GPS-InSAR数据融合方法与应用.doc

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1、GPS-InSAR数据融合方法与应用作者简介：焦明连(1963-),男，河南商丘人，副教授，主要研究方向为遥感信息处理和测绘教育。焦明连1，蒋廷臣1，2，（1．淮海工学院测绘工程学院,江苏连云港222001；2．武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉市珞瑜路129号武汉430079）摘要：应用GPS-InSAR集成技术监测地表形变是目前地学界研究的热点问题。介绍了利用GPS对InSAR进行大气误差和轨道误差改正的方法，探讨了GPS与InSAR数据融合的方案，并通过一个实例证明应用GPS-InSAR集成技术可以达到毫米级监

2、测精度并具有十分广阔的应用前景。关键词：全球定位系统；合成孔径雷达干涉测量；地表形变；数据融合引言合成孔径雷达干涉测量（InterferometricSyntheticApertureRadar，简称InSAR）是根据复雷达图象的相位差信息，利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，通过影像处理和几何转换来提取地面目标区地形的三维信息[1]。最大特点是主动式遥感，全天候成像，空间分辨率高，覆盖范围大。它固有的局限性在于对大气参数的变化、卫星轨道参数的误差和地表覆盖的变化非常敏感，给InSAR图像的解

3、译带来困难。GPS技术在地表形变监测领域的应用日臻成熟，世界各国都投入大量经费布设GPS监测网，对地表形变进行连续或定期观测，其显著特点是时间分辨率很高，采样率可达20Hz。但GPS定位为离散点定位，空间分辨率可能是几十或几百公里[2]，得不到连续的定位结果，为了提高监测的空间分辨率，需要布设大量的GPS监测点，高费用抑制了GPS对地表形变的监测能力。两种对地观测技术，信息获取的侧重点有所区别，并带有一定的片面性。根据二者互补性的特点，将两种技术进行组合应用，不但可以获得更多的信息，提高信息的可靠性，而且信息融合过程会

4、挖掘更多的信息，从而推动对地观测技术向更深更广的领域发展。目前，我国对GPS与InSAR集成技术的研究还处于起步阶段，仍有许多问题值得研究。本文重点讨论GPS与InSAR合成的技术途径，并通过一个实例证明该方法切实可行并具有十分广阔的应用前景。一、GPS与InSAR合成的技术途径InSAR对于大气传播误差、卫星轨道误差、空间基线去相关等误差非常敏感[3]，当这些误差出现在InSAR中时，会严重影响InSAR的精度甚至会引起错误解译。GPS与InSAR数据融合既可以改正InSAR数据本身难以消除的误差，又可以实现GPS技

5、术高时间分辨率和高平面位置精度与InSAR技术高空间分辨率和高高程变形精度的有效统一。1.1GPS对InSAR大气误差的校正InSAR获取地表形变信息是通过对InSAR干涉图进行差分处理得到的。因此，只有SAR影像上两个点之间和两幅影像之间的相对大气延迟才会使InSAR获取的形变信息发生扭曲。同时，相位差以及地表形变总是相对于影像上面的某个固定点的，因此，站点之间和时域之间的双差分算法可用于从GPS观测值中获取对InSAR的大气延迟改正[4]。1.1.1单差分（Single-differences）假定A点在SAR影像

6、上是固定不动的，作为一个参考点。B是SAR影像上的另一个点，如果从GPS估计出的站点A和B在SAR影像j时的对流层延迟分别为和，则站点之间的延迟差为：(1)用站点A作为参考点，利用式（1）可以计算其他GPS站点与A点之间的单差分延迟，这些单差分延迟经过内插可以生成一副与雷达的SLC数据相似的大气层延迟改正影像。1.1.2双差分（Double-differences）:假定有两个站点A和B和两个时间j（主SLC影像）和k（副SLC影像），由式（1）可以得到两个单差分，通过对这两个单差分进行差分可以得到一个双差分：(2)式

7、（2）表明有两种可能的方法进行双差分：一是先进行站点间差分，然后进行时域间差分（BSBE），二是先进行时域间差分，然后进行站点间差分（BEBS）。一般人们更倾向于BSBE法，因为BS差分能内插生成一副单差分延迟改正产品，该产品只与SLC影像有关，只要SLC影像形成InSAR对，BS能自由的形成下一步的BE差分组合。1.2GPS对InSAR轨道误差的校正因为仅仅采用星载SAR数据本身提供的轨道参数进行定位，误差可能达数公里，即使使用经过精确校正的轨道参数，精度往往也达不到应用的要求[5]。GPS技术在InSAR应用中直接

8、的结合方式是对InSAR数据的处理结果进行精确的几何定位或地理编码。通常的步骤是事先设置角反射器，适当地安装角反射器（如图1所示），当SAR成像时将会强烈反射角反射器发射过来的电磁波，在影像中出现明显的特征点。或者找到类似于角反射器的永久性散射体（permanent图1角反射器图2角反射器在雷达图像上的表现scatters，简称P