CRInSAR大氣校正模型比較與分析

王興旺

摘要 人工角反射器輔助雷達(dá)干涉測量（CRInSAR）中，電磁波信號受各種因素的影響，其中大氣能夠引起信號延遲和傳播路徑彎曲，在此先對已有大氣中對流層校正模型進(jìn)行比較，然后對基于GPS數(shù)據(jù)和氣象觀測數(shù)據(jù)的大氣改正方法進(jìn)行試驗(yàn)研究，證明大氣校正模型對雷達(dá)干涉測量的影響和消除的有效性。

關(guān)鍵詞 雷達(dá)干涉測量；人工角反射器；大氣校正

中圖分類號 S163 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）13-03966-03

Abstract Corner Reflector Interferometric Synthetic Aperture Radar（CRInSAR）， electromagnetic wave signal is affected by various factors. The atmosphere can cause signal delay and propagation path curve. First， the available atmospheric correction models were compared. Then， atmospheric correction methods based on GPS data and meteorological observation data were studied， the influence of atmospheric model to the radar interferometry and effective elimination were proved.

Key words Interferometric Synthetic Aperture Radar （InSAR）； Corner reflector； Atmospheric correction

在雷達(dá)干涉測量（InSAR）中，電磁波信號受各種因素的影響，其中大氣能夠引起信號延遲和傳播路徑彎曲[1]。大氣影響是一種不確定的因素，不能用固定的算法模擬。對于高精度測量如形變監(jiān)測，大氣的影響就會(huì)成為一個(gè)重要因素。大氣中對流層和電離層是主要影響信號傳播部位，對流層大氣溫度、濕度和氣壓變化大，電磁波信號會(huì)在這種介質(zhì)中傳播時(shí)路徑發(fā)生變化。電離層中，是受測區(qū)范圍的影響，要是測區(qū)范圍大，不同部位電離層的發(fā)布情況就必須考慮，如果測區(qū)面積小，電離層產(chǎn)生的影響可以認(rèn)為是相同的。大氣校正模型可以分為統(tǒng)計(jì)型和物理型兩類[2]。統(tǒng)計(jì)型是基于陸地表面變量和分析遙感數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，容易建立且可以有效地概括從局部區(qū)域獲取的數(shù)據(jù)。物理模型遵循遙感系統(tǒng)的物理規(guī)律，它們也可以建立因果關(guān)系，實(shí)際操作中很難完全實(shí)現(xiàn)。

筆者在此首先對已有大氣中對流層校正模型進(jìn)行比較，然后對基于GPS數(shù)據(jù)和氣象觀測數(shù)據(jù)的大氣改正方法進(jìn)行試驗(yàn)研究，證明大氣校正對雷達(dá)干涉測量的影響和消除的有效性。

1 常用的統(tǒng)計(jì)型大氣校正模型

1.1 相位累積平均法 對試驗(yàn)區(qū)的多幅干涉圖進(jìn)行相位解纏，然后求平均，來達(dá)到降低大氣影響的目的。此方法的缺點(diǎn)是相同SAR干涉影像很難獲??；相位梯度無法檢核，需要相位解纏；形變速率必須假設(shè)為常數(shù)；突發(fā)的影響無法去除。

1.2 利用GPS數(shù)據(jù)和氣象觀測資料

GPS可以提高時(shí)間分辨率和平面位置精度，氣象數(shù)據(jù)提高了外部數(shù)據(jù)的空間分辨率。此法的優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)對各種氣象條件，且精度高；缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)要求苛刻，需要有SAR衛(wèi)星過境時(shí)的GPS數(shù)據(jù)[3]。

1.3 永久散射體（PS）技術(shù) 利用特定的點(diǎn)上的相位數(shù)據(jù)來估計(jì)地球物理信號。此方法的優(yōu)點(diǎn)是通過識別高相干目標(biāo)，獲取地區(qū)干涉相位的不同成分。此方法的缺點(diǎn)是需要25～30幅SAR影像才能獲得比較；依賴于測區(qū)可靠的高相干點(diǎn)的數(shù)量和分布。

1.4 利用MODIS和MERIS的數(shù)據(jù) 反映可降水汽總量。此方法缺點(diǎn)是只有在晴朗的天氣條件下收集到的PWV值才可以用來改正InSAR的測量結(jié)果；MODISPWV高估了水汽量，需要先校準(zhǔn)。

這些大氣校正方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同的校正方法適合在不同的條件下?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況選擇方法，最終達(dá)到有效去除大氣效應(yīng)的影響。在此對基于GPS數(shù)據(jù)和氣象觀測數(shù)據(jù)的大氣改正方法進(jìn)行試驗(yàn)與研究。

2 基于GPS和氣象數(shù)據(jù)的CRInSAR大氣校正模型

基于研究區(qū)域有連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站，可以滿足有SAR衛(wèi)星過境時(shí)的GPS數(shù)據(jù)[4]，大氣校正模型的實(shí)施步驟如下。

4 結(jié)論

CRInSAR技術(shù)能夠解決較小區(qū)域的形變監(jiān)測，為測繪外業(yè)工作節(jié)省了大量的人力物力。但在實(shí)現(xiàn)高精度形變監(jiān)測時(shí)，必須去除大氣延遲影響。文中通過總結(jié)比較現(xiàn)有常用的

大氣校正模型，建立了基于GPS觀測數(shù)據(jù)的大氣改正模型，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映出濱海新區(qū)布設(shè)的角反射器點(diǎn)位上的大氣影響，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，大氣校正模型對雷達(dá)干涉測量的影響消除效果明顯。去除大氣的影響，為后續(xù)形變監(jiān)測的數(shù)據(jù)精度提供了保障。

參考文獻(xiàn)

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