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1、CRInSARCRInSAR地表形变监测技术研究地表形变监测技术研究 范景辉范景辉 20112011年年3 3月月3 3日日 合成孔径雷达干涉测量（合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术研讨与培训会）技术研讨与培训会 郭小方郭小方 赵红丽赵红丽 王毅王毅 葛大庆葛大庆 夏耶夏耶 等等 Page 2 一CRInSAR技术简况 二CRInSAR技术流程 三CRInSAR技术在地面沉降区的研究 四CRInSAR技术在滑坡试验区的研究 五总结与展望 汇报大纲 Page 3 人工角反射器（Corner Reflector）辅助的InSAR技术 什么是CRInSAR技术 Page 4 Page 5 最早用
2、于SAR图像的定标 为什么采用CR Page 6 不同型号反射器及雷达截面（RCS）模拟值 （Alessandro Parizzi et al.） 不同类型CR及其理论反射强度 Page 7 最早用于SAR图像的定标 为什么采用CR InSAR技术发展初期，用于精度验证 Page 8 19911991年，德国年，德国Xia YeXia Ye等等为了验证为了验证InSARInSAR技术技术测量结果的有效性，在测量结果的有效性，在德国波德国波 恩恩试验区安置了试验区安置了1919个三角反射个三角反射器器, ,安装后在安装后在特定特定时间段将某些时间段将某些CRCR的高度进的高度进 行人为的调整，以
3、检验合成孔径雷达差分干涉技术能否监测出行人为的调整，以检验合成孔径雷达差分干涉技术能否监测出CRCR高程的高程的 变化。变化。 典型案例 Page 9 19911991年，德国年，德国Xia YeXia Ye等等为了验证为了验证InSARInSAR技术技术测量结果的有效性，在测量结果的有效性，在德国波德国波 恩恩试验区安置了试验区安置了1919个三角反射体个三角反射体, ,安装后用安装后用GPSGPS测定了它们的实际高度，测定了它们的实际高度， 然后在某一时间段将某些反射体的高度进行人为的调整，以检验合成孔然后在某一时间段将某些反射体的高度进行人为的调整，以检验合成孔 径雷达差分干涉技术能否监
4、测出三角反射体高程的变化。径雷达差分干涉技术能否监测出三角反射体高程的变化。 （第一行是（第一行是InSARInSAR测量的形变量，第二行是实际发生的形变量，单位为测量的形变量，第二行是实际发生的形变量，单位为cmcm） Page 10 1212个未变化反射体测量值与真实值的比较个未变化反射体测量值与真实值的比较 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Height Change (cm) Mar. 14Mar. 17Mar. 20Mar. 26Mar. 29 Date True Value No. 01 No. 02 No. 03 No. 05 No. 06 No. 08 No
5、. 10 No. 11 No. 13 No. 14 No. 15 No. 16 Page 11 1212个未变化反射体测量值与真实值的比较个未变化反射体测量值与真实值的比较 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 Mar. 14Mar. 17Mar. 20Mar. 26Mar. 29 Date Height Change (cm) True Value No. 04 No. 12 No. 17 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 Mar. 14Mar. 17Mar. 20Mar. 26Mar. 29 Height Change (cm) Date True Value No.
6、 07 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 Mar. 14Mar. 17Mar. 20Mar. 26Mar. 29 Height Change (cm) Date True Value No. 09 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 Mar. 14Mar. 17Mar. 20Mar. 26Mar. 29 Height Change (cm) Date True Value No. 18 Page 12 19961996年，德国斯图加特大学的年，德国斯图加特大学的Xiaoqing WuXiaoqing Wu等对森林、城市、郊区和安置等对森林、城市、郊区和安置 人工角反射器的相
7、干性进行了研究。人工角反射器的相干性进行了研究。 典型案例 Page 13 最早用于SAR图像的定标 为什么采用CR InSAR技术发展初期，用于精度验证 随着InSAR用拓展，逐渐成为应用的分支技术之一 应用于低相干地区 应用于重要工程设施、建筑物等 Page 14 Page 15 20002000- -20012001年，中国国土资源航空物探遥感中心郭小方等人首先将年，中国国土资源航空物探遥感中心郭小方等人首先将 CRInSARCRInSAR技术引入国内，与德国技术引入国内，与德国GFZGFZ的的Xia YeXia Ye合作，在长江三峡新滩、链合作，在长江三峡新滩、链 子崖开展了滑坡形变的
8、子崖开展了滑坡形变的CRInSARCRInSAR监测实验。监测实验。 典型案例 Page 16 Project Number:20-R9791 Sponsor:SwRI Principal Investigators:M. Necsoiu and M. Pilcher Inclusive Dates:2/2008 to 6/2008 Page 17 Case Study 1: Major water reservoir, UK Case study 2: Highway, UK CR Page 18 CR Profile of the slope before a pipeline river
9、 crossing in Canada, showing the locations of the six Corner Reflectors (A to F) that were installed. Interferometry response from the six deployed Corner Reflectors (Envisat ASAR data, copyright ESA 2006). Page 19 Page 20 一CRInSAR技术简况 二CRInSAR技术流程 三CRInSAR技术在地面沉降区的研究 四CRInSAR技术在滑坡试验区的研究 五总结与展望 汇报大纲
10、 Page 21 CRInSAR技术流程图 Page 22 各种角反射器 雷达截面（RCS）模拟值 Page 23 CR布设布设 InSAR系统升/降轨观测方向地面投影示意图 Page 24 CRInSAR技术流程图 Page 25 一一、SLC图像中的图像中的CR像素级定位像素级定位 （一一）卫星轨道方程拟合卫星轨道方程拟合 （二二）CR实测数据向实测数据向ECR坐标的转换坐标的转换 （三三）应用距离应用距离-多普勒算法求解多普勒算法求解CR成像时间成像时间 （四四）结合临域搜索确定结合临域搜索确定CR像素坐标像素坐标 二二、插值求取插值求取CR反射峰值反射峰值 （一一）插值的必要性插值的必
11、要性 （二二）CR的脉冲响应特征的脉冲响应特征 （三三）具有高相位精度的插值核具有高相位精度的插值核 Page 26 不同插值核的相位误差（插值核名称在每个子图的上方） Page 27 CRInSAR技术流程图 Page 28 三、差分干涉相位的获取三、差分干涉相位的获取 （一）（一）CR干涉相位的计算方法干涉相位的计算方法 （二）（二）InSAR系统参数求解方法系统参数求解方法 （三）（三）CR参考相位的计算方法参考相位的计算方法 （四）（四）CR高程相位计算方法高程相位计算方法 （五）（五）CR差分相位计算方法差分相位计算方法 Page 29 CRInSAR技术流程图 Page 30 2
12、B| S B P R21 B M O R11 InSAR系统成像几何简图 地面目标P、主图像对应的传感器M和辅图像对应的 传感器S的位置在ECR坐标系下描述，O为椭球体中心 Page 31 干涉基线的三种表达方式简图 Page 32 基于基于CR的组合式基线精化方法的组合式基线精化方法 生成的干涉相位 初始化轨道估计 提高基线估计的精度 使用残余条纹率移出差分干涉结果中的条纹 利用修订了的基线，重新计算模拟的解缠 相位（包括地球曲面和高程相位值） 从干涉相位中减去新生成的模拟相位， 得到精度提高了的差分干涉相位 是否有残余条纹 Y 是否有残余条纹 初始化差分干涉结果的生成 生成初始化差分干涉
13、从干涉相位中减去模拟的解缠相位 生成模拟解缠相位 使用基线模型修订差分干涉结果 重新生成模拟的解缠相位 重新生成差分干涉相位 利用地面控制点精确计算基线 生成解缠干涉相位 提取地面控制点的高程信息和相位信息 基线的精确估计 结束 N 结束NY 利用CR做地面控制点的基线参数精化方法流程图 Page 33 CRInSAR技术流程图 Page 34 一一、相位解缠的理论基础相位解缠的理论基础 二二、规则格网数据的空间二规则格网数据的空间二维相位解缠维相位解缠算法算法 三三、离散数据的空间二维相位解缠算法离散数据的空间二维相位解缠算法 四四、时序干涉数据的三维相位解缠时序干涉数据的三维相位解缠算法算
14、法 Page 35 实测三维形变量向实测三维形变量向LOS方向合成的原理示意图方向合成的原理示意图 Page 36 一CRInSAR技术简况 二CRInSAR技术流程 三CRInSAR技术在地面沉降区的研究 四CRInSAR技术在滑坡试验区的研究 五总结与展望 汇报大纲 Page 37 天津临港工业区天津临港工业区 临 港 工 业 区 天津临港工业区地理位置示意图 Page 38 地面沉降区地面沉降区CR设计与制作设计与制作 GPS连续运行基准站 经典可移动PCR（上）和项目在地面沉降区应用的PCR（下） Page 40 天津市辖区内6个CR及其所 在地址概略图（白色三角表示CR） 临港工业区
15、内9个CR布设情况略图 Page 41 GPS连续 运 行 基 准站 天津地面沉降区CR坐标测量 地面沉降区地面沉降区CR测量测量 Page 43 临港工业区临港工业区CR网络的形变测量网络的形变测量 天津临港工业区CR相对地面沉降水准测量 Page 45 CR04 CR03 CR05 CR01 CR09 CR08 CR02 CR07 CR06 在SAR幅度图中的临港工业区CR（左）及其构成的Delauney三角网（右） （左侧底图为20090906时相的8倍插值的幅度图，右侧底图为多期SAR图像的平均幅度图） Page 46 临港工业区临港工业区CRInSAR处理结果及其分析处理结果及其分析
16、 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 CR01CR02CR03CR04CR05CR06CR07CR08CR09 角反射器编号 沉降值（mm） 水准测量值CRInSAR 测量值 2009年8月-12月CRInSAR与水准测量的累计沉降值 -8 -6 -4 -2 0 2 4 CR01CR02CR03CR04CR05CR06CR07CR08CR09 角反射器编号 CRInSAR与水准测量值之差 （mm） 2009年8月-12月CRInSAR与水准测量的累计沉降值之差 Page 47 天津市辖区分散天津市辖区分散CRCR与多基线技术集与多基线技术集 成应用成应用 Page 48 编号 获取时间(YYYYMMDD) 轨道号（orbit） 其它信息 1 20090508 37575 track：447 升/降轨：降轨 成像模式：IS2 极化方式：VV 2 2009061
