本发明专利技术提供了一种基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，属于矿山监测领域。利用角反射器在SAR强度图上强散射特点，以及脉冲响应特征，通过有限长单位冲激响应滤波器(FIR,Finite Impulse Response)对角反射器强度信号进行百倍以上过采样，求取时间序列影像上识别的强度峰值位置变化量，作为角反射器点形变时间序列。该发明专利技术解决了InSAR技术监测矿区大量级形变场的难点，且与SAR强度偏移量跟踪算法相比监测精度更高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿山监测领域，特别涉及一种基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法。
技术介绍
合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)这一新兴对地观测技术，凭借合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)全天候、全天时、高精度及大范围覆盖等优势，近十几年得到迅速发展，已广泛应用于各类地质灾害监测：城市地面沉降、地震、火山、滑坡等，同时也在矿山开采沉陷监测方面得到大量应用。国内大部分矿山开采引起地表形变具有形变量级大、时间上非线性、空间上不连续，以及覆盖范围小等特征，这使得基于相位信息的各类InSAR技术面临技术瓶颈，最主要的是无法解决实际最大形变量与InSAR可监测的最大形变梯度之间的矛盾。另外基于SAR强度偏移量跟踪技术(Intensity offset-tracking)提出,虽然解决了InSAR技术可监测形变梯度的限制问题，但其受影像分辨率等其他因素的影响，解算精度较低。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：现有的InSAR技术无法突破其可监测形变梯度的限制，准确获取矿区大部分沉陷区的形变量以及最大沉陷量；另外基于SAR强度图的偏移量跟踪技术受影像分辨率、地表相关性等因素影响其解算的精度较低。上述问题会进一步影响对开采沉陷参数的准确估计，进而影响对特定区域内矿山开采沉陷规律的掌握。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，所述基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，包括：从基于时间序列的全部影像中选取参考影像，确定全部影像中除参考影像之外的剩余影像与参考影像之间的系统偏移量；根据已知的角反射器点的经纬度和高度，基于距离-多普勒定位模型确定所述角反射器点在全部影像中的位置，将所述位置定为所述角反射器点的初始位置，基于初始位置，在全部影像中以初始位置为中心开取一定大小窗口进行过采样处理，获取处理后的强度峰值位置；基于获取到的强度峰值，结合之前确定的系统偏移量进行差分处理，确定所述角反射器点的像元偏移量，根据像元偏移量，确定所述角反射器点的实际偏移量。可选的，从基于时间序列的全部影像中选取参考影像，确定全部影像中除参考影像之外的剩余影像与参考影像之间的系统偏移量，包括：基于时间基线、空间基线和多普勒中心频率差的最优主影像选取方法，从全部影像中选出参考影像；基于公式1，结合卫星轨道数据或大窗口强度相关法确定参考影像与剩余影像之间的系统偏移量，其中(Ri,Ai)表示目标在第i景影像中距离向和方位向位置，Δ(R,A)i表示同名目标在第i景影像与参考影像之间位置差，a0,…,a5；b0,…,b5为待求系数。可选的，参考影像选取对应的函数模型为其中，K表示影像的数量，表示干涉对的垂直基线，Tk,m表示干涉对的时间基线，表示多普勒中心频率差，Bc、Tc和fc分别为对应的临界条件，α、β和θ分别为对应的指数因子，γm表示整体相关系数，最小即为最优。可选的，根据已知的角反射器点的经纬度和高度，基于距离-多普勒定位模型确定所述角反射器点在全部影像中的位置，将所述位置定为所述角反射器点的初始位置，基于初始位置，在全部影像中以初始位置为中心开取一定大小窗口进行过采样处理，获取处理后的强度峰值位置，包括：确定角反射器点的经纬度和高度，基于定位模型，确定所述角反射器点在全部影像中的初始位置，所述初始位置包括初始行号和初始列号；以初始位置为中心，在参考影像中选取预设大小的窗口，使用低通数字滤波器对全部影像在方位向和距离向上分别进行过采样处理，获取采样后参考影像中的强度峰值位置；同样获取采样后在剩余影像中的强度峰值位置。可选的，确定所述角反射器点在全部影像中的初始位置的函数模型为其中R为卫星到地面的斜距，分别为地面点和卫星点的坐标矢量，为卫星速度矢量，为卫星到地面距离矢量，λ为波长，fdop为P点信号的多普勒频率，XP、YP、ZP为P点的三维坐标，h为P点的大地高，a和b分别为椭球的长半轴和短半轴。可选的，基于获取到的强度峰值，结合之前确定的系统偏移量进行差分处理，确定所述角反射器点的像元偏移量，根据像元偏移量，确定所述角反射器点的实际偏移量，包括：基于强度峰值，结合之前确定的剩余影像相对于参考影像的系统偏移量，将初始位置与系统偏移量进行差分处理，得到所述角反射器点的更新位置；从全部影像中选取第一景影像，将所述角反射器点在第一景影像中的位置定为起始位置，提取全部影像中角反射器点的强度峰值位置，与第一景影像中的强度峰值位置进行差分处理，确定所述角反射器点在距离向和方位向上的像元偏移量；基于所述角反射器点在距离向和方位向上的像元大小，确定所述角反射器点在距离向和方位向上的实际位移量。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：通过低通滤波器对角反射器强度信号进行百倍以上过采样，求取时间序列影像上识别的强度峰值位置变化量，作为角反射器点形变时间序列。该专利技术解决了InSAR技术监测矿区大量级形变场的难点，且与SAR强度偏移量跟踪算法相比监测精度更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的技术流程示意图；图2(a)为本专利技术提供的获取影像覆盖范围；图2(b)为本专利技术提供的角反射器在SAR强度图上的显示；图2(c)为本专利技术提供的实验采用的TerraSAR数据列表；图3(a)为本专利技术提供的18207-1角反射器的识别；图3(b)为本专利技术提供的18207-2角反射器的识别；图4(a)为本专利技术提供的18207-1角反射器点对比；图4(b)为本专利技术提供的18207-2角反射器点对比；图5(a)为本专利技术提供的四种SAR方法与GPS差值均值比较；图5(b)为本专利技术提供的四种SAR方法与GPS差值均方根误差比较；图5(c)为本专利技术提供的两种偏移量方法的精度比较；图5(d)为本专利技术提供的两种偏移量方法精度具体数值。具体实施方式为使本专利技术的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的结构作进一步地描述。实施例一本专利技术提供了一种基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，如图1所示，本监测方法，包括：11、从基于时间序列的全部影像中选取参考影像，确定全部影像中除参考影像之外的剩余影像与参考影像之间的系统偏移量。12、根据已知的角反射器点的经纬度和高度，基于距离-多普勒定位模型确定所述角反射器点在全部影像中的位置，将所述位置定为所述角反射器点的初始位置，基于初始位置，在全部影像中以初始位置为中心开取一定大小窗口进行过采样处理，获取处理后的强度峰值位置。13、基于获取到的强度峰值，结合之前确定的系统偏移量进行差分处理，确定所述角反射器点的像元偏移量，根据像元偏移量，确定所述角反射器点的实际偏移量。步骤11中，从基于时间序列的全部影像中选取参考影像，确定全部影像中除参考影像之外的剩余影像与参考影像之间的系统偏移量，包括：101、基于时间基线、空间基线和多普勒中心频率差的最优主影像选本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，其特征在于，所述基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，包括：从基于时间序列的全部影像中选取参考影像，确定全部影像中除参考影像之外的剩余影像与参考影像之间的系统偏移量；根据已知的角反射器点的经纬度和高度，基于距离‑多普勒定位模型确定所述角反射器点在全部影像中的位置，将所述位置定为所述角反射器点的初始位置，基于初始位置，在全部影像中以初始位置为中心开取一定大小窗口进行过采样处理，获取处理后的强度峰值位置；基于获取到的强度峰值，结合之前确定的系统偏移量进行差分处理，确定所述角反射器点的像元偏移量，根据像元偏移量，确定所述角反射器点的实际偏移量。
【技术特征摘要】
1.一种基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，其特征在于，所述基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，包括：从基于时间序列的全部影像中选取参考影像，确定全部影像中除参考影像之外的剩余影像与参考影像之间的系统偏移量；根据已知的角反射器点的经纬度和高度，基于距离-多普勒定位模型确定所述角反射器点在全部影像中的位置，将所述位置定为所述角反射器点的初始位置，基于初始位置，在全部影像中以初始位置为中心开取一定大小窗口进行过采样处理，获取处理后的强度峰值位置；基于获取到的强度峰值，结合之前确定的系统偏移量进行差分处理，确定所述角反射器点的像元偏移量，根据像元偏移量，确定所述角反射器点的实际偏移量。2.根据权利要求1所述的基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，其特征在于，从基于时间序列的全部影像中选取参考影像，确定全部影像中除参考影像之外的剩余影像与参考影像之间的系统偏移量，包括：基于时间基线、空间基线和多普勒中心频率差的最优主影像选取方法，从全部影像中选出参考影像；基于公式1，结合卫星轨道数据或影像强度相关法确定参考影像与剩余影像之间的系统偏移量，其中(Ri,Ai)表示目标在第i景影像中距离向和方位向位置，Δ(R,A)i表示同名目标在第i景影像与参考影像之间位置差，a0,…,a5；b0,…,b5为待求系数。3.根据权利要求2所述的基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，其特征在于：参考影像选取对应的函数模型为其中，K表示影像的数量，表示干涉对的垂直基线，Tk,m表示干涉对的时间基线，表示多普勒中心频率差，Bc、Tc和fc分别为对应的临界条件，α、β和θ分别为对应的指数因子，γm表示整体相关系数，最小即为最优。4.根据权利要求1所述的基于人工角反射器偏移量的矿区形变监测方法，其特征在于，根据已知的角反射器点的经纬度和高度...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵超英，牛玉芬，朱武，杨成生，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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