短时空PS InSAR形变模型构建与稳健解算方法研究

Deformation models construction and robust solution of short spatio-temporal baselines PS InSAR is one of the most important aspects in theoretical study and practical application of this technique. Taking L, X and C-band SAR images as data sources, ground deformations are divided into linear and nonlinear to study and solve the existing problems of deformation models of short spatio-temporal baselines PS InSAR in this project. . The existing deformation models cannot consider the optimal coherence of temporal differential interferograms and cannot be robustly solved based on generalized inversion. To resolve these problems, a constrained and weighted deformation model will be constructed and solved to extract the optimal deformation values and rates based on linear constrained optimization methods. This model can improve the stability of solutions and practical anti-disturbance capabilities of short spatio-temporal baselines PS InSAR for monitoring linear ground deformation. Moreover, the previous deformation models with assumption of linear ground deformation cannot be applied to obtain ground deformation with clear nonlinear characteristics. So the nonlinear deformation model of short spatio-temporal baseline PS InSAR will be constructed and solved with nonlinear constrained optimization methods, which takes into account deformation characteristics. Thus it can improve the capacity of short spatio-temporal baselines PS InSAR to monitor nonlinear ground deformation and expand its usage. The project is innovative and has important theoretical significance and practical value.

短时空PS InSAR形变模型的构建与稳健解算是该技术理论研究与实际应用中最为重要的环节之一。项目以L、X和C波段SAR影像为数据源，将地表形变分为线性和非线性区别对待，研究解决现有短时空PS InSAR形变模型中存在的问题。. 项目以约束最优化原理为基础，针对现有形变模型未考虑差分干涉对序列的最优相干性、基于广义逆求解稳定性差的问题，提出并构建附有约束条件的加权短时空PS InSAR形变模型。利用线性约束最优化方法进行解算，提取形变量和形变速率的最优解，提高解的稳定性和在实际应用中的抗扰动能力；针对现有模型不适用于获取具有明显非线性特征的地表形变问题，提出并构建顾及形变特征的非线性短时空PS InSAR形变模型，利用非线性约束最优化方法进行解算，提高短时空PS InSAR监测非线性地表形变的能力，拓宽形变模型的适用范围。项目选题新颖，具有重要的理论意义和实用价值。

短时空PS InSAR被广泛应用于大尺度长时间序列的矿区、城市、地震断裂带等不同类型地表形变监测。其形变模型的构建与稳健解算是该技术理论研究与实际应用中最为重要的环节之一。项目从理论研究、模型建立与解算、算法设计与实现等方面开展研究，主要内容包括：.（1）对比分析了PS、SBAS及其融合的短时空PS InSAR技术的形变模型及其解算方法、数据处理流程、关键技术、实际地表形变监测效果等；针对形变模型受时序差分干涉对数量和质量影响较大的问题，研究和分析了短时空PS InSAR时序差分干涉序列的优化选取方法和对形变监测结果的影响程度；针对形变模型中差分干涉相位受DEM误差影响严重的问题，全面系统的研究了DEM误差与形变监测误差之间存在的关系，给出外部DEM在不同影像参数条件下对形变监测结果的影响程度。.（2）研究和分析了形变模型的病态和秩亏两类不适定问题；提出了能削弱模型病态影响的基于Liu估计的有偏迭代估计法和Tikhonov正则化稳健解算方法；引入Lanbweber迭代法解算秩亏的形变模型，提出了一种新的迭代次数确定方法，一定程度上解决了奇异值分解法解算形变模型稳定性差的问题；研究和分析了LS估计、Liu估计、基于Liu估计的有偏迭代估计、岭估计和Tikhonov正则化等最优化估计方法解算形变模型的精度和稳健程度。.（3）设计并实现了短时空PS InSAR形变模型构建和稳健解算算法，编制了相应程序模块，包括研究区地表形变的模拟，形变模型的构建， LS估计、Liu估计、基于Liu估计的有偏迭代估计、岭估计和Tikhonov正则化等方法解算形变模型的过程及其应用效果的有效验证等。.在该项目的资助下，发表学术期刊论文8篇，其中，SCI收录2篇，EI收录3篇，中文核心期刊3篇，另外录用待发表SCI期刊论文1篇（Communications in Statistics - Simulation and Computation）。 项目研究成果一定程度上丰富了短时空PS InSAR技术的理论研究，也为使用者正确利用短时空PS InSAR技术进行地表形变监测提供一定的借鉴作用，促进了该技术在地表形变监测中的应用，加大了对地表形变的监测和管理力度。