MT-InSAR中电离层延迟改正关键技术研究

As a potential technology of the space-to-ground observation, InSAR inevitably suffers from the ionospheric effect, degrading the precision of InSAR observations. More seriously, this effect has become and is becoming more significant with the increasing interest in the low frequency SAR systems (e.g., L- and P-bands), and limits the further development of InSAR technology. Therefore, it is necessary to develop efficient method to correct the ionospheric contributions to interferograms. To address the shortages of present research on correcting ionospheric delay on InSAR, this project attempts to develop improved methods to correct it through studying the key technologies. Three approaches are designed for this project: ① split-spectrum along range direction method according to ionospheric dispersion characteristics; ②azimuth offset method based on the relationship between azimuth offset and ionospheric phase delay; ③Faraday Rotation (FR) angle method based on the relationship between FR angle and ionospheric phase delay. For the performance test of the developed methods, multi-platform SAR images over Hong Kong, Fenwei basin, Ordos Basin, Alaska are used.

作为一项极具潜力的空间对地观测技术，InSAR将不可避免地受到大气中电离层延迟的影响，降低了其观测精度。特别地，随着将来低频SAR卫星(如L和P波段)的发射，这种影响将进一步加剧，严重制约了InSAR技术的进一步发展。因此，必须研究有效的方法对其进行改正。然而目前的改正方法在实际应用中存在一定的局限性，基于此本项目将展开InSAR电离层延迟改正的关键技术研究，从而建立一套完善的MT-InSAR电离层改正理论体系和技术流程。项目将发展三种方法实现对MT-InSAR电离层的改正:①根据电离层的色散特性发展距离向光谱分频法;②根据方位向偏移量与电离层相位延迟之间的关系研究方位向偏移量法；③根据法拉第旋转角与电离层之间的关系研究法拉第旋转角法。为了验证三种方案的合理性，将利用覆盖香港、汾渭盆地、鄂尔多斯盆地、美国阿拉斯加等地的多平台SAR数据进行试验。

作为一项极具潜力的空间对地观测技术，合成孔径雷达干涉测量(InSAR)容易受到大气中电离层延迟的影响，降低了其观测精度，必须对其进行改正。然而目前的改正方法在实际应用中存在一定的局限性，基于此本项目开展了多时域InSAR(MT-InSAR)电离层延迟改正的关键技术研究。项目主要发展了三种电离层改正方法：法拉第旋转法(FR)、方位向偏移量法以及距离向光谱分频法。对于法拉第旋转法，考虑到常规FR方法进行电离层改正中存在的改正残余问题，提出了融合电离层模型和轨道模型的综合改正模型，并利用覆盖美国阿拉斯加的ALOS-1/PALSAR-1数据进行了实验，结果表明提出的综合模型优于单电离层模型和轨道模型，能够有效地改正极化InSAR的电离层延迟影响。对于方位向偏移量法，在分析电离层改正误差源的基础上，提出了优化的积分常数、比例因子以及方位向偏移量估计方法，提高了方位向法电离层改正精度，并利用模拟实验和真实实验证明了方法的合理性。对于距离向光谱分频法，展开了带通滤波在距离向对SAR影像进行分频的关键技术研究以及电离层相位屏粗差探测、滤波等后处理研究，进而用于改正全频干涉图电离层相位，利用ALOS-2尼泊尔地震以及ALOS-1玉树地震同震形变进行改正实验，验证了方法的合理性。需要说明的是，发展的三种电离层改正方法适用于不同的干涉条件，FR方法主要用于极化干涉SAR，方位向偏移量法适用于相干条件较好的干涉SAR，距离向光谱分频法适用于宽带宽干涉SAR。本项目的研究成果将显著提高InSAR观测结果精度，有助于更好服务于地质灾害监测预警、环境保护等方面。依托本项目，共发表学术论文14篇，参加会议4次，培养研究生3名。