度可达3-5毫米，可实现对近海平原沉降漏斗的有效监测。项目研究成果为近海平原沉降漏斗监测及其演变规律分析探索出了一条行之有效的技术途径。