4.4軌道誤差改正
由于軌道狀態(tài)矢量存在誤差，導(dǎo)致基線估計(jì)不準(zhǔn)確，給InSAR數(shù)據(jù)處理帶來(lái)的誤差，稱之為軌道誤差。根據(jù)InSAR原理，基線存在的誤差不僅影響平地相位的去除，同時(shí)會(huì)影響高程與地形相位轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算，其一方面在InSAR地形測(cè)繪中直接降低DEM的計(jì)算精度，另一方面在差分InSAR中影響外部地形貢獻(xiàn)的去除，從而降低差分InSAR形變監(jiān)測(cè)的可靠性。影響InSAR干涉測(cè)量精度的些誤差中，基線誤差對(duì)InSAR干涉測(cè)量精度的影響是系統(tǒng)性的[100]，尤其突出。無(wú)論是傳統(tǒng)的差分InSAR，還是在PS-InSAR和SBAS-InSAR等時(shí)序形變分析方法，軌道誤差都是必須考慮的誤差源。為了消除基線估計(jì)不精確導(dǎo)致的相位誤差，從數(shù)據(jù)處理處理角度出發(fā)，目前有兩種可選方法，即基線精確估計(jì)[101]、干涉相位誤差校正。
在基線精確估計(jì)方面，文獻(xiàn)[101]提出了利用地面控制點(diǎn)精化InSAR干涉基線的方法，根據(jù)已知的解纏相位和地面控制點(diǎn)高程建立觀測(cè)方程，采用最小二乘方法進(jìn)行基線參數(shù)的求解。但是很多情況下，我們沒(méi)法獲得研究區(qū)域的地面控制點(diǎn)。近年來(lái)，有學(xué)者將基線精化研究工作轉(zhuǎn)移到結(jié)合多時(shí)域InSAR的研究上，提出了多時(shí)域基線精化方法[102]，但是這些方法采用的基線精化模型在計(jì)算雷達(dá)視線方向矢量時(shí)仍高度依賴精確的地面高程信息[103]，這在很大程度上影響了基線精確估計(jì)結(jié)果的精度水平。在干涉相位誤差校正方面，研究工作主要集中于利用多項(xiàng)式模型去除軌道誤差，包括線性模型、二次多項(xiàng)式模型。然而，采用多項(xiàng)式擬合方法對(duì)干涉相位進(jìn)行校正僅能去除平地相位誤差，而由于基線誤差導(dǎo)致的地形殘余仍留在干涉圖中，這部分誤差與高程高度相關(guān)，容易被認(rèn)為是與高程相關(guān)的大氣誤差[104]。
4.5精度評(píng)定
目前，InSAR的形變測(cè)量結(jié)果基本都依賴于實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)(如水準(zhǔn)、GPS等)來(lái)檢核其精度和可靠性。其中最科學(xué)合理的方法是在研究區(qū)域布設(shè)人工角反射器，在SAR影像獲取時(shí)刻利用實(shí)地測(cè)量手段對(duì)角反射器進(jìn)行精密測(cè)量，并以此為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)InSAR結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)定[105]。對(duì)于絕大部分沒(méi)有布設(shè)角反射器的區(qū)域，則一般是根據(jù)實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)的地理坐標(biāo)選擇最近的或一定范圍內(nèi)的InSAR監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行比較。然而值得注意的是，實(shí)地測(cè)量手段和InSAR技術(shù)所監(jiān)測(cè)的地面點(diǎn)往往并不一致。例如，在城區(qū)形變監(jiān)測(cè)時(shí)，InSAR技術(shù)所監(jiān)測(cè)的地面點(diǎn)一般是建筑物等反射信號(hào)穩(wěn)定的地物，而水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)大多是沿馬路進(jìn)行布設(shè)，GPS監(jiān)測(cè)站則可能建立在基巖上，這就導(dǎo)致實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確、客觀地評(píng)價(jià)InSAR形變監(jiān)測(cè)結(jié)果。
由上述介紹可知，目前InSAR精度評(píng)定受限于實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)量和可靠性，因此未來(lái)有必要研究一種不依賴于外部數(shù)據(jù)的InSAR精度評(píng)定方法。相干性是衡量InSAR干涉圖質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，但如何實(shí)現(xiàn)相干性的精確估計(jì)、以及如何將相干性與InSAR形變監(jiān)測(cè)精度相關(guān)聯(lián)，都有待進(jìn)一步研究。然而，大氣延遲的影響噪聲在相干性中難以得到體現(xiàn)，因此對(duì)于大氣影響嚴(yán)重的InSAR形變監(jiān)測(cè)結(jié)果，需要考慮引入更為復(fù)雜的模型(如協(xié)相關(guān)函數(shù))來(lái)估計(jì)大氣噪聲的方差[106]。另一方面，方差分量估計(jì)理論可以通過(guò)平差得到的觀測(cè)值改正數(shù)來(lái)迭代估計(jì)觀測(cè)量的方差，不受到任何先驗(yàn)信息的限制，有望在InSAR精度評(píng)定中取得突破[107]。
5結(jié)論
自InSAR技術(shù)提出以來(lái)，大量學(xué)者針對(duì)如何提高D-InSAR變形監(jiān)測(cè)的精度和維度作出了大量努力，提出了PS-InSAR、SBAS-InSAR、DS-InSAR和MAI等經(jīng)典技術(shù)，并且在城市、礦山、地震、火山、基礎(chǔ)設(shè)施、冰川、凍土、滑坡等領(lǐng)域取得了大量的成功應(yīng)用。但是，InSAR技術(shù)也存在自身的局限性，例如對(duì)南北向形變的不敏感性、由失相關(guān)、大氣延遲和軌道誤差導(dǎo)致的不確定性、以及缺乏有效的精度評(píng)定方法等，這些都在一定程度上阻礙了InSAR工程化和市場(chǎng)化進(jìn)程。隨著SAR衛(wèi)星的成像質(zhì)量和時(shí)空分辨率等越來(lái)越高，如何進(jìn)一步挖掘SAR數(shù)據(jù)的時(shí)空幾何物理特性在InSAR誤差改正和多源融合等方面的潛力，實(shí)現(xiàn)高精度三維時(shí)序變形監(jiān)測(cè)和精度評(píng)定，將是未來(lái)該領(lǐng)域的主要研究方向。
致謝:本文在撰寫(xiě)過(guò)程中得到了河海大學(xué)蔣彌、香港理工大學(xué)許文斌、湖南師范大學(xué)孫倩等的協(xié)助，在此一并表示感謝。
【引文格式】朱建軍，李志偉，胡俊。InSAR變形監(jiān)測(cè)方法與研究進(jìn)展[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017，46(10)：1717-1733.DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170350
