Sentinel-1新型TOPS模式PSI大区域地表形变监测研究

With the advantages of rapid extraction, high precision, all-time, all-weather and wide area monitoring abilities, Persistent Scatterers Interferometry (PSI), a new advanced Synthetic Aperture Radar Interferometry (INSAR) technology, is widely applied in terrain mapping and the surface deformation monitoring. In 2014, the newly launched Sentinel-1 satellite adopts a new working mode called Terrain Observation by Progressive Scan (TOPS). It provides INSAR data with short revisit cycle (12 days), wide area coverage (> 250 km), and high resolution (5 m X 20 m). Moreover, the data is open to the public with free of charge, which will certainly lead to a new upsurge of INSAR study. When PSI analysis is applied into the new mode of TOPS, there are several problems and limitations. In order to solve the problems of huge data processing and splicing, this project intends to investigate the following technologies for PSI analysis with Sentinel-1 TOPS multi-temporal INSAR data. The main research content includes three parts: (1) The seamless splicing method for sub swath interferograms of TOPS mode; (2) High volume and wide area PSI method with TOPS mode INSAR data; (3) The uncertainties and precision analysis of the proposed model and the case study with the multi-temporal INSAR data from satellite Sentinel-1 TOPS mode. This research will not only put forward an effective solution for monitoring of deformation over wide area with PSI analysis from TOPS mode, but also provide technical supports for monitoring of global deformation and disaster prevention and mitigation of Sentinel-1, finally resulting in huge economic benefits.

永久散射体干涉测量（PSI）已成为地表形变监测中一种极具潜力的对地观测技术。2014年成功发射的Sentinel-1卫星，采用新型TOPS模式，可获取短重访周期（12天），大范围（>250 km），高分辨率(5 m X 20 m)的INSAR数据，并且数据免费对外公开，势必迎来INSAR研究的新高潮。针对目前TOPS模式PSI应用存在的数据量大以及需要拼接的问题，本项目拟开展以下研究：（1）TOPS模式子条带干涉图无缝拼接方法；（2）TOPS模式下大区域大数据量PSI分析方法；（3）TOPS模式大区域PSI分析方法的误差与精度分析。本研究工作能有效地解决Sentinel-1新型TOPS模式PSI处理面临的具体问题，提高其整体解算性能和效率，成为新型TOPS模式多时相INSAR地形测绘与地表形变监测的有效方法，同时也为其开展全球形变监测，防灾减灾等提供技术支撑，产生巨大的经济效益。

合成孔径雷达卫星因具有全天时全天候的能力，通过多时相INSAR分析可以获取毫米级的形变信息和米级的高程信息，在地面形变监测中发挥了十分重要的作用。商业高分辨率卫星虽然具有高精度监测的能力，然而其数据价格较为昂贵。新一代新型卫星Sentinel-1由欧空局合作发射，Sentinel-1卫星采用TOPS模式，具有较高的分辨率（5 m x 20 m），较短的重访周期（< 12天），大范围监测（> 250 km）的优势，并且其数据免费对外开放，该数据必将在地形测绘、地表形变监测以及其他相关领域取得重要应用，从而迎来合成孔径雷达干涉测量研究的新高潮。本项目针对目前TOPS模式的PSI应用存在的数据量大以及需要拼接的问题，主要对以下四个方面进行了研究：（1）提出了TOPS模式子条带干涉图无缝拼接方法；（2）进行了PS点分层构网模型研究；（3）进行了TOPS模式PSI城市形变监测方法的误差与精度分析；（4）提出了卫星数据的快速几何纠正方法。本项目通过开展Sentinel-1新型TOPS模式PSI大区域地表形变监测研究，为大规模的利用Sentinel-1新型TOPS模型多时相INSAR数据提供支持，为大面积地表形变监测提供技术支撑，取得重大社会经济效益。综上所述，本项目成功开展了一些列的理论和实践研究，为利用新型卫星数据进行INSAR技术的研究与应用提供了详细和科学的研究资料。项目资助相关成果已发表在国际权威SCI期刊杂志和国际会议论文集上，并申请相关专利。