多时相InSAR电离层探测和延迟改正的理论与方法研究

InSAR based on low frequency SAR data, such as the L and P frequency band SAR data, is advantageous in resisting the effect of spatial and temporal decorrelation. It is therefore used widely in geodesy. However, low frequency SAR data are sensitive to ionospheric effects. Its accuracy is often limited by the effects. The current methods for mitigating the effects only focus on some of the effects, e.g., Faraday effect, phase change and azimuth shift. Their usefulness and accuracy are also lack of sufficient validation. Therefore, it is important to carry out more research on ionospheric effects on InSAR in view of the increasing number of low frequency SAR missions planned. This project will use multi-temporal InSAR technique and results from polarimetric SAR and GPS measurements to (1) establish a set of theories and models for detecting and correcting ionospheric effects by fully using all the available information to resolve the bottle-neck problem in SAR application, (2) enhance the capability of InSAR in monitoring deformations to provide technique support for geohazards studies, and (3) cotribute ionospheric studies by investigating the fine scale spatial and temporal TEC variations.

基于低频的L和P波段SAR数据的InSAR技术具有较强的抵抗时空失相关的能力，因此被广泛用于大地测量领域。然而低频SAR数据对大气中的电离层延迟非常敏感，使得InSAR技术的形变测量能力和精度受到极大限制。现有方法大多只能针对InSAR电离层影响（包括法拉第效应、相位变化和方位向偏移）的其中一部分影响进行改正，其可行性和精度也缺乏足够的验证。因此，随着越来越多的低频SAR卫星计划的实施，亟需展开对InSAR电离层延迟改正的系统性研究。本项目以多时相InSAR技术为核心，联合极化SAR和GPS技术，旨在（1）充分利用现有资料，建立一套完整的InSAR电离层探测和延迟改正的理论与模型，突破InSAR的技术瓶颈；（2）提高InSAR监测形变的能力和精度，为地质灾害监测提供技术支撑；（3）反演电离层TEC在精细尺度下的扰动情况，为电离层变化规律研究开辟一条新的途径。

合成孔径雷达干涉测量（InSAR）作为一种十分有效的大地测量技术，在过去二十年间被成功的应用于众多重要的科学研究中，例如全球高程模型建立，地震、地下水开采、和煤矿开采等地表形变测量。在星载合成孔径雷达图像成像过程中，电磁波穿透大气层过程中与电离层相互作用，其空间和时间上的变化都会对InSAR的测量结果造成影响，从而降低了InSAR监测的有效性和精度，在低纬度、两极、和地震区域其影响尤为严重。本项目旨在建立一套完整和系统性的InSAR电离层探测和延迟改正的方法，以及反演电离层在典型区域（例如地震）的空间变化情况。为此，项目组开展了一些列的理论和实验研究，研究成果总结如下：1）研究了GPS的电离层电子总含量变化率与InSAR电离层影响的相关性研究，有助于我们借鉴GPS的电离层产品来评估SAR影像受电离层影响的情况；2）系统地和完整地研究了不同利用InSAR技术电离层探测和延迟改正的方法，并开发了相应的数据处理软件；3）评估了不同InSAR电离层延迟改正方法的有效性和改正精度分析，可指导我们获取高精度的地面形变信息；4）研究了InSAR电离层扰动对于地震滑动分布反演的影响，可以帮助更好地了解地震的变形机理；和5）初步利用InSAR技术分析了地震前后电离层空间变化的规律，尽管目前InSAR技术还存在一定的不确定性，但对于研究电离层和地震的耦合关系给出了一种新的思路。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InSAR技术研究电离层提供了详细和科学的研究资料。