一种干涉SAR测量方法的应用与流程
本发明涉及雷达干涉测量，尤其涉及一种干涉sar测量方法的应用。
背景技术：
1、星载insar形变监测技术属于主动式微波遥感技术，其具有覆盖广、全天时和全天候观测、高精度获取地表形变信息的能力，在矿区沉陷监测、城市地表监测、边坡变形监测、重点建筑物形变监测等领域和灾害风险识别提供技术支撑。
2、传统星载insar形变监测技术需要采用重复轨道卫星遥感数据，受卫星重轨精度指标高、卫星造价成本高、技术要求高等限制，提高了使用insar技术实现地表微小形变监测的门槛，另外重复轨道卫星重访周期长，无法满足现阶段不同场景地物快速形变监测的需求，而一种非重轨星载sar影像测量地表微小形变的方法及装置，影像数据各类指标要求较低，且通过卫星协同规划可实现对地物高频次形变监测。同时利用不同特定场景下角反射器布置方案、空间几何关系的原理，将实现高频次、高精度地表微小形变测量。
3、cn112986949a公开了一种针对角反射器的sar高精度时序形变监测方法和装置，方法包括：从各个时刻的sar图像中提取各个角反射器的精确位置信息；根据各个角反射器的精确位置信息，确定各个角反射器在不同时刻的sar图像对中对应的总位置偏移信息；根据地形和卫星轨道数据确定空间基线对应的第一位置偏移分量信息；据sar图像对中的自然同名散射目标信号确定系统误差和环境对应的第二位置偏移分量信息；根据sar图像对的总位置偏移信息、第一位置偏移分量信息和第二位置偏移分量信息确定角反射器对应的形变位置偏移信息；根据角反射器的形变位置偏移信息确定角反射器的高精度形变序列。
4、然而该现有技术的工作原理主要在于利用幅度信息进行空间位置差值计算来获得地面点的精确位置，其没有采用相位干涉，即，并非干涉sar工作原理，并且其分辨率不够高，最多只能达到厘米量级的误差范围。例如其各个角反射器是利用sar图像计算得到的，sar图像确定的角反射器位置本身所蕴含的误差将始终存在，且无法得到克服。由于该测量方式需要解算前后多次拍摄时的角反射器总偏移，其无法利用相位干涉，所以精度有限。此外，现有技术针对不同的应用场景均使用相同的监测手段，在未针对不同的应用场景做出适配的调整的情况下，监测结果的精度会受到严重的影响，尤其是针对需要布设角反射器的应用场景，不同的角反射器布设方案都会对监测结果造成影响。
5、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
1、为了准确得出监测目标的水平向形变和垂直向形变，现有技术已经出现了基于角反射器insar技术提取监测区域形变的技术方案。例如，公开号为cn114966678a的专利文献公开了一种基于垂直角的地基insar形变分解方法，其首先基于角反射器地基insar技术的提取监测区雷达视线向形变，将待监测区域布设角反射器，基于角反射器insar技术提取监测区域形变，其过程包括地基sar图像配准、干涉、解缠和形变提取；其次进行雷达视线向与水平向角度提取，其中的雷达视线向为雷达与角反射器几何中心连线；最后利用角度分解方程将地基sar视线向形变量投影至水平方向与垂直方向，得到水平向和垂直向形变量。然而，该技术方案中主要涉及的变化量监测对象为雷达与角反射器，即位于地面的监测区域内的角反射器以及位于空间环境下卫星上的雷达设备，其中的形变量指的是雷达视线向的变化量，无法反映监测区域内目标之间的相位差，也无法避免在角反射器与雷达之间的两次拍摄存在的因气候条件，尤其是大气延迟引发的误差。针对现有技术之不足，本发明提供了一种干涉sar测量方法的应用，尤其是一种干涉sar测量方法在针对单体建筑区域进行沉降监测时的应用、一种干涉sar测量方法在针对线性工程区域进行沉降监测时的应用、一种干涉sar测量方法在针对重点基础设施区域进行沉降监测时的应用和/或一种干涉sar测量方法在针对限定范围区域进行沉降监测时的应用，以解决上述至少部分技术问题。
2、在第一方面，本发明公开了一种干涉sar测量方法在针对单体建筑区域进行沉降监测时的应用，其包括如下步骤：
3、在单体建筑区域以特定排布规则布设若干目标，将上述目标的先验位置提供给地面处理单元；
4、利用sar卫星拍摄若干目标所在的区域，并将拍摄后的数据发送给地面处理单元；
5、针对目标单次拍摄来确定目标之间的相位差；
6、根据上述步骤确定的相位差和sar载荷波长，利用地面处理单元计算目标间的斜视距离；
7、根据该斜视距离与卫星轨道信息，利用地面处理单元确定目标间的位置关系，其中，在单次测量时，确定目标间的一维位置关系，以得到目标间的相对距离信息；在多次测量时，确定目标间的三维位置关系。
8、根据一种优选实施方式，在单体建筑区域能够以如下特定排布规则布设有若干(例如至少四个)目标：
9、至少存在一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心与另一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心重合，且两个目标集合中不存在共同的目标，其中，上述几何中心重合的位置包括：
10、归属于一组目标集合的第一目标和第三目标所构成的连线线段与归属于另一组目标集合的第二目标和第四目标所构成的连线线段的交叉点所在之处。现有技术通常将角反射器的布设设置方式作为解决星载sar在距离向快时间和方位向慢时间存在的系统误差问题的处理技术手段。例如，公开号为cn110865346a的专利文献公开了一种基于直接定位算法的星载sar时间参数标定方法，包括以下步骤：定标区域选取与角反射器布设；角反射器指向调整与散射中心位置测量；成像与图像升采样处理；角反射器标称方位向时间和斜距确定；sar天线相位中心位置、速度的拟合；拟合系数综合处理；定标方程组建立；定标方程组求解；大气延迟补偿；方位向慢时间误差和斜距误差求解；多角反射器处理结果平均；多次观测处理结果平均；对雷达系统发射信号形式遍历标定，最终获得星载sar的方位向慢时间校正参数和斜距校正参数。然而，该技术方案仅涉及在每个定标区域的中心位置布设一个角反射器，其目的是使角反射器散射最强方向与雷达波束中心指向重合，从而对角反射器的散射中心位置做精确测量，以获得角反射器在地心固联坐标系下的坐标。然而，当本发明的目标为角反射器时，其具有特定的排布方式，即基于待监测对象的类型特征和形态特征确定几何中心重合的角反射器的布设位置，使得若干角反射器按照该特定排布方式布设后形成特定几何形状，本发明通过一次测量来确定两个位置已知的角反射器之间的相对距离。此外，由于本发明通过目标的单次拍摄来确定目标之间的相位差，此时的目标位于同一监测区域内，由此得到某个监测区域的消除了气候干扰的形变指标。与上述现有技术相比，本发明能够选取不同时间段sar影像目标区域几何特征点相位形变值计算得到间隔期间内的地表形变量结果图。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何提高获取研究区目标区域形变信息的效率。具体地，本发明提供的技术方案能够在非重轨条件下，通过高频监测实现快速获取研究区目标区域形变信息的目的，有利于不同场景地物形变隐患区域的快速识别，从而能够定期为客户提供高频次目标影像和相位形变数据，对于基础设施形变监测与预警具有积极作用。同时，本发明提供的技术方案能够实现对大范围的地表形变的快速检测，快速提取形变范围，极大提高局部形变值的计算效率。
11、在第二方面，本发明公开了一种干涉sar测量方法在针对线性工程区域进行沉降监测时的应用，线性工程区域为包含高铁、高速公路和/或地铁在内的交通路线所在区域，其包括如下步骤：
12、在线性工程区域以特定排布规则布设若干目标，将上述目标的先验位置提供给地面处理单元；
13、利用sar卫星拍摄若干目标所在的区域，并将拍摄后的数据发送给地面处理单元；
14、针对目标单次拍摄来确定目标之间的相位差；
15、根据上述步骤确定的相位差和sar载荷波长，利用地面处理单元计算目标间的斜视距离；
16、根据该斜视距离与卫星轨道信息，利用地面处理单元确定目标间的位置关系，其中，在单次测量时，确定目标间的一维位置关系，以得到目标间的相对距离信息；在多次测量时，确定目标间的三维位置关系。与上述现有技术相比，本发明能够根据不同的监测区域设置相应的角反射器布设方式，即基于特定规则确定相应的布设位置。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何提高不同监测区域的形变测量的检测精度。具体地，本发明的角反射器能够以特定规律的分布，满足特征点重合，利用线性关系约束，进行差分计算。随着角反射器个数和目标监测范围增加，可构成的几何中心重合的特定几何形状线性越多，约束性越强，随着观测次数的增加，系统误差越小。通过该设置方式能够使得本发明规避现有技术中难以应对的整周模糊问题，例如利用先验知识计算整周数的方法过于复杂，不利于便捷计算斜视距离上的形变值。本发明则能够以特定规则排布的角反射器形成至少一个几何重叠点，根据几何重叠点的整周数为零的特性，由此能够快速测量得到两两角反射器之间在斜视距离上的形变值。
17、根据一种优选实施方式，在线性工程区域能够以如下特定排布规则布设有若干(例如至少三个)目标：
18、至少存在一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心与另一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心重合，且两个目标集合中不存在共同的目标，其中，上述几何中心重合的位置包括：
19、归属于一组目标集合的第一目标和第三目标所构成的连线线段与归属于另一组目标集合的第二目标所在点位的交叉点所在之处。
20、在第三方面，本发明公开了一种干涉sar测量方法在针对重点基础设施区域进行沉降监测时的应用，重点基础设施区域为包含水坝、桥梁和/或机场在内的重点基础设施所在区域，其包括如下步骤：
21、在重点基础设施区域以特定排布规则布设若干目标，将上述目标的先验位置提供给地面处理单元；
22、利用sar卫星拍摄若干目标所在的区域，并将拍摄后的数据发送给地面处理单元；
23、针对目标单次拍摄来确定目标之间的相位差；
24、根据上述步骤确定的相位差和sar载荷波长，利用地面处理单元计算目标间的斜视距离；
25、根据该斜视距离与卫星轨道信息，利用地面处理单元确定目标间的位置关系，其中，在单次测量时，确定目标间的一维位置关系，以得到目标间的相对距离信息；在多次测量时，确定目标间的三维位置关系。
26、根据一种优选实施方式，在重点基础设施区域能够以如下特定排布规则布设有若干(例如至少六个)目标：
27、至少存在一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心与另一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心重合，且两个目标集合中不存在共同的目标，其中，上述几何中心重合的位置包括：
28、归属于一组目标集合的第一目标和第四目标所构成的连线线段、归属于另一组目标集合的第二目标和第五目标所构成的连线线段以及归属于再一组目标集合的第三目标和第六目标所构成的连线线段的交叉点所在之处。
29、在第四方面，本发明公开了一种干涉sar测量方法在针对限定范围区域进行沉降监测时的应用，限定范围区域为包含建筑群和/或地震带在内的需要进行范围划定的区域，其包括如下步骤：
30、在限定范围区域以特定排布规则布设若干目标，将上述目标的先验位置提供给地面处理单元；
31、利用sar卫星拍摄若干目标所在的区域，并将拍摄后的数据发送给地面处理单元；
32、针对目标单次拍摄来确定目标之间的相位差；
33、根据上述步骤确定的相位差和sar载荷波长，利用地面处理单元计算目标间的斜视距离；
34、根据该斜视距离与卫星轨道信息，利用地面处理单元确定目标间的位置关系，其中，在单次测量时，确定目标间的一维位置关系，以得到目标间的相对距离信息；在多次测量时，确定目标间的三维位置关系。
35、根据一种优选实施方式，在限定范围区域能够以如下特定排布规则布设有若干(例如至少七个)目标：
36、至少存在一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心与另一组目标集合中的所有目标所构成的几何形状的几何中心重合，且两个目标集合中不存在共同的目标，其中，根据目标集合划分方式的不同，上述几何中心重合的位置包括：
37、第一目标和第四目标所构成的连线线段、第二目标和第五目标所构成的连线线段、第三目标和第六目标所构成的连线线段以及第七目标所在点位的交叉点所在之处。
38、根据一种优选实施方式，“针对目标单次拍摄来确定目标之间的相位差”包括：
39、由地面处理单元处理“针对目标所在区域所拍摄的sar回波数据”，以形成单视复型影像产品，其中包含所拍摄的区域幅值和相位信息；
40、在单视复型影像产品中采用sinc插值方法计算获得各个目标的幅值最大值所在坐标点的相位信息；
41、根据各个目标的相位信息，利用地面处理单元计算目标间的相位差。
42、根据一种优选实施方式，“根据该斜视距离与卫星轨道信息，利用地面处理单元确定目标间的位置关系”包括：
43、在借助sar卫星“在指定时间段内的至少一次”拍摄的情况下，通过分析至少两组拍摄之间的一维位置关系差值，以得到一维形变信息；
44、在借助sar卫星“在指定时间段内的至少两次”拍摄的情况下，通过分析至少两组拍摄之间的二维位置关系差值，以得到二维形变信息；
45、在借助sar卫星“在指定时间段内的至少三次”拍摄的情况下，通过分析至少两组拍摄之间的三维位置关系差值，以得到三维形变信息。
46、传统测量方法(例如cn112986949a)仅针对各个点，分析其两次拍摄之间的位置差异，无法消除两次拍摄之间的气候条件引发的误差。而本发明通过单次拍摄至少两个点的信息，由此确定“点与点之间的线段”。这样使得本发明获得的一维形变信息已经通过“将同时拍摄两个点相互计算差值来抵消共同误差”，由此得到某个监测区域的消除了气候干扰的形变指标。当抵消气候干扰后的一维形变信息超出一定阈值时，才安排人员进行现场复核，大幅度减少了因气候干扰所引发无谓的沉降报警，减少了人工成本，同时也大量减少了运算数据，使得单个卫星能够服务更多的监测区域。
47、而在指定时间段内的两次拍摄的η相同的情况(即同轨道倾角的情况)下，由于η角相同，即可得到二维位置。在单颗卫星非重轨拍摄时，就可以实现高精度测量，避免了重轨的卫星轨道维持代价。优选地，重轨是指两次拍摄的η与θ均相同，其属于同轨道倾角的特例。
48、当需要三维位置关系时，可利用多卫星联合监测，以实现高频拍摄，缩短监测周期。因为本发明可以利用从不同轨道倾角的sar卫星获取的sar图像来完成测量，其中，不同轨道倾角是指两次拍摄的η不同的情况，例如两颗卫星拍摄或同一卫星升轨和降轨拍摄的情况。
49、本发明相比于现有技术的有益技术效果至少在于：本发明提供一种干涉sar测量方法的应用，对待监测对象或其所在区域的合成孔径雷达影像进行收集，根据拍摄时间进行排序；选取不同时间段sar影像目标区域几何特征点(中心点)相位形变值计算得到间隔期间内的地表形变量结果图。本发明提供的技术方案可实现在非重轨条件下，通过高频监测，快速获取研究区目标区域的形变信息，有利于不同场景地物形变隐患区域的快速识别，可定期为客户提供高频次目标影像和相位形变数据，对于基础设施形变监测与预警具有积极作用。本发明提供的技术方案能够实现对大范围的地表形变的快速检测，快速提取形变范围，极大提高局部形变值的计算效率。与cn112986949a相比，本发明采用了相位干涉原理，通过一次测量来确定两个位置已知的角反射器之间的相对距离。相位干涉原理决定了本发明精度能够达到毫米级，显著优于cn112986949a的厘米级。
技术特征：
1.一种干涉sar测量方法在针对单体建筑区域进行沉降监测时的应用，其特征在于，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在单体建筑区域能够以如下特定排布规则布设有若干目标：
3.一种干涉sar测量方法在针对线性工程区域进行沉降监测时的应用，线性工程区域为包含高铁、高速公路和/或地铁在内的交通路线所在区域，其特征在于，其包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在线性工程区域能够以如下特定排布规则布设有若干目标：
5.一种干涉sar测量方法在针对重点基础设施区域进行沉降监测时的应用，重点基础设施区域为包含水坝、桥梁和/或机场在内的重点基础设施所在区域，其特征在于，其包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，在重点基础设施区域能够以如下特定排布规则布设有若干目标：
7.一种干涉sar测量方法在针对限定范围区域进行沉降监测时的应用，限定范围区域为包含建筑群和/或地震带在内的需要进行范围划定的区域，其特征在于，其包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，在限定范围区域能够以如下特定排布规则布设有若干目标：
9.根据权利要求1～8任一项所述的应用，其特征在于，“针对所述目标单次拍摄来确定所述目标之间的相位差”包括：
10.根据权利要求1～9任一项所述的应用，其特征在于，“根据该斜视距离与卫星轨道信息，利用所述地面处理单元确定所述目标间的位置关系”包括：
技术总结
本发明涉及一种干涉SAR测量方法的应用，其可被应用于针对单体建筑区域、线性工程区域、重点基础设施区域和/或限定范围区域的沉降监测，其包括如下步骤：在相应区域以特定排布规则布设若干目标，将上述目标的先验位置提供给地面处理单元；利用SAR卫星拍摄若干目标所在的区域，并将拍摄后的数据发送给地面处理单元；针对目标单次拍摄来确定目标之间的相位差；根据上述步骤确定的相位差和SAR载荷波长，利用地面处理单元计算目标间的斜视距离；根据该斜视距离与卫星轨道信息，利用地面处理单元确定目标间的位置关系，其中，在单次测量时，确定目标间的一维位置关系，以得到目标间的相对距离信息；在多次测量时，确定目标间的三维位置关系。
技术研发人员：张善从,陈超民,刘伟,桑晓茹,任维佳,杨峰
受保护的技术使用者：蓝点天图（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5