本發(fā)明涉及一種基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法。

背景技術(shù)：

地表形變是在自然因素(如地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、土層自然壓縮、冰川漂移和冰流、地震和火山活動(dòng)等)和人類活動(dòng)及其衍生物(前者如地下資源開(kāi)采、大型工程施工等，后者如高層建筑物、大型水壩等的靜荷載及大型交通工具的動(dòng)荷載)的作用下，地殼或者地殼表層土體發(fā)生位移，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域地表發(fā)生形變的一種環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象。地表形變是一種發(fā)生和影響范圍較廣的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，當(dāng)其發(fā)生于城鎮(zhèn)及其近郊區(qū)域時(shí)，往往會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及人類生活造成持續(xù)性的不利影響。因此，需采取有效措施對(duì)地表形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并依此制定地表形變的防控措施。然而，由于地表形變發(fā)生和影響范圍十分廣泛，因此在對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)需采取具有廣域覆蓋能力的技術(shù)手段。

時(shí)序差分合成孔徑雷達(dá)干涉(timeseriesdifferentialinterferometricsyntheticapertureradar,ts-dinsar)方法使用覆蓋同一地區(qū)的多幅sar影像進(jìn)行時(shí)序差分干涉處理，并進(jìn)行形變建模和解算，分離大氣和軌道誤差，最終獲取相應(yīng)的地表形變速率和形變時(shí)間序列。在ts-dinsar方法中，兩種典型的思路是永久散射體(persistentscatterer,ps)時(shí)序差分雷達(dá)干涉(ps-dinsar或psi)方法和短基線子集(smallbaselinesubset,sbas)時(shí)序差分雷達(dá)干涉(sbas-dinsar)方法。自這兩種方法被提出以來(lái)，關(guān)于ts-dinsar的研究和應(yīng)用逐漸成為雷達(dá)干涉領(lǐng)域的熱點(diǎn)，并出現(xiàn)了多種擴(kuò)展的ts-dinsar方法。

對(duì)于ts-dinsar而言，一個(gè)重要的影響因素是差分干涉圖的相干性。ts-dinsar數(shù)據(jù)處理過(guò)程中一個(gè)非常重要的步驟是選取具有高相干性的干涉對(duì)(即形成差分干涉圖的sar影像對(duì)，由主、從兩幅sar影像構(gòu)成)，并排除相干性較低的干涉對(duì)。這一處理的主要目的有兩點(diǎn)：(1)提高差分干涉圖集的整體相干性，也即提高形變建模和解算所需觀測(cè)值(差分干涉相位序列)的信噪比，避免失相干對(duì)解算結(jié)果的影響，提高形變解算精度；(2)排除受失相干影響較為顯著的干涉對(duì)，提高可用于地表形變建模和解算的相干目標(biāo)(coherenttarget,ct)數(shù)量，有利于保證形變解算結(jié)果的精度和可靠性，并對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域形成更為全面的覆蓋。

根據(jù)現(xiàn)有研究，影響差分干涉圖相干性的因素主要有時(shí)間變化引起的時(shí)間失相干和sar重復(fù)觀測(cè)同一地區(qū)時(shí)所處的空間位置差異。時(shí)間變化是指形成干涉對(duì)的兩幅sar影像的獲取時(shí)間差，被稱為時(shí)間基線。一般地，時(shí)間基線越長(zhǎng)則時(shí)間失相干越嚴(yán)重，這是因?yàn)闀r(shí)間間隔越長(zhǎng)地物的變化越大，對(duì)sar信號(hào)影像越嚴(yán)重。sar空間位置差異是指第一次觀測(cè)和第二次觀測(cè)sar成像時(shí)所處位置之間的空間距離，被稱為空間基線。對(duì)于空間基線，影響干涉對(duì)相干性的是其垂直于sar觀測(cè)方向的分量，即垂直基線，垂直基線越長(zhǎng)則空間失相干越嚴(yán)重。這是由于垂直基線越長(zhǎng)，sar電磁波與觀測(cè)目標(biāo)交互作用差異越大。

為削弱失相干的影響，目前常采用的方法為：(1)限制時(shí)間基線和垂直基線的大小，降低時(shí)間失相干和空間失相干的影響；(2)先對(duì)所有sar影像進(jìn)行全組合干涉處理，計(jì)算所有干涉對(duì)的相干性并生成相干圖，目視解譯判斷每個(gè)干涉對(duì)的相干性，或者通過(guò)對(duì)相干圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析篩選相干性較高的干涉對(duì)。

在限制或降低失相干對(duì)ts-dinsar的影響方面，其中一種常用的方法是限制時(shí)間基線和垂直基線的大小，即從所有干涉對(duì)中選取時(shí)間基線和垂直基線較短的干涉對(duì)參與后續(xù)的地表形變建模和解算。時(shí)間基線較短時(shí)，形成干涉對(duì)的兩幅sar影像獲取的時(shí)間間隔較小，地面觀測(cè)目標(biāo)變化較小，則兩次觀測(cè)所獲取的雷達(dá)回波相位信號(hào)變化不大，具有較高的相干性。垂直基線較小時(shí)，形成干涉對(duì)的兩幅sar影像在成像時(shí)sar傳感器的姿態(tài)較為一致，電磁波與觀測(cè)目標(biāo)的交互作用相同，則回波相位信號(hào)差別不大，具有較高的相干性。

雖然通過(guò)限制時(shí)間基線和垂直基線可以較好地降低時(shí)間失相干和空間失相干的影響，但在季節(jié)性變化較大的區(qū)域，季節(jié)變化所帶來(lái)的失相干十分明顯，甚至比長(zhǎng)時(shí)間基線和長(zhǎng)垂直基線情況下的時(shí)間和空間失相干更為嚴(yán)重。季節(jié)變化具有周期性，因此受季節(jié)性失相干影響的干涉對(duì)不能通過(guò)限制時(shí)間基線和垂直基線的方式予以識(shí)別和排除。例如，若形成干涉對(duì)的兩幅sar影像獲取的季節(jié)相同(如同為春季、夏季、秋季或者冬季)，則即便時(shí)間基線較長(zhǎng)依然具有較高的相干性。然而，若形成干涉對(duì)的兩幅sar影像獲取的季節(jié)不同(如一幅為夏季，一幅為冬季)，則即便時(shí)間基線較短其相干性依然較低。又由于季節(jié)變化導(dǎo)致的失相干與sar成像時(shí)的位置及其差異無(wú)關(guān)，因此也無(wú)法通過(guò)限制垂直基線的方式降低其影響。

季節(jié)性失相干對(duì)人工地物等穩(wěn)定目標(biāo)(即相干目標(biāo)，coherenttarget,ct)的干涉相干性亦有影響。在季節(jié)變化較為明顯的地區(qū)(如我國(guó)華北平原和中原地區(qū)，四季分明)，由于不同季節(jié)溫度、濕度以及目標(biāo)形態(tài)差異更為顯著，因此不同季節(jié)所獲取的影像所記錄的回波信號(hào)間的差異更大，其所形成的干涉對(duì)(時(shí)間間隔較小)與獲取季節(jié)相同(盡管時(shí)間間隔較大)的sar影像形成的干涉對(duì)相比，失相干將更為嚴(yán)重。這種干涉對(duì)的存在會(huì)顯著降低干涉圖集的整體相干性，進(jìn)而導(dǎo)致可用于ts-dinsar形變提取的ct數(shù)量減少，且會(huì)影響形變提取精度。實(shí)際上，溫度變化是通過(guò)改變物體的介電常數(shù)而對(duì)sar回波信號(hào)產(chǎn)生影響，造成不同觀測(cè)間回波信號(hào)的差異增大，進(jìn)而導(dǎo)致失相干。

綜上所述，限制時(shí)間基線和空間基線的方法并不能削弱或避免季節(jié)性失相干的影響，這對(duì)ts-dinsar地表形變提取精度的進(jìn)一步提高十分不利。

另一種避免或削弱失相干的方法是綜合利用目視解譯法和統(tǒng)計(jì)分析法。該方法是事先對(duì)所獲取的sar影像進(jìn)行全組合干涉處理，得到相應(yīng)的干涉相干圖(相干性圖，能夠反映干涉對(duì)的相干性)。全組合即sar影像間兩兩任意配對(duì)，如n+1幅sar影像可形成n(n+1)/2個(gè)干涉對(duì)。假設(shè)有35幅sar影像，則形成595個(gè)干涉對(duì)，通過(guò)相干性計(jì)算公式計(jì)算595個(gè)干涉對(duì)中每個(gè)sar影像像元的相干系數(shù)，形成595幅相干性圖。然后通過(guò)目視觀察這595幅相干性圖并輔助統(tǒng)計(jì)分析的方法篩選具有較高相干性的干涉對(duì)，排除相干性較低的干涉對(duì)。

目視解譯法和統(tǒng)計(jì)分析法雖然可以較為有效地識(shí)別相干性較差的干涉對(duì)(包括受季節(jié)性變化影響較大的干涉對(duì))，但其有兩個(gè)主要的不足：(1)受人為因素影響較大；(2)計(jì)算量大，效率極低。對(duì)于第(1)點(diǎn)，采用目視解譯所得出的結(jié)果與數(shù)據(jù)處理人員的主觀感受具有較大相關(guān)性，不同的數(shù)據(jù)處理人員所得出的解譯結(jié)果不同。對(duì)于第(2)點(diǎn)，仍以35幅sar影像為例，形成595個(gè)干涉對(duì)，在進(jìn)行目視解譯和統(tǒng)計(jì)分析前需要先計(jì)算并生成595幅相干性圖，計(jì)算量非常顯著，對(duì)595幅相干性圖進(jìn)行目視解譯和統(tǒng)計(jì)分析也將耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。因此，該方法效率極低。隨著需要處理的sar影像數(shù)量的逐步增多，這一缺點(diǎn)將更加明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種有效解決了上述問(wèn)題的基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法。

本發(fā)明基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法，包括：

根據(jù)全組合方式對(duì)sar影像進(jìn)行組合配對(duì)，如n幅sar影像可形成n(n+1)/2個(gè)干涉對(duì)；

根據(jù)sar影像參數(shù)文件提取影像獲取時(shí)間以及成像時(shí)刻的sar傳感器運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；對(duì)于衛(wèi)星平臺(tái)，運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，至少包括衛(wèi)星空間三維坐標(biāo)和三維速度矢量、側(cè)視角、在軌運(yùn)行時(shí)間；

獲取sar影像成像時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)；

根據(jù)sar影像獲取時(shí)間計(jì)算所有干涉對(duì)的時(shí)間基線，根據(jù)傳感器運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算所有干涉對(duì)的垂直基線，根據(jù)氣溫?cái)?shù)據(jù)和溫度基線計(jì)算公式計(jì)算所有干涉對(duì)的溫度基線；

設(shè)置合適的時(shí)間基線閾值、垂直基線閾值和溫度基線閾值，篩選并排除受時(shí)間失相干、空間失相干和季節(jié)性失相干影響較嚴(yán)重的干涉對(duì)。

進(jìn)一步地，所述溫度基線的計(jì)算公式為：

其中，為第l個(gè)干涉對(duì)的溫度基線；iml和isl分別為形成第l個(gè)干涉對(duì)的主、從sar影像；和分別為主、從sar影像獲取時(shí)刻的氣溫值。

進(jìn)一步地，在從sar影像參數(shù)文件中獲得影像獲取時(shí)間后，通過(guò)下式計(jì)算干涉對(duì)的時(shí)間基線：

其中，為第l個(gè)干涉對(duì)的時(shí)間基線；iml和isl分別為形成第l個(gè)干涉對(duì)的主、從sar影像；和分別為主、從sar影像的獲取時(shí)間。

進(jìn)一步地，在從sar影像參數(shù)文件中獲取衛(wèi)星成像時(shí)刻的三維空間坐標(biāo)后，通過(guò)兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算主、從sar影像成像時(shí)刻衛(wèi)星間的空間距離，即空間基線；

設(shè)第l個(gè)干涉對(duì)的主、從sar影像成像時(shí)刻衛(wèi)星的空間三維坐標(biāo)分別為：

其中，為主影像成像時(shí)刻衛(wèi)星(或者說(shuō)是傳感器)的空間位置，和為相應(yīng)的三維坐標(biāo)值；為從影像成像時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置，和為相應(yīng)的三維坐標(biāo)值；則第l個(gè)干涉對(duì)的空間基線為：

空間基線可被分解為兩個(gè)方向上的分量：沿垂直于sar視線方向的分量以及sar視線方向上的分量；其中，前者即為垂直基線，后者為平行基線即平行于sar視線方向；空間基線、垂直基線和平行基線的關(guān)系為：

其中，為第l個(gè)干涉對(duì)的垂直基線；為第l個(gè)干涉對(duì)的平行基線；由公式(6)可得：

在數(shù)值上與兩次成像時(shí)衛(wèi)星至觀測(cè)目標(biāo)之間的斜距(即傳感器至觀測(cè)目標(biāo)之間的距離)差δrl近似相等，取且有：

其中，為主影像成像時(shí)刻sar傳感器至地面目標(biāo)的距離；為從影像成像時(shí)刻sar傳感器至地面目標(biāo)的距離；對(duì)于和有：

其中，xgt、ygt和zgt為地面觀測(cè)目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)；

此時(shí)，

溫度基線在獲得sar影像成像時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)后根據(jù)公式(1)計(jì)算。

借由上述方案，本發(fā)明基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)在進(jìn)行ts-dinsar干涉對(duì)篩選時(shí)考慮了季節(jié)性變化所引發(fā)的失相干，通過(guò)溫度基線閾值方法識(shí)別并排除季節(jié)性失相干較為嚴(yán)重的干涉對(duì)，提高差分干涉圖集的整體相干性，進(jìn)而有利于地表形變提取精度的進(jìn)一步提高。此外，排除季節(jié)性失相干后，可有效增加ct的數(shù)量和密度，進(jìn)而提高ts-dinsar形變監(jiān)測(cè)結(jié)果的地面覆蓋度。原有的基于對(duì)時(shí)間基線和垂直基線進(jìn)行限制的干涉對(duì)篩選方法無(wú)法識(shí)別并排除受季節(jié)性失相干影響的干涉對(duì)。

(2)提高干涉對(duì)優(yōu)化選取的效率，降低相應(yīng)的計(jì)算量。溫度基線的計(jì)算方法和時(shí)間基線計(jì)算方法相同，只需要知道形成干涉對(duì)的兩幅sar影像獲取時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算二者的溫度差即為溫度基線。該方法無(wú)需事先進(jìn)行干涉相干性計(jì)算和分析，因此可以高效且自動(dòng)化地識(shí)別并排除受季節(jié)性失相干影響較為嚴(yán)重的干涉對(duì)，達(dá)到干涉對(duì)優(yōu)化選取的目的?；谀恳暯庾g和統(tǒng)計(jì)分析的干涉對(duì)優(yōu)化選取方法需要事先對(duì)所有干涉組合進(jìn)行相干性計(jì)算、目視解譯和統(tǒng)計(jì)分析，一是計(jì)算量巨大，效率極低，二是容易受人為因素影響。因此，本發(fā)明中的技術(shù)方案簡(jiǎn)單有效，易于執(zhí)行。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)明

附圖1為基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法技術(shù)流程圖；

附圖2為sar影像獲取時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)；

附圖3為35幅sar影像任意干涉組合的時(shí)間基線、垂直基線以及溫度基線分布；

附圖4為垂直基線限制為30m時(shí)98個(gè)干涉對(duì)的時(shí)間基線、垂直基線及溫度基線分布；

附圖5為溫度基線限制為28℃時(shí)76個(gè)干涉對(duì)的時(shí)間基線、空間基線及溫度基線分布。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

(1)本發(fā)明基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法，在ts-dinsar干涉對(duì)選取時(shí)，充分考慮季節(jié)變化的影響，準(zhǔn)確識(shí)別受季節(jié)變化影響較嚴(yán)重的干涉對(duì)并將其排除，進(jìn)一步提高ts-dinsar差分干涉圖集的整體相干性，有利于地表形變提取精度的提高，并增加ct數(shù)目。上述限制時(shí)間和空間基線的方法無(wú)法降低或避免季節(jié)變化所引發(fā)的失相干，因此本發(fā)明技術(shù)方案將引入新的策略對(duì)此問(wèn)題予以解決。

(2)本發(fā)明基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法，降低干涉對(duì)優(yōu)化選取的計(jì)算量，提高干涉對(duì)選取效率，實(shí)現(xiàn)高效且自動(dòng)化的干涉對(duì)優(yōu)化選取。上述目視解譯法和統(tǒng)計(jì)分析法雖能有效識(shí)別并排除受季節(jié)變化影響較大的干涉對(duì)，但由于需要事先進(jìn)行全組合干涉處理并計(jì)算相干性圖，然后還需要對(duì)所有干涉對(duì)的相干性圖進(jìn)行目視解譯和統(tǒng)計(jì)分析，因而效率極低。因此，本發(fā)明技術(shù)方案將通過(guò)避免事先計(jì)算相干性圖的策略有效提高干涉對(duì)優(yōu)化選取的效率。

本發(fā)明技術(shù)方案將引入季節(jié)性失相干和溫度基線這兩個(gè)概念以及基于溫度基線的干涉對(duì)優(yōu)化選取方法。溫度變化是通過(guò)改變物體的介電常數(shù)而對(duì)sar回波信號(hào)產(chǎn)生影響，造成不同觀測(cè)間回波信號(hào)的差異增大，進(jìn)而導(dǎo)致失相干。即季節(jié)變化導(dǎo)致溫度變化，溫度變化導(dǎo)致觀測(cè)目標(biāo)的介電常數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)失相干，那么通過(guò)設(shè)置溫度差閾值可有效識(shí)別并排除受季節(jié)變化影響較大的干涉對(duì)。在此，定義季節(jié)變化所引發(fā)的失相干為季節(jié)性失相干，定義兩幅sar影像獲取時(shí)刻的溫度差為溫度基線。將時(shí)間基線、垂直基線和溫度基線進(jìn)行結(jié)合，即可同時(shí)識(shí)別和排除受時(shí)間失相干、空間失相干和季節(jié)性失相干影響較大的干涉對(duì)，此即基于溫度基線的合成孔徑雷達(dá)干涉對(duì)優(yōu)化選取方法。

溫度基線的計(jì)算公式為：

其中，為第l個(gè)干涉對(duì)的溫度基線；iml和isl分別為第l個(gè)干涉對(duì)的主、從sar影像；和分別為主、從sar影像獲取時(shí)刻的氣溫值。

從上述關(guān)于溫度基線和時(shí)間基線的定義和描述可知，二者是相似的，所表達(dá)的都是兩幅sar影像之間某變量的變化值。sar影像獲取時(shí)刻的溫度可以從氣象局網(wǎng)站獲取，然后，同時(shí)計(jì)算所有sar影像干涉組合的時(shí)間基線、垂直基線和溫度基線，并設(shè)置合適的時(shí)間基線閾值、垂直基線閾值和溫度基線閾值，排除時(shí)間基線、垂直基線和溫度基線超出所設(shè)定閾值的干涉對(duì)，即可完成考慮季節(jié)性失相干的干涉對(duì)自動(dòng)優(yōu)化選取。

當(dāng)獲取季節(jié)相同的兩幅sar影像形成干涉對(duì)時(shí)，即便時(shí)間基線較長(zhǎng)，依然具有較好的相干性。因此，時(shí)間基線閾值可以放寬，以保證最后能夠獲取足夠多的干涉對(duì)參與后續(xù)的形變建模和解算。本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施流程見(jiàn)附圖1。

綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

(1)根據(jù)全組合方式對(duì)sar影像進(jìn)行組合配對(duì)，如n+1幅sar影像可形成n(n+1)/2個(gè)干涉對(duì)。

假設(shè)獲取了覆蓋研究區(qū)域(或待監(jiān)測(cè)區(qū)域)的n+1幅sar影像，則通過(guò)數(shù)學(xué)排列組合中的全組合形式對(duì)n+1幅sar影像進(jìn)行兩兩配對(duì)，可形成n(n+1)/2個(gè)干涉對(duì)。所謂的干涉對(duì)，是指sar影像進(jìn)行兩兩配對(duì)后，形成一個(gè)“對(duì)”的兩幅sar影像將進(jìn)行干涉(即兩幅sar影像所記錄的相位進(jìn)行相減)處理，此時(shí)，“對(duì)”即為干涉對(duì)。組成干涉對(duì)的兩幅sar影像分別被稱為主影像和從影像。

(2)根據(jù)sar影像參數(shù)文件提取影像獲取時(shí)間以及成像時(shí)刻的sar傳感器運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；對(duì)于衛(wèi)星平臺(tái)而言，運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星空間三維坐標(biāo)和三維速度矢量、側(cè)視角、在軌運(yùn)行時(shí)間等。

在獲取sar影像時(shí)，可同時(shí)獲取與影像相對(duì)應(yīng)的參數(shù)文件(數(shù)據(jù)發(fā)布機(jī)構(gòu)同時(shí)提供sar影像數(shù)據(jù)和參數(shù)文件)。參數(shù)文件里面記錄了sar影像的獲取時(shí)間、影像大小、行列數(shù)、采樣間隔、sar信號(hào)頻率、數(shù)據(jù)格式、影像中心的經(jīng)緯度、脈沖的入射角、sar平臺(tái)運(yùn)行姿態(tài)參數(shù)(對(duì)于衛(wèi)星sar系統(tǒng)而言為衛(wèi)星軌道狀態(tài)矢量，包括成像時(shí)衛(wèi)星的三維空間坐標(biāo)和三維速度矢量)等。

(3)獲取sar影像成像時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)。

sar影像獲取時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)可從中國(guó)國(guó)家氣象局網(wǎng)站或者sar成像區(qū)域所在地的地方氣象局網(wǎng)站免費(fèi)獲取。本實(shí)施例中從國(guó)家氣象局網(wǎng)站獲取了35幅實(shí)驗(yàn)用sar影像(本實(shí)施例中采用覆蓋天津局部地區(qū)的sar影像作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))獲取時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)。如附圖2所示為35幅sar影像獲取時(shí)刻的氣溫分布。由附圖2可看出，自2009年3月27日(第一幅sar影像的獲取時(shí)間)至2010年12月14日(最后一幅sar影像的獲取時(shí)間)，氣溫呈現(xiàn)出明顯的周期性變化，即季節(jié)性變化。

(4)根據(jù)sar影像獲取時(shí)間計(jì)算所有干涉對(duì)的時(shí)間基線，根據(jù)傳感器運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算所有干涉對(duì)的垂直基線，根據(jù)氣溫?cái)?shù)據(jù)和公式(1)計(jì)算所有干涉對(duì)的溫度基線。

在從sar影像參數(shù)文件中獲得影像獲取時(shí)間后，可通過(guò)下式計(jì)算干涉對(duì)的時(shí)間基線：

其中，為第l個(gè)干涉對(duì)的時(shí)間基線；iml和isl分別為形成第l個(gè)干涉對(duì)的主、從sar影像；和分別為主、從sar影像的獲取時(shí)間。

為了得到干涉對(duì)的垂直基線，需要首先計(jì)算其空間基線。在從sar影像參數(shù)文件中獲取衛(wèi)星成像時(shí)刻的三維空間坐標(biāo)后，可通過(guò)兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算主、從sar影像成像時(shí)刻衛(wèi)星間的空間距離，即空間基線。設(shè)第l個(gè)干涉對(duì)的主、從sar影像成像時(shí)刻衛(wèi)星的空間三維坐標(biāo)分別為：

其中，為主影像成像時(shí)刻衛(wèi)星(或者說(shuō)是傳感器)的空間位置，和為相應(yīng)的三維坐標(biāo)值；為從影像成像時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置，和為相應(yīng)的三維坐標(biāo)值。則第l個(gè)干涉對(duì)的空間基線為：

一般地，空間基線可被分解為兩個(gè)方向上的分量：沿垂直于sar視線方向的分量以及sar視線方向上的分量。其中，前者即為垂直基線，后者為平行基線(即平行于sar視線方向)?？臻g基線、垂直基線和平行基線的關(guān)系為：

其中，為第l個(gè)干涉對(duì)的垂直基線；為第l個(gè)干涉對(duì)的平行基線。由公式(6)可得：

實(shí)際中，在數(shù)值上與兩次成像時(shí)衛(wèi)星至觀測(cè)目標(biāo)之間的斜距(也即sar傳感器至地面目標(biāo)的距離)差δrl近似相等，實(shí)際中常取且有：

其中，為主影像成像時(shí)刻sar傳感器至地面目標(biāo)的距離；為從影像成像時(shí)刻sar傳感器至地面目標(biāo)的距離。對(duì)于和有：

其中，xgt、ygt和zgt為地面觀測(cè)目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)。

此時(shí)，

最后，溫度基線可在獲得sar影像成像時(shí)刻的氣溫?cái)?shù)據(jù)后根據(jù)公式(1)計(jì)算。

如附圖3所示為使用35幅sar影像，通過(guò)全組合方式進(jìn)行干涉配對(duì)所形成的干涉對(duì)的時(shí)間基線、垂直基線和溫度基線分布。圖中用黑色三角形代表sar影像，橫坐標(biāo)軸為時(shí)間軸，用以標(biāo)示sar影像的獲取時(shí)間，縱坐標(biāo)軸為干涉對(duì)的垂直基線。垂直基線數(shù)值越大，空間失相干越嚴(yán)重。圖中同時(shí)標(biāo)記出了每幅sar影像的獲取日期，例如，20100702表示2010年7月2日。為便于表述，將采用sar影像的獲取時(shí)間表示其名稱。圖中每條灰色線條連接兩幅sar影像，即一個(gè)干涉對(duì)，線條的灰度值對(duì)應(yīng)于右側(cè)的顏色條(即colorbar)，采用分級(jí)設(shè)色(灰度值)的形式表達(dá)溫度基線的大小(需要說(shuō)明的是，圖中溫度的正負(fù)僅代表不同干涉對(duì)主、叢sar影像獲取時(shí)氣溫值的差值，實(shí)際中，溫度基線閾值使用溫度差的絕對(duì)值)，單位為攝氏度(℃)。干涉對(duì)的時(shí)間基線即主、從sar影像的獲取時(shí)間差，例如，20090623和20100702這兩幅sar影像所形成的干涉對(duì)，時(shí)間基線為374天(從2009年6月23日到2010年7月2日)。通過(guò)公式(3)至(11)計(jì)算得出20090623和20100702這兩幅sar影像所形成的干涉對(duì)的垂直基線為1.9米。

(5)設(shè)置合適的時(shí)間基線閾值、垂直基線閾值和溫度基線閾值，篩選并排除受時(shí)間失相干、空間失相干和季節(jié)性失相干影響較嚴(yán)重的干涉對(duì)。為便于闡述，本發(fā)明技術(shù)方案中稱設(shè)置溫度基線限制季節(jié)性失相干的方法為溫度基線閾值方法。時(shí)間基線閾值可以放寬，且當(dāng)整體的時(shí)間跨度不大時(shí)，可不對(duì)時(shí)間基線進(jìn)行限制(見(jiàn)本步驟的詳細(xì)說(shuō)明)。此步驟可以分為兩步進(jìn)行，即首先根據(jù)時(shí)間和垂直基線閾值進(jìn)行干涉對(duì)的初始篩選，在初始篩選結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)溫度基線閾值進(jìn)行干涉對(duì)的優(yōu)化選取。

前已述及，可通過(guò)設(shè)置時(shí)間基線閾值和垂直基線閾值限制時(shí)間失相干和空間失相干?，F(xiàn)有研究表明，干涉對(duì)的時(shí)間基線不宜超過(guò)2年，垂直基線不宜超過(guò)150米。但是，當(dāng)sar影像整體時(shí)間跨度較小時(shí)(如第一幅sar影像和最后一幅sar影像之間的時(shí)間跨度小于2年)可不考慮對(duì)時(shí)間基線進(jìn)行限制。在本發(fā)明技術(shù)方案中，所給出的實(shí)施例使用的sar影像，整體時(shí)間跨度為1年零9個(gè)月，低于2年，因此在進(jìn)行干涉組合配對(duì)時(shí)未設(shè)置時(shí)間基線閾值。為避免空間失相干對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，設(shè)置垂直基線閾值為30米(遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于150米)。如附圖4所示為垂直基線閾值設(shè)置為30米時(shí)干涉對(duì)的時(shí)間基線、垂直基線和溫度基線分布。其中，最長(zhǎng)時(shí)間基線為627天，最大空間基線為29.8米，最大溫度基線為34.7℃。

前已述及，失相干的存在會(huì)降低ct的數(shù)量。尤其是季節(jié)性失相干，對(duì)穩(wěn)定地物亦有影響，對(duì)ct數(shù)量的影響將更為顯著。因此，可通過(guò)ct探測(cè)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)溫度基線閾值方法的有效性。

實(shí)驗(yàn)將采用不同時(shí)間和溫度基線限制所得的干涉對(duì)進(jìn)行ct探測(cè)。具體地，實(shí)驗(yàn)分為四組，第一組使用附圖4所示的干涉組合(共98個(gè)干涉對(duì))，即未對(duì)時(shí)間基線和溫度基線進(jìn)行限制；第二組限制溫度基線在28℃，不限制時(shí)間基線(共76個(gè)干涉對(duì))；第三組不限制溫度基線，時(shí)間基線限制在374天，即從第一組干涉組合中去除時(shí)間基線大于374天的干涉對(duì)(共82個(gè)干涉對(duì))；第四組不限制溫度基線，時(shí)間基線限制在300天(共76個(gè)干涉對(duì)，與限制溫度基線的第二組干涉對(duì)數(shù)目相等)。ct探測(cè)采用相干系數(shù)閾值方法，即在所有干涉對(duì)中相干系數(shù)均高于某一閾值的目標(biāo)被認(rèn)為是ct。相干系數(shù)計(jì)算公式為：

其中，γtotal為待估像元的整體相干系數(shù)，且有γtotal∈[0,1]；為γtotal的最大似然估計(jì)值；i1和i2分別為配準(zhǔn)后主、從影像i1和i2的像元值；n為所選定窗口內(nèi)的像元數(shù)目，n為窗口內(nèi)像元的索引號(hào)。假設(shè)一共有l(wèi)個(gè)干涉對(duì)，則當(dāng)某一目標(biāo)滿足如下條件時(shí)被認(rèn)為是ct：

其中，min(·)為取最小值；為某一目標(biāo)在第l個(gè)干涉對(duì)中的相干系數(shù)；γcrit為相干系數(shù)閾值，本實(shí)施例中取值為0.3。

按照上述分組開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：第一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果ct密度最低，第二組ct密度最高，第三組和第四組ct密度居中。進(jìn)一步地，對(duì)四組結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，使用第一組干涉組合共探測(cè)到32362個(gè)ct(710個(gè)/km²)，第二組探測(cè)到51994個(gè)ct(1140個(gè)/km²)，第三組探測(cè)到38131個(gè)ct(836個(gè)/km²)，第四組探測(cè)到38501個(gè)ct(844個(gè)/km²)。很明顯地，第二組實(shí)驗(yàn)所探測(cè)到的ct顯著多于另外三組。這表明當(dāng)采用溫度基線閾值進(jìn)行干涉對(duì)優(yōu)化選取后，可以使干涉圖集的整體相干性得以有效提高，進(jìn)而提高ct的數(shù)量和密度，也進(jìn)一步表明了季節(jié)性失相干比長(zhǎng)時(shí)間失相干更為嚴(yán)重。

此外，對(duì)第二組ct點(diǎn)集和第三、第四組ct點(diǎn)集進(jìn)行求交集運(yùn)算并剔除公共點(diǎn)，對(duì)第二組ct點(diǎn)集中多出的部分點(diǎn)的相干系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，大部分多出的ct的相干系數(shù)值在0.5以上，高于ct探測(cè)閾值0.3。這進(jìn)一步表明基于溫度基線閾值的干涉對(duì)優(yōu)選方法可以有效避免季節(jié)性失相干，提高干涉圖集的整體相干性。

需要說(shuō)明的是，在實(shí)際的應(yīng)用中，溫度基線閾值的選取依賴于研究區(qū)域的具體情況(不同區(qū)域的溫度變化情況不同)，并需要顧及最終所選出的干涉對(duì)的數(shù)目(若閾值過(guò)于嚴(yán)格，會(huì)造成干涉對(duì)數(shù)目過(guò)少，不滿足時(shí)序差分雷達(dá)干涉數(shù)據(jù)處理需求)。一般地，所設(shè)置的時(shí)間基線閾值、空間基線閾值和溫度基線閾值以能夠滿足后續(xù)數(shù)據(jù)處理，且能夠有效提升干涉圖集整體相干性和ct數(shù)量為準(zhǔn)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。