摘要：阅读全文http://xb.chinasmp.com/article/2024/1001-1595/1001-1595-2024-10-1930.shtml陆地探测一号01组卫星(LT-1)是我国一组以差分干涉应用为核心任务的SAR卫星星座，由A、B星组成，采
本文内容来源于《测绘学报》2024年第10期（审图号GS京(2024)2165号）
国产卫星时序InSAR形变监测精度分析
许兵,1, 朱焱,1, 李志伟1, 易辉伟1, 胡妙文1, 陈琦2,3, 韩焜1, 杜洵13.
摘要
陆探一号时序InSARCSU-InSAR精度分析
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阅读全文http://xb.chinasmp.com/article/2024/1001-1595/1001-1595-2024-10-1930.shtml陆地探测一号01组卫星(LT-1)是我国一组以差分干涉应用为核心任务的SAR卫星星座，由A、B星组成，采用编队构型运行，具备双星绕飞与双星跟飞两种模式，具有全天时、全天候、多极化对地成像能力[1-2]。A星和B星分别于2022年1月26日和2月27日在我国酒泉卫星发射中心成功发射，运行于607 km高度的准太阳同步轨道，双星均搭载了先进的L波段多极化多通道合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)载荷，具备多种成像模式，最高分辨率3 m，最大观测幅宽可达400 km。国内形变监测技术已十分成熟[3-6]，但利用国产SAR影像进行时序形变监测与精度验证的成果较少[7-9]。现有国产SAR卫星如C波段高分三号[10-11]卫星主要用于资源调查和灾害监测方面；X波段天绘二号[12-13]是军用卫星，在民用领域存在一定限制。LT-1将主要发挥其形变监测的特色，利用干涉测高和差分形变测量技术，实现高精度、全天时、全天候地形测量及地表形变监测[14-17]，可为基础设施形变监测[18-19]、地质灾害[20-21]、土地调查[22]、地震评估[23]、基础测绘[24]、林业调查[25]等领域提供强有力的空间技术支撑。中南大学雷达遥感与影像大地测量研究室团队承担了中国资源卫星应用中心的干涉数据处理子系统软件包项目。在LT-1卫星在轨期间，对双星干涉数据与重轨干涉数据进行了L-SAR数据干扰测试、影像裁剪测试、DSM产品生产测试、干涉数据处理测试。团队完全自主研发了一款SAR领域专业数据处理软件——中南大学合成孔径雷达干涉(Central South University-interferometric synthetic aperture radar，CSU-InSAR)数据处理软件。该软件具备了干涉SAR数据处理从数据获取、预处理、差分干涉数据处理、生产DSM及各类时序形变产品的全流程技术原理及算法。
1.1 经典时序InSAR方法原理SBAS-InSAR技术与PS-InSAR技术是经典的时序InSAR技术。为了进行国产陆探一号在轨测试时序InSAR形变精度监测，本文采用以下两种方法进行。
（1）SBAS-InSAR技术。SBAS-InSAR技术[26]是一种基于D-InSAR的时间序列InSAR技术，通过设置基线的时空范围，克服时空去相关和大气干扰，基于奇异值分解(singular value decomposition，SVD)[26]求解出最小二乘解，得到方位向的相位平均速率。
在SBAS-InSAR算法中，假设获取t0，t1，…，tN时间段的N+1幅SAR影像，共生成M幅干涉图，M的范围表达式为
(1)
假设第i幅差分干涉图由tA和tB两个时刻获取的SAR影像生成，则影像中(x，r)处的干涉相位表示为
(3)
用矩阵表示为
(4)
式中，A为系数矩阵[M×N]，每一行对应每一个干涉对，具体为
(5)
若所有干涉对属于同一个子基线集，则矩阵A的秩为N(M≥N)，其最小二乘解为
(6)
当基线集中含有多个子集时，矩阵A秩亏，AT=A为奇异矩阵。若有L个不同的子基线集，则A的秩为N-L+1。为了解决这个问题，常用的方法是SVD法，进而计算并恢复相位时间序列。
由于差分干涉相位含有高程误差、大气延迟和其他噪声，故而所解出的相位时间序列含有非形变信号，因此不能直接采用上述方法获得有效的形变结果。为解决这一问题，SBAS干涉方法首先基于多项式形变模型解算低频形变，同时对高程误差进行建模和解算，再将低频形变分量加回，此时再利用上述解算过程求解每个时间段内的相位变化速率并恢复相位时间序列。最后，从相位时间序列中扣除之前求得的低频形变，对残差相位时间序列进行时空滤波得到大气延迟相位时间序列，从原始相位时间序列中扣除大气延迟相位即可得到形变相位序列，通过相位到形变的转换可得到形变时间序列。
SBAS-InSAR技术流程主要如图1所示，其中“+”号为添加相位成分，“-”为去除相位成分。
图1图1 SBAS技术数据处理流程
Fig.1 Flowchart of SBAS method data processing
（2）PS-InSAR技术。PS-InSAR技术[27-29]通过多景单视复数影像进行差分干涉处理，选取干涉图上具有强后向散射特性、稳定的像素点作为研究对象，即PS点。这些点大多为建筑物楼体及裸露的岩石等，可以在长时间间隔内保持良好的稳定性，同时受外界噪声影响较小，因此具有较高相干性。这样既可以避免不稳定地面点参与数据解算，也削弱了时间、空间失相干和大气延迟对形变监测结果的影响。PS-InSAR技术适用于研究长时间缓慢的地表形变变化规律，同时其监测精度更高。
利用PS-InSAR技术获取地表形变信息的数据处理流程如图2所示，可将其数据处理分为数据预处理、差分干涉计算和形变量计算3个部分，具体数据处理流程如下。
图2图2 PS-InSAR技术数据处理流程
Fig.2 Flowchart of PS-InSAR method data processing
步骤1：选择覆盖地面相同区域的N+1幅雷达影像，对选择的全部雷达影像进行辐射校正处理，通过设定合理振幅离差阈值或相干系数阈值，探测试验区PS候选点，构建PS网络。
步骤2：根据时间基线长度、空间基线长度及多普勒质心频率参数，选取其中一景雷达影像作为公共主影像，其余雷达影像作为辅影像，将主辅影像进行配准处理，同时将配准的两景影像进行共轭相乘，生成N幅干涉图。
步骤3：提取PS点在N幅时序差分干涉图中的干涉相位，建立时序差分干涉相位阵，其中任意差分干涉图中某个PS点的相位表达式为
来源：测绘学报