基于InSAR技術(shù)的地殼形變監(jiān)測(cè)規(guī)范

ICS35.240.70

CCSA77

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX

`

基于InSAR技術(shù)的地殼形變監(jiān)測(cè)規(guī)范

SpecificationforcrustaldeformationmonitoringbasedonInSARtechnology

(點(diǎn)擊此處添加與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識(shí))

（征求意見稿）

（本草案完成時(shí)間：20220117）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

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目次

前言..........................................................................III

引言...........................................................................IV

1范圍................................................................................1

2規(guī)范性引用文件......................................................................1

3術(shù)語(yǔ)、定義和縮略語(yǔ)..................................................................1

術(shù)語(yǔ)和定義......................................................................1

縮略語(yǔ)..........................................................................3

4通則................................................................................4

5數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)備和可行性分析............................................................4

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料收集................................................................4

SAR數(shù)據(jù)像對(duì)獲取及InSAR形變監(jiān)測(cè)的可行性分析.....................................4

6InSAR處理與形變獲取.................................................................4

差分D-InSAR處理方法選擇........................................................4

2次差分InSAR處理...............................................................5

時(shí)序InSAR處理..................................................................9

差分InSAR形變計(jì)算起始點(diǎn)及處理參數(shù)推薦.........................................12

InSAR處理策略選擇..............................................................14

7調(diào)查驗(yàn)證與質(zhì)量檢查控制.............................................................16

調(diào)查驗(yàn)證.......................................................................16

質(zhì)量檢查控制...................................................................17

8成果...............................................................................18

地殼形變監(jiān)測(cè)成果的區(qū)域參考框架.................................................18

成果編制.......................................................................18

附錄A（資料性）SAR干涉數(shù)據(jù)集選取要求.........................................20

A.1SAR數(shù)據(jù)模式....................................................................20

A.2不同等級(jí)數(shù)據(jù)格式...............................................................23

A.3技術(shù)要求.......................................................................24

A.4InSAR地表形變監(jiān)測(cè)精度及適用區(qū)域條件............................................25

附錄B（資料性）形變一張圖編制（以中國(guó)地殼構(gòu)造形變一張圖為例）.................27

B.1編制背景.......................................................................27

B.2編制策略.......................................................................27

B.3數(shù)據(jù)選擇.......................................................................27

B.4技術(shù)要點(diǎn).......................................................................27

B.5結(jié)果分析與應(yīng)用.................................................................27

附錄C（資料性）監(jiān)測(cè)報(bào)告模板...................................................28

I

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C.1文本規(guī)格.......................................................................28

C.2封面格式.......................................................................28

C.3封里內(nèi)容.......................................................................28

附錄D（資料性）圖表格式.......................................................30

D.1地表形變監(jiān)測(cè)成圖格式示意圖.....................................................30

D.2實(shí)例圖.........................................................................30

D.3制圖說明表.....................................................................31

參考文獻(xiàn).......................................................................32

II

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引言

近年來，國(guó)內(nèi)外星載合成孔徑雷達(dá)（SAR）數(shù)據(jù)資源逐漸豐富，合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)（InSAR）

在地殼形變監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮了越來越重要的作用。目前，InSAR數(shù)據(jù)處理軟件眾多、處理流程不同、結(jié)

果可靠性各異，缺少統(tǒng)一的評(píng)估指標(biāo)；此外，對(duì)于參與處理的許多非InSAR處理專業(yè)人員，亟需數(shù)據(jù)處

理方法規(guī)范性的指導(dǎo)。

為規(guī)范基于InSAR技術(shù)的地殼形變監(jiān)測(cè)工作，依據(jù)國(guó)內(nèi)外星載InSAR技術(shù)發(fā)展及地殼形變監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)

展現(xiàn)狀，對(duì)數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)和成果質(zhì)量指標(biāo)、成果編制及應(yīng)用等各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理與規(guī)范，特

制定本標(biāo)準(zhǔn)。

IV

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基于InSAR技術(shù)的地殼形變監(jiān)測(cè)規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了利用InSAR技術(shù)開展地殼形變監(jiān)測(cè)的通則，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)備、干涉像對(duì)選取策

略、差分InSAR形變處理、時(shí)序InSAR形變處理、地殼形變分析以及成果編制等。

本文件適用于利用星載SAR數(shù)據(jù)開展地震形變監(jiān)測(cè)、活動(dòng)斷層形變監(jiān)測(cè)、火山形變監(jiān)測(cè)等工作，利

用其它類型SAR數(shù)據(jù)或開展地質(zhì)災(zāi)害形變監(jiān)測(cè)等類似工作可參考使用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T32874-2016機(jī)載InSAR系統(tǒng)測(cè)制1:100001:500003D產(chǎn)品技術(shù)規(guī)程

3術(shù)語(yǔ)、定義和縮略語(yǔ)

術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1.1

地殼形變CrustalDeformation

在地球內(nèi)力與外力的作用下，地殼幾何形態(tài)產(chǎn)生的變化。

[來源：GB/T18207.2-2005，4.4.1]

3.1.2

同震形變Co-seismicDeformation

地震斷層破裂引起的地表形變。

3.1.3

合成孔徑雷達(dá)SyntheticApertureRadar；SAR

對(duì)雷達(dá)獲取的線性調(diào)頻回波信號(hào)，利用匹配濾波技術(shù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)高分辨率對(duì)地成像。

注：具有全天時(shí)、全天候、高分辨、大幅寬等多種特點(diǎn)。

3.1.4

視線向LineofSight；LOS

雷達(dá)傳感器發(fā)射的電磁波照射地面的方向。

3.1.5

單視復(fù)數(shù)圖像Single-lookComplexImage；SLC

未作多視處理的復(fù)數(shù)形式的SAR圖像。

[來源：GB/T32874-2016，3.1.8]

3.1.6

1

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主影像MasterImage（或PrimaryImage）

在2幅SLC圖像進(jìn)行像元配準(zhǔn)時(shí)，作為參照配準(zhǔn)的圖像。

3.1.7

輔影像SlaveImage（或SecondaryImage）

在2幅SLC圖像進(jìn)行像元配準(zhǔn)時(shí)，參照主圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的圖像。

3.1.8

空間基線SpatialBaseline

對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行兩次SAR成像時(shí)，雷達(dá)天線相位中心間的空間距離。

3.1.9

垂直基線PerpendicularBaseline

空間基線在垂直于視線向的平面上的投影分量長(zhǎng)度。

3.1.10

時(shí)間基線TemporalBaseline

用于生成干涉圖的兩幅SAR圖像的獲取時(shí)間間隔。

3.1.11

配準(zhǔn)Co-registering

不同干涉圖像進(jìn)行像元同名點(diǎn)匹配的過程，以保證干涉像對(duì)同名像元點(diǎn)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)同一地物點(diǎn)。

[來源：GB/T32874-2016，3.1.9修改]

3.1.12

平地相位FlatEarthPhase

在無高程起伏的情況下因斜距變化而產(chǎn)生的干涉相位。

[來源：GB/T32874-2016，3.1.13修改]

注：觀測(cè)高度無變化的水平地表，其干涉相位隨水平地面距離的改變而改變，在干涉相位圖中表現(xiàn)出干涉條紋。

3.1.13

合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量InterferometricSyntheticApertureRadar（InSAR）

對(duì)同一地區(qū)的不同SAR圖像進(jìn)行干涉處理，得到圖像間的相位差，以獲取該區(qū)域高程或形變信息的

技術(shù)。

[來源：GB/T32874-2016，3.1.1修改]

3.1.14

干涉圖Interferogram

干涉相位的二維分布圖，一般表現(xiàn)為條紋狀。

[來源：GB/T32874-2016，3.1.12]

3.1.15

相干系數(shù)CoherenceCoefficient

取值為兩幅SAR圖像配準(zhǔn)區(qū)域的相關(guān)系數(shù)，用于衡量?jī)煞鵖AR數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)像素間相關(guān)程度和干涉圖的

質(zhì)量。

[來源：GB/T32874-2016，3.1.10]

3.1.16

相位解纏PhaseUnwrapping

將相位由主值（模為2π），恢復(fù)為全值的過程。

[來源：GB/T32874-2016，3.1.14]

2

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3.1.17

差分干涉測(cè)量DifferentialInterferometricSyntheticApertureRadar；D-InSAR

對(duì)同一地區(qū)的不同時(shí)相SAR圖像進(jìn)行處理，得到圖像間的相位差，并去除因地形、平地、大氣等非

地面形變?cè)斐傻南辔回暙I(xiàn)，獲取地表形變的過程。

3.1.18

時(shí)間序列SAR圖像TimeseriesSARimages

同一顆或編隊(duì)SAR衛(wèi)星對(duì)同一地區(qū)以相同的拍攝模式、入射角和極化方式獲取的多次重復(fù)觀察雷達(dá)

圖像。

3.1.19

永久散射體SAR干涉測(cè)量PersistentScattererInSAR；PS-InSAR

通過對(duì)在較長(zhǎng)時(shí)間和較大空間基線，甚至超過臨界基線情況下，仍能保持較高相干性穩(wěn)定點(diǎn)目標(biāo)的

永久散射體進(jìn)行干涉處理，并去除大氣、高程誤差等影響，獲得永久散射體時(shí)序形變的技術(shù)。

3.1.20

堆疊SAR干涉測(cè)量InSARStacking

將多幅差分干涉解纏相位進(jìn)行配準(zhǔn)和線性疊加，以獲取觀測(cè)目標(biāo)形變的過程。

3.1.21

小基線集SAR干涉測(cè)量SmallBaselineSubsetInSAR；SBAS-InSAR

對(duì)同一范圍長(zhǎng)時(shí)序SAR圖像集，設(shè)定較短時(shí)空基線閾值以確保相干性，形成一組/多組高相干性干涉

像對(duì)集，處理所有干涉像對(duì)得到解纏相位，利用最小二乘或奇異值分解估算出形變序列，并去除大氣、

高程誤差等的影響，得到長(zhǎng)時(shí)序地表形變信息。

3.1.22

分布式散射體干涉測(cè)量DistributedScatterersInSAR；DS-InSAR

對(duì)分布式散射體進(jìn)行時(shí)序干涉處理，得到長(zhǎng)時(shí)序地表形變信息。

3.1.23

Okada彈性半空間位錯(cuò)模型Okadadislocationmodelinanelastichalf-space

通過彈性半空間的位錯(cuò)理論，獲取點(diǎn)源和矩形源位錯(cuò)的封閉解析解。

3.1.24

Mogi均勻彈性半空間的點(diǎn)源模型Mogipointsourcemodelinanelastichalf-space

將巖漿壓力源置于均勻彈性半空間中,在源的半徑遠(yuǎn)小于源的深度時(shí),由于膨脹性或收縮性壓力源

引起的彈性半空間地表的水平變形和垂直變形與源的參數(shù)之間的表達(dá)式。

3.1.25

像素偏移量跟蹤PixelOffsettracking

通過互相關(guān)算法估算兩幅SAR圖像間同名點(diǎn)的相對(duì)偏移量。

3.1.26

多孔徑InSARMultipleapertureInSAR，MAI

將每幅用于干涉的SAR圖像，在成像中或者成像后通過帶通濾波，分成斜視角或者視線向不同的前

視和后視圖像，分別用前視和后視圖像對(duì)生成前視和后視干涉圖，由于沿飛行方向的形變?cè)谇耙暫秃笠?/p>

干涉圖中的投影分量不同，依據(jù)前視和后視干涉圖測(cè)量，獲取沿飛行方向的形變量。

縮略語(yǔ)

下列縮略語(yǔ)適用于本文件。

3

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DEM：數(shù)字高程模型(DigitalElevationModel)

GNSS：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)

SLC：?jiǎn)我晱?fù)圖像(Single-LookCompleximage)

SRTM：航天飛機(jī)機(jī)載干涉雷達(dá)測(cè)地任務(wù)(ShuttleRadarTopographyMission)

4通則

利用星載SAR數(shù)據(jù)和InSAR技術(shù)測(cè)量地殼形變的主要內(nèi)容和工作流程為：

a)數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)備和可行性分析；

b)InSAR處理與形變獲??；

c)調(diào)查驗(yàn)證與質(zhì)量檢查控制；

d)成果編制。

5數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)備和可行性分析

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料收集

a)DEM：與SAR圖像空間分辨率相當(dāng)?shù)腄EM；

b)測(cè)繪資料：精密水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、GNSS站點(diǎn)等觀測(cè)資料；

c)基礎(chǔ)地理：比例尺為1:10000到1:50000地形圖、交通圖、數(shù)字地圖、土地覆蓋/利用圖等；

高分辨率光學(xué)遙感圖像；

d)地質(zhì)資料：地質(zhì)圖、活動(dòng)構(gòu)造圖、歷史地震資料、地球物理資料（重磁資料）等；

e)水文資料：地下水位（如測(cè)井資料）；

f)氣象資料：地面氣象站點(diǎn)觀測(cè)資料、衛(wèi)星影像及衍生產(chǎn)品（如云覆蓋、降水?dāng)?shù)據(jù)等）；

g)其它資料：采礦等人為活動(dòng)等資料。

以上資料可根據(jù)任務(wù)不同有所選擇。

SAR數(shù)據(jù)像對(duì)獲取及InSAR形變監(jiān)測(cè)的可行性分析

a)應(yīng)說明SAR數(shù)據(jù)像對(duì)獲取要求（參見附錄A）；

b)應(yīng)說明SAR數(shù)據(jù)像對(duì)存檔情況；

c)應(yīng)分析形變可測(cè)量情況；

d)應(yīng)初步設(shè)計(jì)處理策略，并說明技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性；

e)應(yīng)初步確定實(shí)際工作量及安排的保障措施；

f)應(yīng)說明考核指標(biāo)、成果要求落實(shí)情況；

g)應(yīng)初步規(guī)劃成果資料上交的內(nèi)容和要求；

h)應(yīng)初步制定質(zhì)量保證措施和要求；

i)應(yīng)初步設(shè)計(jì)進(jìn)度安排；

j)制定初步的經(jīng)費(fèi)預(yù)算。

6InSAR處理與形變獲取

差分InSAR處理方法選擇

4

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差分InSAR處理方法主要包括2次差分方法和時(shí)序分析方法。當(dāng)?shù)孛嫘巫兞枯^大（如同震形變），應(yīng)

選擇2次差分InSAR方法處理；當(dāng)?shù)孛嫘巫兞枯^小，且積累SAR數(shù)據(jù)較多時(shí)，可采用時(shí)序差分InSAR方法處

理。

2次差分InSAR處理

6.2.1工作流程

這里主要涉及到傳統(tǒng)的差分InSAR處理方法。

工作流程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、成像、圖像偏移估算、輔圖像重采樣、干涉圖生成、去除平地和地形相

位、相干性計(jì)算、干涉圖濾波、相位解纏、地理編碼等(見圖1)。

6.2.2SAR數(shù)據(jù)預(yù)處理和成像

每幅SAR原始數(shù)據(jù)經(jīng)過成像，生成SLC單視復(fù)數(shù)圖像，用于后續(xù)干涉處理。

高精度成像方法主要有距離-多普勒算法（Range-DopplerAlgorithm，RDA）、頻調(diào)變標(biāo)算法（Chirp

ScalingAlgorithm，CSA）、波數(shù)域算法（ω-kAlgorithm,ωkA）等。

6.2.3影像配準(zhǔn)

常用SAR圖像配準(zhǔn)方法有互相關(guān)方法、利用DEM和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)幾何方法和譜分集（spectral

diversity）方法。

通常情況下配準(zhǔn)精度應(yīng)該達(dá)到1/10個(gè)像元，否則干涉圖相干性會(huì)受明顯影響，山區(qū)因陡峭地形可能

會(huì)出現(xiàn)較大的配準(zhǔn)誤差。近年來的新型數(shù)據(jù)獲取模式因其獨(dú)特信號(hào)特征，可能需要更高的配準(zhǔn)精度，否

則干涉圖中會(huì)有較大相位誤差，如Sentinel-1的TOPS(TerrainObservationbyProgressiveScans)

模式的方位向配準(zhǔn)精度要求達(dá)到1/1000個(gè)像元。

圖像配準(zhǔn)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)如下：

a)兩幅SLC匹配窗口的相關(guān)系數(shù)，按公式（1）計(jì)算：

?

??1??2?(1)

?=22········································································

√?|?1|???|?2|?

式中：

?1、?2——表示兩幅復(fù)圖像；

?——表示復(fù)共軛；

??——表示數(shù)學(xué)期望；

?——表示復(fù)相關(guān)系數(shù)，值域在[0,1]之間。其值大小即可作為匹配質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，值越

大說明配準(zhǔn)質(zhì)量越高。

b)其它指標(biāo)：

1)間接利用殘差點(diǎn)衡量干涉復(fù)圖像配準(zhǔn)質(zhì)量；

2)利用外業(yè)實(shí)測(cè)或地形圖均勻分布的控制點(diǎn)進(jìn)行精度復(fù)核，每幅地形圖上控制點(diǎn)的數(shù)量不

少于10個(gè)；

3)選擇高精度的配準(zhǔn)和插值算法，配準(zhǔn)完成后生成相干系數(shù)圖、方位向視差圖和距離向視差

圖。如果生成的相干系數(shù)圖較亮，紋理分明，說明配準(zhǔn)較好。

5

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圖1干涉處理流程圖

6.2.4輔影像重采樣

基于精匹配確定的仿射變換，將輔圖像重采樣至主圖像相同的格網(wǎng)。

6.2.5原始干涉圖生成

a)圖像預(yù)濾波

在生成原始干涉圖之前宜對(duì)原始SLC圖像進(jìn)行預(yù)濾波。預(yù)濾波包括距離向和方位向?yàn)V波，分別

去除垂直基線和斜視角不同帶來的頻譜不重疊。

b)原始干涉圖生成方法

兩幅精確配準(zhǔn)復(fù)數(shù)圖像對(duì)應(yīng)像元復(fù)數(shù)值共軛相乘，得到原始干涉圖像，按公式（2）計(jì)算：

?=????

12····························································(2)

=|?1|?|?2|???[?(?1??2)]

式中：

?——共軛；

?1、?2——?1和?2的相位值；

?——原始干涉相位圖，簡(jiǎn)稱干涉圖，為復(fù)圖像。

6

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j——虛數(shù)單位，?=√?1。注：復(fù)數(shù)是包含實(shí)部x和虛部y的數(shù)，如?=?+??。依據(jù)歐拉定

?

理，復(fù)數(shù)也可以表示為?=√?2+?2exp[?(????)]。

?

c)圖像相干性計(jì)算

按照公式（3）計(jì)算各個(gè)像元的相干系數(shù)，得到干涉圖的相干性：

?

|?(?1??2)|(3)

?=22·····································································

√?{|?1|}??{|?2|}

式中：

?{}——數(shù)學(xué)期望；

?——正實(shí)數(shù)，取值范圍為[0,1]，反映兩幅SAR圖像目標(biāo)區(qū)域中各點(diǎn)相位的相關(guān)性。

相干性計(jì)算一般應(yīng)該放在去除地形相位之后，地形相位會(huì)影響它的估計(jì)。

d)干涉圖相位質(zhì)量評(píng)價(jià)

一般情況下，采用相干系數(shù)、相位導(dǎo)數(shù)方差或最大相位梯度評(píng)價(jià)相位數(shù)據(jù)質(zhì)量。相干系數(shù)和相

位導(dǎo)數(shù)方差表示干涉圖中各像元相位質(zhì)量的高低，相干系數(shù)越大、相位導(dǎo)數(shù)（最大相位梯度）

方差越小，干涉圖相位質(zhì)量越高，反之亦然。

6.2.6基線估計(jì)

基線估計(jì)算法分成基于軌道參數(shù)、基于干涉圖自身信息和基于外部信息，按照應(yīng)用背景、所要求的

處理精度和算法復(fù)雜度等選擇基線估計(jì)方法，具體要求見表1。

表1各種基線估計(jì)算法比較

算法名稱適用范圍精度

基于衛(wèi)星軌道參數(shù)的基線估計(jì)無限制取決于星歷數(shù)據(jù)精度

基于干涉圖自身?xiàng)l紋率的基線估計(jì)適用于平坦地區(qū)較低

基于外部信息的基線估計(jì)成像區(qū)域有高精度DEM數(shù)據(jù)或地面控制點(diǎn)較高

6.2.7去平地效應(yīng)（參考平面）

去平地效應(yīng)是基于軌道參數(shù)消除干涉圖像中相同高程上仍然存在距離向干涉相位，具體過程如下：

a)從SAR圖像數(shù)據(jù)頭信息中讀取數(shù)據(jù)獲取軌道位置，獲得主圖像和輔圖像沿方位向各行的基線；

b)利用公式（4）計(jì)算四個(gè)頂點(diǎn)相位和方位向中間行的平地相位，然后采用公式（5）的二維多項(xiàng)

式擬合得到整幅圖像各點(diǎn)的平地相位，將其轉(zhuǎn)化為參考相位的復(fù)數(shù)形式；也可以直接利用公式

（4）計(jì)算整幅圖像的二維平地相位。

4?

?=?············································································(4)

?//

式中：

?//——平行基線距；

??????

?(?,?)=∑?=0∑?=0??????··························································(5)

式中：

????——多項(xiàng)式系數(shù)；

d——多項(xiàng)式系數(shù)的階，d=1,2,3；

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也可以直接計(jì)算二維平地相位。

(?,?)——點(diǎn)的位置。

c)利用（6）式，將主圖像(?)、從圖像(?)及參考相位復(fù)值（?）進(jìn)行復(fù)共軛相乘即得到去平地

效應(yīng)后的相位。

?=???????·········································································(6)

6.2.8去地形效應(yīng)獲取去地形干涉圖

即從原始干涉相位中去除地形相位。地形相位一般是由外部DEM數(shù)據(jù)，或用形變發(fā)生前的兩幅SAR

圖像干涉生成的DEM得到。具體步驟如下：

獲取覆蓋SAR影像區(qū)域的外部DEM數(shù)據(jù)，如：SRTMDEM，將DEM轉(zhuǎn)換到SAR圖像斜距/方位向坐

標(biāo)系下，根據(jù)DEM數(shù)據(jù)和SAR衛(wèi)星軌道參數(shù)計(jì)算參考相位值，在原始干涉圖中減去模擬DEM對(duì)應(yīng)的相

位，得到包含形變的相位，從而計(jì)算出SAR視線向去地形相位。如果工作區(qū)范圍大，需檢查高程異常。

6.2.9干涉圖濾波

可采用如下濾波方法，對(duì)干涉圖像進(jìn)行濾波，去除噪聲。常用濾波方法如下：

a)頻率域?yàn)V波方法：帶通濾波、低通濾波、Goldstein濾波等；

b)空間域?yàn)V波方法：Lee濾波、等值線濾波、中值濾波、均值濾波、圓周期濾波等；

c)其它濾波方法：方向?yàn)V波、小波變換濾波、自適應(yīng)濾波等。

可使用殘差點(diǎn)數(shù)目來衡量干涉圖濾波效果，殘差點(diǎn)密集的區(qū)域相位噪聲大，反之則噪聲小。

可采用相位保留的濾波方法，如常用的Goldstein濾波、高斯濾波等。

6.2.10相位解纏

利用相位解纏恢復(fù)干涉相位圖中的相位主周期，具體方法分為路徑跟蹤相位解纏法和非路徑跟蹤

相位解纏法兩大類，可參照表2選擇解纏方法。真實(shí)相位按公式（7）計(jì)算：

Φ=ψ+2kπ·································································(7)

?,?i,j

式中：

??,?——干涉圖的纏繞相位值，??,?∈(??,?]ψ；

??,?——真實(shí)相位；

?——整周期數(shù)。

表2常用相位解纏方法性能比較

方法類型優(yōu)點(diǎn)不足之處

枝切法速度快，相干性好的區(qū)域準(zhǔn)確性高相干性較差容易形成孤島

最小二乘法結(jié)果較為平滑，不會(huì)出現(xiàn)孤島誤差擴(kuò)散到整幅圖像，解纏結(jié)果不具有一致性

網(wǎng)絡(luò)流整體較準(zhǔn)確效率較低

SNAPHU快、準(zhǔn)需要的輔助信息多，算法對(duì)輸入?yún)?shù)敏感

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方法類型優(yōu)點(diǎn)不足之處

PUMA（PhaseUnwrappingMaximum準(zhǔn)確對(duì)無InSAR背景人員不友好、內(nèi)存需求量大

Flow）

深度學(xué)習(xí)快、準(zhǔn)需構(gòu)建合理訓(xùn)練數(shù)據(jù)集、GPU內(nèi)存價(jià)格昂貴

注：相位解纏方法的選擇性：a)高海拔凍土及冰川區(qū)等低相干性區(qū)域，應(yīng)選擇多基線解纏方法；b)濕地區(qū)域，可

以采用3組或3組以上的干涉圖像進(jìn)行多基線解算。

同震形變梯度較大時(shí)，可采用同震斷層運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行輔助解纏，即在位錯(cuò)理論下，利用同震斷層運(yùn)

動(dòng)模型模擬地表形變，并將其從干涉圖中扣除，再對(duì)殘差相位進(jìn)行解纏，降低大梯度形變導(dǎo)致的解纏錯(cuò)

誤；也可使用模擬形變數(shù)據(jù)作為支持信息，結(jié)合整數(shù)最小二乘，求解連接孤立條紋的真實(shí)整數(shù)相位模糊

度。

利用殘差點(diǎn)分布圖、相位導(dǎo)數(shù)方差質(zhì)量圖對(duì)解纏區(qū)域的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過對(duì)解纏結(jié)果進(jìn)行后續(xù)

一致性處理、解纏相位的反纏繞一致性檢驗(yàn)等，減少相位解纏誤差。

6.2.11形變圖生成

將解纏后的形變相位值轉(zhuǎn)換為形變量，以獲得相對(duì)于參考起始點(diǎn)在視線方向的形變信息，進(jìn)而依據(jù)

一定理論模型或借助其它測(cè)量值（如：GNSS數(shù)據(jù)）計(jì)算出垂向形變、水平形變。已知某個(gè)方向形變?yōu)橹?/p>

的地區(qū)或特定目標(biāo)，可以根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)計(jì)算各方向形變量。

相位到形變量的轉(zhuǎn)換公式為：

r·······································································(8)

4def

參考基準(zhǔn)選擇參見6.4.1，形變起始點(diǎn)計(jì)算參見6.4.2。

6.2.12形變圖地理編碼

建立地理編碼查找表，即像元坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，包括正向編碼（地理坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

換到像元坐標(biāo)系）和反向編碼（像元坐標(biāo)系下的結(jié)果轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系下）。

地理編碼：基于地理編碼正向查找表，對(duì)雷達(dá)象元坐標(biāo)系下的形變圖（或相位圖、相干圖等）進(jìn)行

重采樣，得到地理坐標(biāo)系中的結(jié)果。

時(shí)序InSAR處理

6.3.1時(shí)序InSAR處理方法和流程

常見的時(shí)序InSAR方法有：PS-InSAR，SBAS-InSAR，以及結(jié)合兩種方法或者兩種方法處理對(duì)象的聯(lián)

合處理方法。其中SBAS方法具體處理流程見圖2。

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圖2時(shí)序InSAR處理流程（以SBAS-InSAR為例）

SBAS-InSAR方法主要步驟包含數(shù)據(jù)預(yù)處理、差分干涉計(jì)算、時(shí)間及空間形變量估算、形變量計(jì)算等。

SBAS-InSAR技術(shù)流程概括如下：

a)將所有覆蓋同一地區(qū)的SAR影像進(jìn)行組合，形成若干個(gè)集合，集合內(nèi)的SAR影像干涉基線距

小，子集間的基線距大；

b)處理獲得所有可用的小基線干涉圖；

c)基于最小形變速率標(biāo)準(zhǔn)，利用奇異值分解（SVD，SingularValueDecomposition）方法獲得

最小形變速率。

時(shí)序分析中，最重要的處理步驟就是如何校正誤差，其它步驟與2次差分干涉處理中的原理相當(dāng)。

6.3.2誤差分析

時(shí)序InSAR處理，就是將各類誤差分離出來的過程。

a)干涉相位（如通過引入式（3）????=?1??1）包含5個(gè)主要貢獻(xiàn)分量：

????=??????+??????+?????+?????+???????········································(9)

式中：

??????——平地相位；

??????——地形相位；

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?????——SAR兩次觀測(cè)期間目標(biāo)沿衛(wèi)星視線方向移動(dòng)引起的形變相位；

?????——兩次觀測(cè)間大氣波動(dòng)引起的延遲相位；

???????——噪聲相位。

a)時(shí)序形變分析將形變相位與其余相位分離，抑制以下四類誤差源，以提高形變干涉測(cè)量的精度。

——時(shí)間去相干性（與地表覆蓋和微波波長(zhǎng)有關(guān)）；

——大氣延遲（包括對(duì)流層和電離層）；

——衛(wèi)星軌道誤差；

——DEM誤差影響（與DEM數(shù)據(jù)自身的精度有關(guān)）。

6.3.3誤差校正

誤差校正包括大氣延遲誤差校正和相位解纏差校正。

a)大氣延遲誤差校正

依靠大氣相位自身的相位時(shí)空特性來消除大氣影響，稱為基于SAR數(shù)據(jù)自身的校正法，包括時(shí)序分

析方法、鄰近像元差分、空域?yàn)V波、累積法等。

可使用外部數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，外部數(shù)據(jù)包括GNSS站點(diǎn)數(shù)據(jù)、空間輻射計(jì)MERIS、MODIS等的水汽產(chǎn)

品，以及大氣模型。常用的大氣模型有ERRA/MERRA2、ERA-5?；诖髿饽Ｐ凸烙?jì)大氣延遲相位，然后

從干涉相位中減去，例如通用型大氣改正在線服務(wù)GACOS可為全球提供InSAR大氣校正產(chǎn)品。

b)相位解纏誤差校正

閉合環(huán)法校正流程如下：

1)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)：基于干涉圖集合的時(shí)間基線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建三角網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)三角形作為一個(gè)分析

單元，用于檢測(cè)三角形上每條邊對(duì)應(yīng)的干涉圖的相位解纏誤差。

2)計(jì)算每個(gè)閉合環(huán)上的殘差圖：在每一個(gè)相干點(diǎn)上利用步驟a）組合三角形閉合環(huán)，計(jì)算每

個(gè)三角形內(nèi)解纏相位閉合殘差，如存在殘差，則認(rèn)為三個(gè)干涉圖中，至少有一個(gè)存在解纏

誤差。

3)對(duì)相位跳變區(qū)域進(jìn)行識(shí)別：為了識(shí)別解纏誤差的來源，每個(gè)干涉圖需要進(jìn)行依次檢查。檢

查出相位跳變的精確位置有時(shí)比較復(fù)雜，需要幾個(gè)相鄰的三角形同時(shí)進(jìn)行檢查。

4)對(duì)跳變區(qū)域進(jìn)行感興趣區(qū)（AreaOfInterest,AOI）選擇。

5)利用AOI區(qū)對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行跳變相位校正。

6)利用4)中得到的AOI文件，對(duì)離散點(diǎn)解纏相位進(jìn)行校正。

6.3.4時(shí)序InSAR形變處理方法技術(shù)要求

6.3.4.1PS-InSAR處理

PS-InSAR處理要求如下：

一般需要獲取至少25景以上的SAR數(shù)據(jù)，理想情況是每個(gè)月獲取1景及以上數(shù)據(jù)。

a)主圖像的選擇：

1)時(shí)相盡可能處于所有SAR數(shù)據(jù)集的中心；

2)與其它數(shù)據(jù)所構(gòu)成SAR像對(duì)的垂直基線距盡可能最短。

b)考察SAR數(shù)據(jù)集每個(gè)像對(duì)中的干涉相位，提取噪聲水平較低的PS點(diǎn)。PS點(diǎn)選擇依據(jù)包括：

1)每個(gè)像元的平均相干系數(shù)、幅度離差、平均幅度等參數(shù)設(shè)置閾值；

2)在保證點(diǎn)目標(biāo)質(zhì)量可靠的前提下，PS點(diǎn)在數(shù)量上要盡可能多，圖像場(chǎng)景內(nèi)盡量保持空間

均勻分布，如在水體、植被茂密等低相干區(qū)出現(xiàn)，則考慮手動(dòng)剔除。

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6.3.4.2疊加（Stacking）InSAR處理

Stacking-InSAR處理要求如下：

a)待選擇的地區(qū)條件包括：

1)地表形變?cè)跁r(shí)間維度上呈線性變化；

2)宜通過統(tǒng)計(jì)數(shù)值描述大氣擾動(dòng)信號(hào)；

3)空間基線不宜太長(zhǎng)。

b)在Stacking-InSAR處理前，應(yīng)進(jìn)行濾波處理。以提高處理效率。

6.3.4.3SBAS-InSAR處理

SBAS-InSAR處理要求如下：

a)一般需要獲取至少15景以上的SAR數(shù)據(jù)，首選短基線影像。

b)根據(jù)小基線組合原則，選擇時(shí)間基線和空間基線均小于或等于給定閾值的干涉像對(duì)，生成干涉

像對(duì)時(shí)空基線分布圖。空間基線閾值和時(shí)間基線閾值的設(shè)置應(yīng)使最終的干涉像對(duì)組合網(wǎng)絡(luò)為

聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，否則應(yīng)調(diào)整閾值重新進(jìn)行像對(duì)組合，也可以根據(jù)組合情況手動(dòng)增加像對(duì)保證干涉組

合的聯(lián)通。當(dāng)然，SVD方法無需保持聯(lián)通，這也是SBAS-InSAR提出的初衷。

6.3.4.4DS-InSAR處理（SqueeSAR框架下）

SqueeSAR框架下DS-InSAR處理要求如下：

a)一般需要獲取至少25景以上的SAR數(shù)據(jù)，盡可能保證每個(gè)月獲取一景及以上影像。

b)作為PS-InSAR技術(shù)的擴(kuò)展，DS-SAR技術(shù)可以探測(cè)中等相干質(zhì)量的分布式散射點(diǎn)(DS點(diǎn)),適合

于植被茂密的地區(qū)、山區(qū)以及無人區(qū)。DS-InSAR技術(shù)需要合適的DS點(diǎn)選擇方法，并且準(zhǔn)確估

計(jì)相干矩陣。對(duì)于每個(gè)DS點(diǎn),利用相干矩陣從N(N-1)/2個(gè)干涉圖中提取出N個(gè)最優(yōu)的相位值,

用于估計(jì)斜距向上的時(shí)序變化趨勢(shì)。關(guān)鍵步驟是通過高相干的干涉圖，找到從第一幅干涉圖到

最后一幅干涉圖的連接通路。DS-SAR方法可以將PS點(diǎn)和DS點(diǎn)有效地結(jié)合在一起。

注：N是影像的數(shù)量。

6.3.5時(shí)序干涉SAR質(zhì)量評(píng)價(jià)

時(shí)序干涉SAR質(zhì)量評(píng)價(jià)要求如下：

a)測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)的空間密度（密度越高，精度越高）：目標(biāo)點(diǎn)的解算密度會(huì)影響解算結(jié)果，時(shí)序干

涉SAR形變解算部分是通過獲取到的穩(wěn)定散射體進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)分析，點(diǎn)密度直接影響構(gòu)網(wǎng)的質(zhì)量，

以及閉合路線上的殘差值。

b)雷達(dá)目標(biāo)信噪比水平：信噪比（SNR）小于0.3時(shí)，解算目標(biāo)結(jié)果將無永久散射點(diǎn)，宜采用分

布式散射體方法進(jìn)行處理，提升雷達(dá)目標(biāo)信噪比至0.5以上，才能解算出目標(biāo)點(diǎn)結(jié)果。

c)圖像采集時(shí)氣候條件：避免采集雷陣雨天氣數(shù)據(jù)。雷陣雨天氣大氣延遲較大，會(huì)增加干涉誤差。

d)圖像采集數(shù)量和時(shí)間分布：至少25景SAR數(shù)據(jù)集，涵蓋1-2年時(shí)間段，計(jì)算出的形變值受誤

差影響才能趨于收斂穩(wěn)定。

差分InSAR形變計(jì)算起始點(diǎn)及處理參數(shù)推薦

6.4.1參考基準(zhǔn)（GNSS結(jié)果等）

應(yīng)采用與GNSS相同的參考框架，即ITRF國(guó)際地球參考框架（臺(tái)站在地心XYZ坐標(biāo)系下的位置、速度）。

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采用不同時(shí)、空基線干涉對(duì)組合得到的InSAR形變場(chǎng)可能差異較大，可以根據(jù)其它手段監(jiān)測(cè)成果來

標(biāo)定；一般InSAR處理得到的是一個(gè)相對(duì)的形變場(chǎng)，應(yīng)基于參考基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以方便對(duì)比分析。

6.4.2形變計(jì)算起始點(diǎn)

應(yīng)在相干性較高的無形變區(qū)內(nèi)選擇參考點(diǎn)作為形變的起始點(diǎn)。計(jì)算例如一般比較穩(wěn)定的小面積基

巖出露區(qū)、范圍較大的人工平坦設(shè)施、或已有數(shù)據(jù)表明的無形變區(qū)。同震/震后變形：應(yīng)選擇距離震中

比較遠(yuǎn)的無形變區(qū)；震間變形：應(yīng)選擇垂直斷層且距斷層較遠(yuǎn)的平坦處；地面沉降：宜選擇較遠(yuǎn)處平地

或已有數(shù)據(jù)表明的無形變區(qū)；火山形變：宜選擇距離火山口較遠(yuǎn)的無形變地區(qū)。避免在下列區(qū)域中選擇

起算點(diǎn)：沙漠、沼澤、凍土、冰雪、森林等低相干區(qū)域；礦區(qū)塌陷區(qū)；油氣開采區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害區(qū)（例如

滑坡、泥石流、地表沉降）；高山峽谷區(qū)等。

6.4.3參數(shù)選擇

在差分InSAR/時(shí)序InSAR處理中，可參照表3選擇具體的處理參數(shù)/方法。當(dāng)處理參數(shù)具有多項(xiàng)選擇

時(shí)，推薦采用相對(duì)成熟的方法，以提高處理效率及成果的可靠性。

表3差分干涉處理參數(shù)/方法推薦

參數(shù)常用方法推薦方法

配準(zhǔn)窗口距離向和方位向配準(zhǔn)誤差均小于1/8個(gè)像元（計(jì)算均方根誤將距離向窗口大小/方位向窗口大

差）。距離向窗口大小/方位向窗口大小分別設(shè)置為128；將距小分別設(shè)置為32-128；將距離向

離向同名點(diǎn)個(gè)數(shù)/方位向同名點(diǎn)個(gè)數(shù)分別設(shè)置為64（以同名點(diǎn)個(gè)數(shù)/方位向同名點(diǎn)個(gè)數(shù)分

sentinel-1為例）。并根據(jù)區(qū)域地表相干性情況進(jìn)行窗口調(diào)整，別設(shè)置為64（以Sentinel-1為

相干性較低區(qū)域可采用較大的窗口獲取到更多的同名點(diǎn)。例）。

多視比根據(jù)分辨率需求及解算效率的要求、對(duì)斑點(diǎn)噪聲抑制效果設(shè)置。1:5（Sentinel-1為例）

相干性閾值參考相干系數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖，選擇點(diǎn)較為密集處所對(duì)應(yīng)的閾值；根不低于0.25-0.3

據(jù)水體等低相干地物的實(shí)際相干性值而定，采用的閾值能夠基本

上過濾掉水體等低相干區(qū)域。

基線估計(jì)基于SAR衛(wèi)星軌道參數(shù)、干涉圖自身信息和外部信息進(jìn)行基線估基于衛(wèi)星軌道參數(shù)和干涉圖自身

計(jì)。信息估計(jì)以精化基線。

平地相位根據(jù)頭文件數(shù)據(jù)信息讀取SAR數(shù)據(jù)成像時(shí)的軌道位置，獲得沿方根據(jù)頭文件數(shù)據(jù)信息得到去平地

位向各行的基線值，計(jì)算四個(gè)頂點(diǎn)相位和方位向中間行的相位，效應(yīng)后的相位。

擬合得到整幅圖像各點(diǎn)的平地效應(yīng)相位，轉(zhuǎn)化為參考相位的復(fù)數(shù)

形式；將主圖像(M)、輔圖像(S)及參考相位復(fù)值（R）進(jìn)行復(fù)共

軛相乘得到去平地效應(yīng)后的相位。

地形相位將DEM轉(zhuǎn)換到SAR圖像斜距/方位向坐標(biāo)系下，根據(jù)DEM數(shù)據(jù)和軌道在干涉圖中減去DEM模擬的對(duì)應(yīng)相

參數(shù)計(jì)算出參考相位值，在干涉圖中減去之。位。

軌道誤差在方位向和距離向上估計(jì)一個(gè)相位趨勢(shì)面，再?gòu)脑枷辔恢袦p去在方位向和距離向上估計(jì)一個(gè)相

之，即可實(shí)現(xiàn)軌道誤差校正。位趨勢(shì)面，再?gòu)脑枷辔恢袦p去

之。

大氣誤差1)基于SAR數(shù)據(jù)自身的時(shí)序分析、空域?yàn)V波方法；統(tǒng)計(jì)與地形相關(guān)的大氣相位分量，

并將其去除。利用干涉圖中大氣延

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參數(shù)常用方法推薦方法

2)基于外部數(shù)據(jù)，包括利用GNSS站點(diǎn)數(shù)據(jù)、MERIS、MODIS等的水遲相位的時(shí)空分布特性，通過建立

汽產(chǎn)品，以及WRF、ERA-5等大氣模型去估計(jì)大氣延遲相位。利用相位-高程模型來反演對(duì)流層延遲

干涉圖中大氣延遲相位的時(shí)空分布特性，通過建立相位-高程模相位，最簡(jiǎn)單的是線性相位-高程

型來反演對(duì)流層延遲相位，最簡(jiǎn)單的是線性相位-高程模型；模型（LinearPhaseElevation

3）使用通用型大氣改正在線服務(wù)GACOS。Model）：

???????=????+??0

推薦結(jié)合ERA-5等新一代大氣模型

和傳統(tǒng)時(shí)序分析法、空域?yàn)V波法

進(jìn)行大氣誤差校正。

電離層誤差使用圖像本身的電離層統(tǒng)計(jì)分量，或使用電離層模型。split-使用圖像本身的電離層統(tǒng)計(jì)分量。

spectrum(inazimuth)

干涉相位濾波殘差點(diǎn)密集的區(qū)域相位噪聲大?？刹捎玫臑V波方法：a)頻率域?yàn)V宜采用Goldstein濾波方法。

波方法，帶通濾波、低通濾波、Goldstein濾波等；b)空間域?yàn)V

波方法：Lee濾波、等值線濾波、中值濾波、均值濾波、圓周期

濾波等；c)其它濾波方法：方向?yàn)V波、小波變換濾波、自適應(yīng)濾