多基线差分干涉测量相位萃取与解缠方法研究

In multiple baseline differential radar interferometry (DInSAR) applications, it is always difficult to obtain high density mapping results, which may lead to deformation results being hard to understand and deformation phenomenon being not fully exhibited. There are two core problems resulting in this difficulty 1) scatterers’ decorrelation; 2) the coupling of phase unwrapping operation. This project will deeply study the basic theory and processing strategies of multiple baseline DInSAR, reveal the essences of these two problems, clarify the fundamental reasons why the density of results is restricted to be improved, and investigate the corresponding solutions. The project intends to extend the latest SqueeSAR technology, squeezing stable phase components of distributed scatters in high quality by partially utilizing coherence matrices, thereby minimizing the influence of scatterers’ decorrelation on the density of mapping results as much as possible. The project will reveal the temporal/spatial constraint rules on interferometric phase, obtaining reliable phase unwrapping results individually on each re-identified stable point by taking advantage of the unwrapped phase from reference stable points, thereby eliminate the coupling of phase unwrapping operation, setting the stage for further improvement of mapping results. Finally, by integrating the above research outcomes, a complete multiple baseline DInSAR method will be formed, thereby attaining the goal of fully improving the density of mapping results. The outcomes from the project will deepen and enrich the theory of multiple baseline DInSAR, providing scientific evidences to the extension of its application areas.

在多基线差分干涉测量应用中，高密度监测结果往往难以获得，这可能导致形变结果难以理解、形变现象无法全面展现。造成这一困难的核心问题有两个：1）散射体去相关；2）残余相位解缠操作的耦合性。项目拟深入分析多基线差分干涉测量基础理论和处理策略，揭示这两个问题的本质，明确其限制监测结果密度提高的根本原因，并探索相应的解决方案。拟发展目前最前沿的SqueeSAR技术，利用相干矩阵局部信息对分布散射体的稳定相位成分进行高质量萃取，以尽量减小散射体去相关对监测结果密度的影响。揭示相位时空约束规律，利用稳定基准点的解缠相位独立地在各二次识别稳定点上获取可靠的相位解缠结果，以去除相位解缠操作的耦合性，为监测结果密度的进一步提升创造条件。最后，整合上述研究成果，形成一套完整的多基线差分干涉处理方法，达到全面提升监测结果密度的目的。项目研究成果将深化和丰富多基线差分干涉测量理论，为其应用范围的扩展提供科学依据。

按照项目计划要求，围绕“如何有效提升多基线差分干涉测量监测结果密度”这一热点问题，对多基线差分干涉测量中的相位萃取问题以及二次识别稳定点残余相位解缠问题进行了深入研究，提出了相干矩阵局部元素相位萃取方法，二次识别稳定点单点解缠方法以及融合二者的多基线差分干涉数据处理流程等。主要工作及成果：1）深入研究了相位萃取技术数学模型，给出了相位萃取目标函数的一阶导数形式，在此基础上实现了传统的相位萃取方法，并验证了该技术的实用性；2）深入研究了假设检验理论，研究了SqueeSAR中统计一致性点检验方法，多方面验证了相应的SAR斑点噪声去除算法，系统总结了该技术的优缺点；3）提出了相位萃取技术的等效网络模型，在此基础上建立了相干矩阵局部相位萃取的网络模型，提出了基于简单相干网络的相位萃取方法，详细分析了该方法的性能特性并验证了其实用性；4）研究了多基线差分干涉测量中通用的网络流解缠方法的数学模型，实现了基于网络流的可视化解缠技术，详细分析了网络流解缠技术的特性；5）提出了混合残差点的概念，在此基础上建立了二次识别稳定点残余相位单点解缠的数学模型，提出了基于网络流的二次识别稳定点单点解缠方法，验证了单点相位解缠技术的有效性；6）整合研究成果，设计与实现了融合局部相位萃取技术和单点解缠技术的多基线差分干涉测量数据处理流程；7）设计并验证了适应项目需求的新型TOPS数据多基线差分干涉测量数据预处理流程，实现了TOPS数据与项目成果的无缝对接，增强了项目成果的适应能力。. 项目组圆满完成了申请书中的研究内容，通过相干矩阵局部相位萃取技术减小了散射体去相关对监测结果密度的影响，通过单点解缠技术去除了二次识别稳定点解缠操作的耦合性，使相位稳定点二次识别过程中的约束条件得以放宽，达成了既定的研究目标。项目成果发展和丰富了多基线差分干涉测量技术的核心科学理论，为相关理论与应用研究提供了新的视角。