InSAR技術(shù)中電離層相位延遲改正對(duì)地震同震形變監(jiān)測(cè)的影響與應(yīng)用研究

InSAR技術(shù)中電離層相位延遲改正對(duì)地震同震形變監(jiān)測(cè)的影響與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義地震，作為一種極具破壞力的自然災(zāi)害，往往會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)難以估量的損失。2008年的汶川地震，里氏8.0級(jí)的強(qiáng)震導(dǎo)致大量房屋倒塌，數(shù)十萬(wàn)人傷亡，無(wú)數(shù)家庭支離破碎；2011年日本發(fā)生的東日本大地震，不僅引發(fā)了強(qiáng)烈的地面震動(dòng)，還觸發(fā)了巨大的海嘯，福島第一核電站也因地震和海嘯遭受嚴(yán)重破壞，引發(fā)了全球性的核危機(jī)。這些慘痛的案例充分彰顯了地震災(zāi)害的巨大危害，也凸顯了地震監(jiān)測(cè)與研究工作的重要性和緊迫性。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)，作為一種先進(jìn)的空間大地測(cè)量技術(shù)，自20世紀(jì)70年代誕生以來(lái)，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。InSAR技術(shù)具有全天時(shí)、全天候的觀測(cè)能力，不受天氣條件的限制，無(wú)論是烏云密布的陰天，還是狂風(fēng)暴雨的惡劣天氣，它都能穩(wěn)定地獲取地表信息。同時(shí)，該技術(shù)還具備高精度和廣域覆蓋的特點(diǎn)，能夠精確地探測(cè)到地表的微小形變，即使是幾毫米的變化也能被敏銳捕捉，并且可以對(duì)大面積的區(qū)域進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，為地震研究提供全面的數(shù)據(jù)支持。在地震監(jiān)測(cè)中，InSAR技術(shù)可以獲取地震前后的地表形變信息，這些信息就像一把鑰匙，能夠幫助我們深入了解地震的震源機(jī)制、斷層活動(dòng)特征以及地震波的傳播規(guī)律。通過(guò)對(duì)同震形變場(chǎng)的精確分析，我們可以確定發(fā)震斷層的位置、走向和滑動(dòng)方式，從而為地震災(zāi)害的評(píng)估、預(yù)測(cè)和防范提供關(guān)鍵依據(jù)。例如，在2019年四川長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震中，InSAR技術(shù)及時(shí)獲取了震區(qū)的地表形變數(shù)據(jù)，清晰地顯示了發(fā)震斷層的位置和滑動(dòng)分布，為后續(xù)的地震應(yīng)急救援和災(zāi)害評(píng)估工作提供了重要支持。然而，InSAR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中電離層相位延遲是影響其測(cè)量精度的重要因素之一。電離層是地球大氣層的一個(gè)重要組成部分，位于距離地面約60-1000公里的高空，主要由太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的電離作用形成。當(dāng)雷達(dá)信號(hào)穿過(guò)電離層時(shí)，由于電離層中存在大量的自由電子，這些自由電子會(huì)與雷達(dá)信號(hào)相互作用，導(dǎo)致信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生相位延遲。這種相位延遲會(huì)干擾InSAR測(cè)量中的相位信息，使得測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重影響了InSAR技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)中的精度和可靠性。以2016年意大利中部地震為例，由于地震發(fā)生時(shí)電離層活動(dòng)異常劇烈，導(dǎo)致InSAR測(cè)量結(jié)果中的電離層相位延遲誤差顯著增大，使得原本能夠精確測(cè)量的地表形變信息變得模糊不清，嚴(yán)重干擾了對(duì)地震震源參數(shù)的準(zhǔn)確反演和對(duì)地震災(zāi)害的全面評(píng)估。因此，研究電離層相位延遲改正方法，有效削弱其對(duì)InSAR測(cè)量的影響，對(duì)于提高地震監(jiān)測(cè)的精度和可靠性具有至關(guān)重要的意義。準(zhǔn)確改正電離層相位延遲，能夠顯著提高InSAR測(cè)量的精度，使我們獲取的地震同震形變信息更加準(zhǔn)確可靠。這不僅有助于我們更深入地理解地震的發(fā)生機(jī)制和演化過(guò)程，為地震科學(xué)研究提供更堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，還能為地震災(zāi)害的預(yù)測(cè)和防范提供更有力的技術(shù)支持，從而有效減少地震災(zāi)害給人類社會(huì)帶來(lái)的損失。從這個(gè)角度來(lái)看，開(kāi)展地震同震形變InSAR電離層相位延遲改正應(yīng)用研究，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值，它是推動(dòng)地震監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展、提升地震災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀I(lǐng)nSAR技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，在地震同震形變監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得了豐富的研究成果。1992年，Massonnet等人首次利用InSAR技術(shù)成功獲取了加利福尼亞蘭德斯地震的同震形變場(chǎng)，這一開(kāi)創(chuàng)性的工作標(biāo)志著InSAR技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的正式應(yīng)用。此后，InSAR技術(shù)在地震同震形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用日益廣泛。在2003年伊朗巴姆地震、2010年海地地震、2015年尼泊爾地震等重大地震災(zāi)害中，InSAR技術(shù)都發(fā)揮了重要作用，為地震研究和災(zāi)害評(píng)估提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。在國(guó)內(nèi)，InSAR技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸深入。中國(guó)地震局等科研機(jī)構(gòu)利用InSAR技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)多次地震進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和研究，取得了一系列重要成果。例如，在2008年汶川地震后，科研人員利用InSAR技術(shù)獲取了震區(qū)詳細(xì)的地表形變信息，為地震應(yīng)急救援和災(zāi)后重建提供了重要依據(jù)。通過(guò)對(duì)同震形變場(chǎng)的分析，揭示了龍門山斷裂帶在地震中的復(fù)雜活動(dòng)特征，為深入理解地震發(fā)生機(jī)制提供了重要線索。隨著研究的不斷深入，學(xué)者們也逐漸認(rèn)識(shí)到電離層相位延遲對(duì)InSAR測(cè)量精度的顯著影響，并開(kāi)展了大量關(guān)于電離層相位延遲改正的研究。國(guó)外學(xué)者在這方面開(kāi)展了諸多開(kāi)創(chuàng)性的工作。例如，Klobuchar提出了一種用于計(jì)算電離層延遲的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀狵lobuchar模型，該模型基于對(duì)電離層的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)擬合經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算電離層延遲，在早期的電離層延遲改正中得到了廣泛應(yīng)用。隨后，又有學(xué)者提出了NeQuick模型等，這些模型在不同程度上提高了電離層延遲的計(jì)算精度。國(guó)內(nèi)學(xué)者也在電離層相位延遲改正方面進(jìn)行了深入研究。中國(guó)科學(xué)院等科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)InSAR測(cè)量中的電離層相位延遲問(wèn)題，提出了多種改進(jìn)的改正方法。如利用全球定位系統(tǒng)（GPS）數(shù)據(jù)與InSAR數(shù)據(jù)聯(lián)合處理，通過(guò)GPS精確測(cè)量電離層總電子含量（TEC），進(jìn)而獲取電離層相位延遲信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)InSAR測(cè)量數(shù)據(jù)的改正。這種方法充分利用了GPS在電離層監(jiān)測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)，有效提高了InSAR測(cè)量的精度。除了利用外部數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，國(guó)內(nèi)學(xué)者還在數(shù)據(jù)處理算法方面進(jìn)行了創(chuàng)新。通過(guò)深入研究電離層相位延遲的時(shí)空分布特征，提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的電離層相位延遲改正算法。該算法能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)電離層相位延遲與各種影響因素之間的復(fù)雜關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電離層相位延遲的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和改正，為InSAR技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用提供了更有效的數(shù)據(jù)處理手段。然而，目前的電離層相位延遲改正方法仍存在一定的局限性。對(duì)于復(fù)雜地形和強(qiáng)電離層活動(dòng)區(qū)域，現(xiàn)有的改正方法往往難以取得理想的效果。在山區(qū)，由于地形起伏較大，電離層相位延遲的空間變化更為復(fù)雜，傳統(tǒng)的改正方法難以準(zhǔn)確適應(yīng)這種變化；在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期，電離層活動(dòng)異常劇烈，導(dǎo)致電離層相位延遲的不確定性增加，現(xiàn)有改正方法的精度也會(huì)受到較大影響。因此，進(jìn)一步研究和改進(jìn)電離層相位延遲改正方法，仍然是當(dāng)前InSAR技術(shù)應(yīng)用于地震同震形變監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要研究方向。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究聚焦于地震同震形變InSAR電離層相位延遲改正應(yīng)用，主要內(nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：InSAR技術(shù)原理深入剖析：系統(tǒng)地闡述InSAR技術(shù)的基本原理，詳細(xì)解讀其成像機(jī)制與干涉測(cè)量原理。通過(guò)深入研究不同InSAR工作模式，如單軌雙天線橫向模式、單軌雙天線縱向模式和重復(fù)軌道單天線模式，分析各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。研究相位信息在InSAR測(cè)量中的關(guān)鍵作用，包括相位解纏算法、相位與地形及形變的關(guān)系等，為后續(xù)研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。以2019年四川長(zhǎng)寧地震為例，利用InSAR技術(shù)獲取的同震形變數(shù)據(jù)，分析其相位信息與地表形變的對(duì)應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證理論分析的準(zhǔn)確性。電離層延遲對(duì)InSAR測(cè)量的影響研究：深入研究電離層的特性，包括其結(jié)構(gòu)、電子密度分布以及時(shí)空變化規(guī)律。分析電離層對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳播的影響機(jī)制，探討電離層相位延遲產(chǎn)生的原因及其對(duì)InSAR測(cè)量精度的影響。研究電離層相位延遲與地震同震形變信號(hào)的相互作用，分析其在不同地震場(chǎng)景下對(duì)InSAR測(cè)量結(jié)果的干擾形式。以2011年日本東日本大地震為例，分析地震期間電離層活動(dòng)異常對(duì)InSAR測(cè)量結(jié)果的影響，明確電離層相位延遲在地震同震形變監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵影響因素。電離層相位延遲改正方法研究：全面梳理現(xiàn)有的電離層相位延遲改正方法，包括基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷母恼椒?，如Klobuchar模型、NeQuick模型等；基于外部數(shù)據(jù)的改正方法，如利用GPS數(shù)據(jù)獲取電離層總電子含量（TEC）進(jìn)行改正；以及基于數(shù)據(jù)處理算法的改正方法，如基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法等。對(duì)各種改正方法進(jìn)行詳細(xì)的原理分析和對(duì)比研究，分析其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。研究改進(jìn)現(xiàn)有改正方法的途徑，結(jié)合新的數(shù)據(jù)來(lái)源和處理技術(shù)，探索提高改正精度的新方法。以2015年尼泊爾地震為例，分別采用不同的電離層相位延遲改正方法對(duì)InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)比分析改正效果，評(píng)估不同方法的優(yōu)劣。案例分析與應(yīng)用驗(yàn)證：選取多個(gè)具有代表性的地震案例，如2008年汶川地震、2010年海地地震、2016年意大利中部地震等，利用InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行同震形變監(jiān)測(cè)。應(yīng)用研究的電離層相位延遲改正方法對(duì)InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取高精度的同震形變場(chǎng)。將改正后的InSAR測(cè)量結(jié)果與其他測(cè)量手段，如GPS測(cè)量、地面形變監(jiān)測(cè)等結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，評(píng)估改正方法的有效性和可靠性。分析改正后的同震形變場(chǎng)，研究地震的震源機(jī)制、斷層活動(dòng)特征等，為地震科學(xué)研究和災(zāi)害評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)對(duì)汶川地震的案例分析，利用改正后的InSAR數(shù)據(jù)，精確確定發(fā)震斷層的位置和滑動(dòng)分布，為地震應(yīng)急救援和災(zāi)后重建提供關(guān)鍵依據(jù)。1.3.2研究方法本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的全面性、科學(xué)性和有效性，具體方法如下：理論分析：深入研究InSAR技術(shù)原理、電離層特性以及電離層相位延遲的影響機(jī)制和改正方法。通過(guò)數(shù)學(xué)模型和理論推導(dǎo)，分析各種因素對(duì)InSAR測(cè)量精度的影響，為研究提供理論支撐。建立電離層相位延遲的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)其與雷達(dá)信號(hào)傳播參數(shù)、電離層電子密度等因素的關(guān)系，深入分析其對(duì)InSAR測(cè)量相位的影響規(guī)律。數(shù)據(jù)處理：收集和整理InSAR數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)的地球物理數(shù)據(jù)。運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件和算法，對(duì)InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、干涉處理、相位解纏等操作，提取同震形變信息。利用GPS數(shù)據(jù)計(jì)算電離層TEC，對(duì)InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行電離層相位延遲改正。運(yùn)用Python、Matlab等編程語(yǔ)言，結(jié)合GAMMA、StaMPS等InSAR數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。案例研究：選取典型的地震案例，對(duì)InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，驗(yàn)證電離層相位延遲改正方法的有效性。通過(guò)對(duì)比不同改正方法在實(shí)際案例中的應(yīng)用效果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，為方法的改進(jìn)和優(yōu)化提供實(shí)踐依據(jù)。在對(duì)2010年海地地震的案例研究中，應(yīng)用不同的改正方法處理InSAR數(shù)據(jù)，對(duì)比分析改正前后的同震形變場(chǎng)，評(píng)估不同方法在該地震場(chǎng)景下的改正效果。對(duì)比分析：將改正后的InSAR測(cè)量結(jié)果與其他測(cè)量手段的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估改正方法的精度和可靠性。對(duì)比不同電離層相位延遲改正方法的優(yōu)缺點(diǎn)，分析其在不同地震場(chǎng)景下的適用性，為實(shí)際應(yīng)用提供參考。將InSAR測(cè)量結(jié)果與GPS測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證InSAR測(cè)量的精度和可靠性；對(duì)比不同改正方法在不同地震案例中的應(yīng)用效果，分析其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。二、InSAR技術(shù)原理及在地震同震形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用2.1InSAR技術(shù)基本原理合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)融合了合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像原理與干涉測(cè)量原理，是一種能夠獲取地表高精度三維信息和微小形變的空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)。2.1.1SAR成像原理SAR是一種主動(dòng)式微波遙感系統(tǒng)，其工作原理基于雷達(dá)的基本測(cè)距原理。雷達(dá)發(fā)射機(jī)向地面發(fā)射微波脈沖信號(hào)，當(dāng)這些信號(hào)遇到地面目標(biāo)后，會(huì)發(fā)生散射，部分散射信號(hào)被雷達(dá)接收機(jī)接收。通過(guò)測(cè)量發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的時(shí)間延遲，可計(jì)算出雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離。公式為：R=\frac{c\cdot\Deltat}{2}其中，R為雷達(dá)與目標(biāo)的距離，c為光速，\Deltat為信號(hào)往返時(shí)間延遲。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率成像，SAR采用了合成孔徑技術(shù)。傳統(tǒng)雷達(dá)的方位向分辨率受限于真實(shí)天線孔徑的大小，而SAR通過(guò)利用平臺(tái)（如衛(wèi)星、飛機(jī)）與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在飛行過(guò)程中記錄多個(gè)不同位置接收到的回波信號(hào)。這些回波信號(hào)包含了目標(biāo)在不同視角下的散射信息，通過(guò)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行相干處理，如同將多個(gè)小天線合成一個(gè)大天線，從而等效增大了天線孔徑，顯著提高了方位向分辨率。方位向分辨率公式為：\rho_{az}=\frac{\lambda\cdotR}{2\cdotL}其中，\rho_{az}為方位向分辨率，\lambda為雷達(dá)波長(zhǎng)，R為雷達(dá)與目標(biāo)的距離，L為真實(shí)天線長(zhǎng)度?？梢钥闯?，方位向分辨率與目標(biāo)距離無(wú)關(guān)，僅取決于雷達(dá)波長(zhǎng)和真實(shí)天線長(zhǎng)度。在距離向，SAR采用脈沖壓縮技術(shù)來(lái)提高分辨率。發(fā)射的線性調(diào)頻（LFM）信號(hào)具有較大的帶寬，通過(guò)匹配濾波處理，將寬脈沖壓縮成窄脈沖，從而提高距離向分辨率。距離向分辨率公式為：\rho_{r}=\frac{c}{2\cdotB}其中，\rho_{r}為距離向分辨率，B為發(fā)射信號(hào)帶寬。通過(guò)上述距離向和方位向的處理，SAR能夠獲取高分辨率的二維圖像，圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)地面上的一個(gè)分辨單元，其灰度值反映了該分辨單元內(nèi)目標(biāo)的雷達(dá)散射特性。2.1.2干涉測(cè)量原理InSAR的干涉測(cè)量原理基于電磁波的干涉現(xiàn)象。當(dāng)同一地區(qū)被SAR兩次觀測(cè)時(shí)，獲取的兩幅復(fù)圖像（包含振幅和相位信息）滿足相干條件，將這兩幅復(fù)圖像進(jìn)行共軛相乘，可得到干涉圖。干涉圖中的干涉條紋包含了兩次觀測(cè)期間目標(biāo)的相位變化信息，而相位變化與目標(biāo)的空間位置、地形起伏以及地表形變等因素密切相關(guān)。假設(shè)兩次觀測(cè)時(shí)，雷達(dá)天線位置分別為S_1和S_2，地面目標(biāo)點(diǎn)為P，S_1到P的距離為r_1，S_2到P的距離為r_2，則干涉相位\Delta\varphi與距離差\Deltar=r_2-r_1之間的關(guān)系為：\Delta\varphi=\frac{4\pi}{\lambda}\cdot\Deltar其中，\lambda為雷達(dá)波長(zhǎng)。在理想情況下，干涉相位僅包含地形相位和形變相位。通過(guò)對(duì)干涉相位的分析和處理，可以分離出地形相位和形變相位，從而獲取目標(biāo)區(qū)域的地形信息和地表形變信息。在實(shí)際應(yīng)用中，InSAR主要有以下三種工作模式：?jiǎn)诬夒p天線橫向模式：衛(wèi)星在同一軌道上搭載兩個(gè)橫向排列的天線，同時(shí)對(duì)地面進(jìn)行觀測(cè)。這種模式能夠快速獲取干涉數(shù)據(jù)，但由于天線基線較短，對(duì)于地形起伏較大的區(qū)域，可能存在一定的測(cè)量誤差。單軌雙天線縱向模式：兩個(gè)天線沿衛(wèi)星軌道方向縱向排列。該模式可以減少軌道誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，但數(shù)據(jù)獲取效率相對(duì)較低。重復(fù)軌道單天線模式：衛(wèi)星在不同時(shí)間沿相同軌道對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是可以獲取長(zhǎng)時(shí)間序列的觀測(cè)數(shù)據(jù)，便于監(jiān)測(cè)地表的動(dòng)態(tài)變化，但由于觀測(cè)時(shí)間間隔較長(zhǎng)，可能會(huì)受到大氣效應(yīng)、去相干等因素的影響。2.1.3相位解纏在InSAR測(cè)量中，通過(guò)干涉處理得到的干涉相位是被限制在[-\pi,\pi]區(qū)間內(nèi)的纏繞相位，為了獲取真實(shí)的相位值，需要進(jìn)行相位解纏操作。相位解纏的目的是恢復(fù)纏繞相位中丟失的整周數(shù)，從而得到連續(xù)的、反映真實(shí)物理量變化的絕對(duì)相位。相位解纏的基本原理是基于相鄰像元之間相位變化的連續(xù)性假設(shè)。在理想情況下，相鄰像元之間的相位差應(yīng)小于\pi，通過(guò)對(duì)纏繞相位的差分進(jìn)行積分，可以逐步恢復(fù)整周數(shù)。然而，在實(shí)際的干涉圖中，往往存在噪聲、地形突變、大氣延遲等因素的影響，導(dǎo)致相位連續(xù)性假設(shè)失效，從而使相位解纏變得復(fù)雜。目前，常用的相位解纏算法主要分為三類：路徑跟蹤法：該算法通過(guò)選擇合適的積分路徑，對(duì)相鄰像元的相位梯度進(jìn)行積分來(lái)實(shí)現(xiàn)相位解纏。例如Goldstein枝切算法，其主要步驟包括識(shí)別干涉圖中的殘差點(diǎn)（由于噪聲或相位欠采樣導(dǎo)致相位不一致的點(diǎn)），設(shè)置枝切線連接正負(fù)殘差點(diǎn)以平衡殘差點(diǎn)，然后從非殘差點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行相位梯度積分計(jì)算解纏相位。在信噪比較高、殘差點(diǎn)較少的情況下，枝切法具有速度快、精度高的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)殘差點(diǎn)較多且分布密集時(shí)，容易出現(xiàn)連接枝切線錯(cuò)誤而形成“孤島”的問(wèn)題。最小范數(shù)法：基于最小范數(shù)法的解纏理念是建立代價(jià)函數(shù)，求解最優(yōu)的解纏相位，使得解纏相位梯度與纏繞相位梯度的差值最小，將相位解纏問(wèn)題轉(zhuǎn)化為最小二乘法求解問(wèn)題。該方法穩(wěn)定性較好，但存在局部相位解纏精度較低以及在低相干區(qū)域誤差較大且會(huì)傳播到整幅干涉相位圖的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)流法：網(wǎng)絡(luò)流法兼顧了速度和精確性，其基本思想是將解纏相位梯度和纏繞相位梯度之間的差異最小化，一般采用相干系數(shù)來(lái)確定權(quán)重。但由于相干系數(shù)有時(shí)存在估計(jì)偏差，可能會(huì)導(dǎo)致解纏誤差。2.2InSAR用于地震同震形變監(jiān)測(cè)的方法InSAR技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在地震同震形變監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。目前，主要的InSAR技術(shù)方法包括差分干涉合成孔徑雷達(dá)（D-InSAR）、多時(shí)相干涉合成孔徑雷達(dá)（MT-InSAR）等，每種方法都有其獨(dú)特的應(yīng)用方式和特點(diǎn)。2.2.1D-InSAR方法D-InSAR技術(shù)是在InSAR基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要用于獲取地表的微小形變信息。其基本原理是通過(guò)引入外部數(shù)字高程模型（DEM）或采用多軌差分的方式，去除InSAR干涉圖中的地形相位，從而得到僅包含地表形變信息的差分干涉圖。在實(shí)際應(yīng)用中，D-InSAR技術(shù)主要有二軌法、三軌法和四軌法。二軌法是利用地震前后兩幅SAR影像和一個(gè)外部DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先，將兩幅SAR影像進(jìn)行干涉處理，得到包含地形相位、形變相位、大氣相位以及噪聲相位等的干涉圖。然后，利用外部DEM數(shù)據(jù)模擬出地形相位，并從干涉圖中減去該地形相位，從而得到差分干涉圖，其中主要包含了地震同震形變信息。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取相對(duì)簡(jiǎn)單，處理流程相對(duì)簡(jiǎn)潔；缺點(diǎn)是對(duì)外部DEM數(shù)據(jù)的精度要求較高，如果DEM數(shù)據(jù)存在誤差，會(huì)直接影響到形變信息的提取精度。三軌法需要三幅SAR影像，其中一幅為地震前影像，一幅為地震后影像，另一幅用于獲取地形信息。在處理過(guò)程中，先利用地震前和地震后影像生成干涉圖，再利用地震前影像和用于獲取地形信息的影像生成地形干涉圖。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)干涉圖進(jìn)行差分處理，去除地形相位，得到包含地震同震形變的差分干涉圖。三軌法在一定程度上減少了對(duì)外部DEM數(shù)據(jù)的依賴，提高了形變監(jiān)測(cè)的精度，但數(shù)據(jù)獲取和處理的難度相對(duì)增加。四軌法使用四幅SAR影像，通過(guò)復(fù)雜的差分處理來(lái)進(jìn)一步提高形變監(jiān)測(cè)的精度。它能夠更好地消除大氣延遲等誤差的影響，但數(shù)據(jù)量更大，處理過(guò)程更為復(fù)雜，對(duì)數(shù)據(jù)處理能力和計(jì)算資源要求較高。以2003年伊朗巴姆地震為例，研究人員利用D-InSAR技術(shù)獲取了該地震的同震形變場(chǎng)。通過(guò)對(duì)地震前后的ENVISAT衛(wèi)星SAR影像進(jìn)行處理，采用三軌法差分干涉測(cè)量技術(shù)，成功獲取了高精度的地震形變量數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，該地震造成了明顯的地表形變，最大形變量達(dá)到了數(shù)厘米，為研究該地震的震源機(jī)制和災(zāi)害評(píng)估提供了重要依據(jù)。D-InSAR技術(shù)具有高形變敏感度、高空間分辨率的特點(diǎn)，能夠探測(cè)到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的地表形變。然而，該技術(shù)也存在一些局限性，如容易受到時(shí)空失相干、大氣延遲等因素的影響。在時(shí)空失相干方面，當(dāng)SAR影像獲取時(shí)間間隔較長(zhǎng)或地形變化較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩幅影像之間的相干性降低，影響干涉效果和形變信息的提?。淮髿庋舆t則會(huì)使雷達(dá)信號(hào)傳播路徑發(fā)生變化，產(chǎn)生額外的相位延遲，干擾形變信息的準(zhǔn)確獲取。2.2.2MT-InSAR方法MT-InSAR方法是通過(guò)對(duì)多時(shí)相的SAR影像進(jìn)行處理，來(lái)監(jiān)測(cè)地表形變的時(shí)間序列變化。該方法能夠有效地克服D-InSAR技術(shù)在時(shí)空失相干方面的局限性，提高形變監(jiān)測(cè)的精度和可靠性。MT-InSAR方法主要包括永久散射體干涉測(cè)量（PS-InSAR）和小基線子集干涉測(cè)量（SBAS-InSAR）等技術(shù)。PS-InSAR技術(shù)的原理是利用覆蓋同一研究區(qū)域的多景單視復(fù)數(shù)（SLC）SAR影像，選取其中一景SAR影像作為主影像，其余影像與主影像配準(zhǔn)。依據(jù)時(shí)間序列上的振幅（強(qiáng)度）和（或）相位的穩(wěn)定性，選取在時(shí)間上散射特性穩(wěn)定、回波信號(hào)較強(qiáng)的永久散射體（PS）目標(biāo)，如人工建筑物、燈塔、裸露的巖石以及人工布設(shè)的角反射器等。經(jīng)過(guò)干涉和去地形處理，得到基于PS目標(biāo)的差分干涉相位，再進(jìn)行再次差分。根據(jù)兩次差分后的干涉相位中各個(gè)相位成分的不同特性，采用構(gòu)建形變模型和時(shí)空濾波的方法估計(jì)形變相位和地形相位殘余，從而獲取高精度的地表形變速率和形變時(shí)間序列信息。SBAS-InSAR技術(shù)則是通過(guò)選取小基線長(zhǎng)度的干涉對(duì)，構(gòu)建干涉圖網(wǎng)絡(luò)。利用這些干涉圖的相位信息，采用最小二乘等方法求解形變速率和形變時(shí)間序列。該技術(shù)充分利用了多景SAR影像之間的信息，能夠在一定程度上提高形變監(jiān)測(cè)的精度和空間覆蓋范圍，尤其適用于大面積的地表形變監(jiān)測(cè)。在2011年日本東日本大地震的監(jiān)測(cè)中，研究人員運(yùn)用MT-InSAR方法對(duì)震區(qū)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)。通過(guò)PS-InSAR技術(shù)，選取了大量分布在震區(qū)的PS點(diǎn)，精確地獲取了地震前后以及震后一段時(shí)間內(nèi)的地表形變速率和形變時(shí)間序列。結(jié)果清晰地展示了地震引發(fā)的地表形變?cè)跁r(shí)間和空間上的演化過(guò)程，為地震后的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估和防災(zāi)減災(zāi)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。MT-InSAR方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地處理時(shí)空失相干問(wèn)題，獲取高精度的地表形變速率和形變時(shí)間序列信息。同時(shí)，由于利用了多景SAR影像，在一定程度上可以削弱大氣延遲等誤差的影響。然而，該方法也存在一些缺點(diǎn)，如PS點(diǎn)的選取對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和處理算法要求較高，如果PS點(diǎn)選取不當(dāng)，會(huì)影響形變監(jiān)測(cè)的精度；SBAS-InSAR技術(shù)在處理過(guò)程中，小基線子集的選擇和干涉圖網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建較為復(fù)雜，需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。2.3應(yīng)用案例分析2.3.1甘肅積石山地震案例2023年12月18日23時(shí)59分，甘肅臨夏州積石山縣發(fā)生6.2級(jí)地震，震源深度10公里。此次地震給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)造成了巨大損失，也引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。在地震發(fā)生后，科研人員迅速運(yùn)用InSAR技術(shù)對(duì)震區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，旨在獲取地震同震形變場(chǎng)，為后續(xù)的地震研究和災(zāi)害評(píng)估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)獲取方面，采用了Sentinel-1衛(wèi)星的SAR數(shù)據(jù)。該衛(wèi)星具有高分辨率、寬覆蓋范圍以及短重訪周期等優(yōu)點(diǎn)，能夠及時(shí)獲取震區(qū)的影像信息。獲取了2023年10月27日（震前）和2023年12月26日（震后）的Sentinel-1衛(wèi)星SAR數(shù)據(jù)，通過(guò)InSAR干涉處理流程，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、影像配準(zhǔn)、干涉圖生成、去平地效應(yīng)、相位解纏等步驟，成功獲取了甘肅積石山6.2級(jí)地震的同震形變場(chǎng)。從獲取的同震形變場(chǎng)結(jié)果來(lái)看，本次地震造成的形變以抬升為主，形變場(chǎng)主要分布在震中西北部。升軌InSAR形變場(chǎng)顯示，地震造成的LOS向抬升形變最大約為10cm。中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心利用D-InSAR技術(shù)獲取的同震形變場(chǎng)顯示，同震形變位于拉脊山北緣斷裂與拉脊山南緣斷裂之間，以靠近衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)為主，東西向跨度約15km，南北向跨度約20km，為典型的逆沖型地震運(yùn)動(dòng)特征，地震引起LOS向抬升最大量級(jí)為8.7cm。通過(guò)對(duì)這些形變結(jié)果的分析，我們可以推斷此次地震的發(fā)震機(jī)制和斷層活動(dòng)特征。形變以抬升為主且位于特定斷裂之間，表明此次地震可能是由于斷層的逆沖運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地殼抬升。這些信息對(duì)于深入了解該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地震活動(dòng)規(guī)律具有重要意義，也為后續(xù)的地震災(zāi)害評(píng)估和防災(zāi)減災(zāi)措施的制定提供了重要依據(jù)。例如，在地震災(zāi)害評(píng)估中，準(zhǔn)確的形變信息可以幫助評(píng)估建筑物的受損程度和潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為救援和重建工作提供科學(xué)指導(dǎo)。2.3.2四川瀘定地震案例2022年9月5日，四川甘孜州瀘定縣發(fā)生6.8級(jí)地震，此次地震發(fā)生在青藏高原東緣的鮮水河斷裂帶附近，該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動(dòng)頻繁。為了深入了解此次地震的同震形變特征和震源機(jī)制，研究人員運(yùn)用InSAR技術(shù)對(duì)震區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)監(jiān)測(cè)。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，選用了高分三號(hào)衛(wèi)星的SAR數(shù)據(jù)。高分三號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)自主研發(fā)的高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星，具備多種成像模式和高輻射精度，能夠?yàn)镮nSAR監(jiān)測(cè)提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理步驟，包括利用外部高精度DEM數(shù)據(jù)去除地形相位，采用多視處理提高干涉圖的相干性，以及運(yùn)用先進(jìn)的相位解纏算法獲取準(zhǔn)確的相位信息等，成功獲取了瀘定地震的同震形變場(chǎng)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，瀘定地震的同震形變場(chǎng)呈現(xiàn)出明顯的特征。在LOS向，形變主要集中在震中附近，最大形變量達(dá)到了數(shù)厘米。形變場(chǎng)的分布與鮮水河斷裂帶的走向具有一定的相關(guān)性，表明此次地震與該斷裂帶的活動(dòng)密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)形變場(chǎng)的進(jìn)一步分析，結(jié)合地震波數(shù)據(jù)和地質(zhì)資料，研究人員推斷此次地震的震源機(jī)制可能是由于斷裂帶的左旋走滑運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致了地表的形變。這些InSAR監(jiān)測(cè)結(jié)果在地震研究和災(zāi)害評(píng)估中發(fā)揮了重要作用。在地震研究方面，精確的同震形變場(chǎng)為驗(yàn)證和改進(jìn)地震破裂模型提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于深入理解地震的發(fā)生機(jī)制和破裂過(guò)程。在災(zāi)害評(píng)估中，同震形變信息可以輔助評(píng)估地震對(duì)建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施等造成的破壞程度，為地震應(yīng)急救援和災(zāi)后重建提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)分析形變場(chǎng)，能夠確定哪些區(qū)域的建筑物可能受到較大的破壞，從而有針對(duì)性地開(kāi)展救援和重建工作。三、電離層相位延遲對(duì)InSAR監(jiān)測(cè)地震同震形變的影響3.1電離層的結(jié)構(gòu)與特性電離層是地球大氣層的一個(gè)特殊區(qū)域，位于距離地面約60-1000公里的高空。它主要由太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的電離作用形成，包含大量的自由電子和離子，這些帶電粒子使得電離層具有獨(dú)特的電磁特性。電離層在垂直方向上呈現(xiàn)出明顯的分層結(jié)構(gòu)，根據(jù)電子密度的分布，可分為D層、E層、F層（F1層和F2層）以及H層（也稱為質(zhì)子層）。D層位于電離層的底部，高度范圍約為60-90公里。該層主要由X射線和α射線導(dǎo)致大氣電離形成，電子密度相對(duì)較低，白天最大電子密度約為7\times10^{8}el/m^{3}，夜間由于電子大量復(fù)合消失，電子密度可忽略不計(jì)。D層對(duì)低至VHF頻率的無(wú)線電波有明顯的吸收作用。E層高度在90-160公里之間，其位置較為穩(wěn)定。主要由紫外線輻射及軟X射線使大氣電離產(chǎn)生O_{2}^{+}和NO^{+}離子構(gòu)成，白天電子密度分布在100公里處有明顯提升，最大電子密度約為1\times10^{11}el/m^{3}，分布符合Chapman模型。E層受季節(jié)影響較大，夏季電子密度達(dá)到最大。F層是電離層的主要區(qū)域，高度在160-1000公里左右。白天F層可分為F1層和F2層，晚上F1層消失，只剩F2層。F1層高度一般在140-200公里之間，成分主要為O^{+}離子，最大電子密度約為3\times10^{11}el/m^{3}，峰值出現(xiàn)在170公里附近，該層一般不太明顯。F2層具有明顯的電子密度峰值，約在300公里高度處，最大電子密度可達(dá)1\times10^{12}el/m^{3}，主要成分為原子和離子，雙電荷正離子和負(fù)離子較少，正離子密度與電子密度相當(dāng)。F層對(duì)無(wú)線電波的作用是導(dǎo)致GPS信號(hào)傳播誤差的主要原因，也是影響InSAR測(cè)量中電離層相位延遲的關(guān)鍵區(qū)域。H層位于1000公里以上的高空，由少量H^{+}和He^{2+}離子組成，電子密度低，但高度一直影響到GPS軌道高度，是未知時(shí)延變化及電子密度的主要原因之一。白天電離層最活躍時(shí)，有10%的延遲量來(lái)自H層，夜間為5%。電離層的電子密度分布不僅在垂直方向上有明顯變化，還具有復(fù)雜的時(shí)空變化特性。在時(shí)間上，電子密度呈現(xiàn)出明顯的晝夜、季節(jié)和太陽(yáng)活動(dòng)周期變化。白天，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，電離作用增強(qiáng)，電子密度較高；夜間，電離源消失，電子與離子復(fù)合，電子密度顯著降低。在季節(jié)變化方面，夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，電離層電子密度相對(duì)較高；冬季則相對(duì)較低。太陽(yáng)活動(dòng)周期對(duì)電離層電子密度的影響也十分顯著，在太陽(yáng)活動(dòng)高年，太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，電離層電子密度明顯增大；在太陽(yáng)活動(dòng)低年，電子密度則相對(duì)較小。在空間上，電離層電子密度呈現(xiàn)出明顯的緯度變化特征。在赤道地區(qū)，由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈且地磁場(chǎng)的特殊作用，存在一個(gè)電子密度相對(duì)較高的赤道電離異常區(qū)。在中高緯度地區(qū)，電子密度隨著緯度的增加而逐漸減小。此外，電離層還存在一些不均勻結(jié)構(gòu)，如Es層（偶發(fā)E層）和擴(kuò)展F等。Es層是一種在E層區(qū)域出現(xiàn)的不均勻結(jié)構(gòu)，有時(shí)是一片密集的不均勻體，有時(shí)是強(qiáng)電離的薄層電離區(qū)，其厚度約為幾百米至二公里左右，水平方向延伸一般為0.1-10公里，但也有擴(kuò)展到數(shù)百公里的情況。擴(kuò)展F是發(fā)生在F區(qū)域的不均勻結(jié)構(gòu)，它在頻高圖上表現(xiàn)為正常的F層描跡逐漸擴(kuò)展，是F層電子密度不均勻體對(duì)電波散射的結(jié)果。這些不均勻結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致電離層的局部電子密度發(fā)生劇烈變化，對(duì)雷達(dá)信號(hào)的傳播產(chǎn)生更為復(fù)雜的影響。3.2電離層相位延遲的產(chǎn)生及影響因素當(dāng)雷達(dá)信號(hào)在電離層中傳播時(shí)，由于電離層中存在大量的自由電子，這些自由電子會(huì)與雷達(dá)信號(hào)相互作用，從而導(dǎo)致電離層相位延遲的產(chǎn)生。根據(jù)電磁波傳播理論，電離層可被視為一種色散介質(zhì)，雷達(dá)信號(hào)在其中的傳播速度會(huì)受到電子密度的影響。從麥克斯韋方程組出發(fā)，考慮到電離層中電子的運(yùn)動(dòng)方程，可以推導(dǎo)出雷達(dá)信號(hào)在電離層中的相速度v_p和群速度v_g與電子密度N_e的關(guān)系。對(duì)于頻率為f的雷達(dá)信號(hào)，其相速度v_p和群速度v_g的表達(dá)式分別為：v_p=c\sqrt{1-\frac{N_ee^2}{2\pi\varepsilon_0mf^2}}v_g=c\left(1-\frac{N_ee^2}{2\pi\varepsilon_0mf^2}\right)其中，c為真空中的光速，e為電子電荷量，\varepsilon_0為真空介電常數(shù)，m為電子質(zhì)量。由于相速度和群速度與真空中的光速不同，當(dāng)雷達(dá)信號(hào)從衛(wèi)星發(fā)射并穿過(guò)電離層到達(dá)地面目標(biāo)，再反射回衛(wèi)星被接收時(shí)，信號(hào)的傳播路徑會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致相位延遲。這種相位延遲可以通過(guò)對(duì)信號(hào)傳播路徑的積分來(lái)計(jì)算，即：\Delta\varphi=\frac{2\pi}{\lambda}\int_{s}\left(n-1\right)ds其中，\Delta\varphi為相位延遲，\lambda為雷達(dá)信號(hào)波長(zhǎng)，n為電離層的折射率，s為信號(hào)傳播路徑。電離層相位延遲的大小受到多種因素的影響，其中太陽(yáng)活動(dòng)、地理位置、季節(jié)等是主要的影響因素。太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)電離層相位延遲的影響極為顯著。太陽(yáng)活動(dòng)的主要表現(xiàn)形式包括太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等。太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)表面磁場(chǎng)集中的區(qū)域，其數(shù)量和面積的變化反映了太陽(yáng)活動(dòng)的強(qiáng)弱程度。耀斑是太陽(yáng)表面突然爆發(fā)的強(qiáng)烈能量釋放現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生大量的高能粒子和電磁輻射；日冕物質(zhì)拋射則是太陽(yáng)向行星際空間拋射出的大量等離子體云。這些太陽(yáng)活動(dòng)現(xiàn)象會(huì)釋放出大量的高能粒子和電磁輻射，增強(qiáng)電離層的電離程度，導(dǎo)致電子密度急劇增加。在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期，太陽(yáng)黑子數(shù)量增多，耀斑和日冕物質(zhì)拋射頻繁發(fā)生，使得電離層的電子密度大幅上升，從而導(dǎo)致電離層相位延遲顯著增大。有研究表明，在太陽(yáng)活動(dòng)高年，電離層相位延遲可比太陽(yáng)活動(dòng)低年增加數(shù)倍。地理位置也是影響電離層相位延遲的重要因素。不同緯度地區(qū)的電離層電子密度分布存在明顯差異。在赤道地區(qū)，由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈且地磁場(chǎng)的特殊作用，存在一個(gè)電子密度相對(duì)較高的赤道電離異常區(qū)。該區(qū)域的電子密度峰值可達(dá)到10^{12}el/m^{3}以上，導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)在該區(qū)域傳播時(shí)產(chǎn)生較大的相位延遲。在中高緯度地區(qū)，電子密度隨著緯度的增加而逐漸減小，電離層相位延遲也相應(yīng)減小。例如，在極地地區(qū)，由于太陽(yáng)輻射相對(duì)較弱，電離層電子密度較低，電離層相位延遲相對(duì)較小。此外，經(jīng)度對(duì)電離層相位延遲也有一定影響。由于地球的自轉(zhuǎn)和大氣環(huán)流等因素，不同經(jīng)度地區(qū)的電離層電子密度分布也會(huì)有所不同，從而導(dǎo)致電離層相位延遲存在差異。季節(jié)變化同樣會(huì)對(duì)電離層相位延遲產(chǎn)生影響。在夏季，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，電離層的電離程度增強(qiáng)，電子密度相對(duì)較高，電離層相位延遲較大；而在冬季，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較弱，電離層電子密度相對(duì)較低，電離層相位延遲也較小。以中緯度地區(qū)為例，夏季的電離層相位延遲可比冬季增加20%-50%。時(shí)間因素也不可忽視。電離層電子密度具有明顯的晝夜變化特征。白天，太陽(yáng)輻射使電離層電離增強(qiáng)，電子密度較高；夜間，電離源消失，電子與離子復(fù)合，電子密度顯著降低。因此，白天的電離層相位延遲通常比夜間大。在白天，電離層相位延遲可能達(dá)到數(shù)厘米甚至數(shù)十厘米，而在夜間，相位延遲則可能減小到幾厘米以下。3.3對(duì)InSAR監(jiān)測(cè)地震同震形變精度的影響電離層相位延遲對(duì)InSAR監(jiān)測(cè)地震同震形變精度有著顯著的影響，這種影響主要體現(xiàn)在相位誤差的引入，進(jìn)而導(dǎo)致形變測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差。在InSAR測(cè)量中，相位信息是獲取地表形變的關(guān)鍵。干涉相位主要包含地形相位、形變相位、大氣相位（包括電離層相位延遲）以及噪聲相位等。其中，電離層相位延遲作為大氣相位的重要組成部分，會(huì)干擾真實(shí)的形變相位信息。當(dāng)雷達(dá)信號(hào)穿過(guò)電離層時(shí)，由于電離層的色散特性，信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，導(dǎo)致相位延遲。這種相位延遲會(huì)疊加到InSAR測(cè)量的干涉相位中，使得干涉相位偏離真實(shí)值。假設(shè)沒(méi)有電離層相位延遲時(shí)，干涉相位\varphi_{true}與地形相位\varphi_{topo}和形變相位\varphi_{defo}的關(guān)系為\varphi_{true}=\varphi_{topo}+\varphi_{defo}。然而，在存在電離層相位延遲\varphi_{iono}的情況下，實(shí)際測(cè)量得到的干涉相位\varphi_{measured}變?yōu)閈varphi_{measured}=\varphi_{topo}+\varphi_{defo}+\varphi_{iono}。如果不對(duì)電離層相位延遲進(jìn)行改正，直接根據(jù)\varphi_{measured}來(lái)反演地表形變，就會(huì)將電離層相位延遲誤當(dāng)作地形相位或形變相位，從而導(dǎo)致形變測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。在地震同震形變監(jiān)測(cè)中，這種誤差可能會(huì)對(duì)地震的震源機(jī)制分析和災(zāi)害評(píng)估產(chǎn)生誤導(dǎo)。對(duì)于震級(jí)較大的地震，其同震形變信號(hào)較強(qiáng)，但電離層相位延遲的干擾可能會(huì)使形變場(chǎng)的形態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致對(duì)發(fā)震斷層的位置和滑動(dòng)方式的判斷出現(xiàn)偏差。以2011年日本東日本大地震為例，地震發(fā)生時(shí)，電離層活動(dòng)異常劇烈，導(dǎo)致InSAR測(cè)量結(jié)果中的電離層相位延遲誤差顯著增大。在對(duì)該地震的同震形變監(jiān)測(cè)中，由于未充分考慮電離層相位延遲的影響，從InSAR測(cè)量結(jié)果中提取的形變場(chǎng)與實(shí)際情況存在較大偏差。原本清晰的發(fā)震斷層位置和滑動(dòng)分布被電離層相位延遲的干擾所掩蓋，使得對(duì)地震震源機(jī)制的分析出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而影響了對(duì)地震災(zāi)害的準(zhǔn)確評(píng)估和后續(xù)的防災(zāi)減災(zāi)措施的制定。電離層相位延遲還會(huì)影響InSAR測(cè)量的精度和可靠性。在一些地震監(jiān)測(cè)案例中，由于電離層相位延遲的存在，使得InSAR測(cè)量結(jié)果的不確定性增加。對(duì)于微小的地震同震形變信號(hào)，電離層相位延遲可能會(huì)淹沒(méi)真實(shí)的形變信號(hào)，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)到地表的微小形變。在對(duì)一些震級(jí)較小的地震進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，原本微弱的形變信號(hào)可能會(huì)被電離層相位延遲所干擾，使得InSAR測(cè)量結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確反映地表的真實(shí)形變情況，從而降低了InSAR技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)中的精度和可靠性。在利用InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)地震同震形變時(shí)，準(zhǔn)確改正電離層相位延遲至關(guān)重要。只有有效消除電離層相位延遲的影響，才能獲取準(zhǔn)確的同震形變信息，為地震科學(xué)研究和災(zāi)害評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)支持。四、InSAR電離層相位延遲改正方法4.1傳統(tǒng)改正方法傳統(tǒng)的電離層相位延遲改正方法在InSAR數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用較早，為后續(xù)改進(jìn)方法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，主要包括基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷母恼椒ê妥V分級(jí)法等。基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷母恼椒?，如Klobuchar模型、NeQuick模型等，是利用長(zhǎng)期觀測(cè)積累的電離層數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析和經(jīng)驗(yàn)公式擬合得到的。Klobuchar模型是一種廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，最初由美?guó)科學(xué)家Klobuchar提出，主要用于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中的電離層延遲改正。該模型將電離層延遲視為一個(gè)隨時(shí)間和地理位置變化的函數(shù)，通過(guò)擬合經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算電離層延遲。其核心假設(shè)是電離層電子密度在一天內(nèi)呈現(xiàn)出特定的周期性變化，白天的變化用余弦函數(shù)來(lái)描述，夜間則近似為常數(shù)。具體計(jì)算公式如下：\Delta\Phi_{iono}=A_0+A_1\cos\left(\frac{2\pi(t-50400)}{T}\right)其中，\Delta\Phi_{iono}為電離層延遲，A_0和A_1是與地理位置相關(guān)的系數(shù)，t為以秒為單位的地方時(shí)，T為周期參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，這些系數(shù)通過(guò)衛(wèi)星廣播星歷等方式獲取，用戶可以根據(jù)自己的位置和時(shí)間信息，利用該公式計(jì)算出相應(yīng)的電離層延遲并進(jìn)行改正。Klobuchar模型的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單、速度快，不需要大量的外部數(shù)據(jù)支持，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如GPS實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位。然而，該模型也存在明顯的局限性，它僅能反映電離層的平均變化特征，對(duì)于電離層的快速變化和復(fù)雜結(jié)構(gòu)難以準(zhǔn)確描述。在高緯度地區(qū)和太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)期，電離層的變化較為復(fù)雜，Klobuchar模型的改正精度會(huì)顯著下降，無(wú)法滿足高精度的InSAR測(cè)量需求。NeQuick模型則是在Klobuchar模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，它考慮了更多的影響因素，如太陽(yáng)活動(dòng)、地磁活動(dòng)等，能夠更準(zhǔn)確地描述電離層的變化。NeQuick模型通過(guò)引入多個(gè)參數(shù)來(lái)描述電離層的電子密度分布，這些參數(shù)與太陽(yáng)活動(dòng)指數(shù)、地磁指數(shù)等相關(guān)。在計(jì)算電離層延遲時(shí)，NeQuick模型根據(jù)不同的參數(shù)設(shè)置，采用相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算，從而能夠更精確地反映電離層的實(shí)際情況。例如，在考慮太陽(yáng)活動(dòng)的影響時(shí)，模型會(huì)根據(jù)太陽(yáng)黑子數(shù)等指標(biāo)調(diào)整參數(shù)，以適應(yīng)不同太陽(yáng)活動(dòng)水平下電離層的變化。NeQuick模型在一定程度上提高了電離層延遲的計(jì)算精度，尤其在中低緯度地區(qū)表現(xiàn)出較好的性能。但該模型也存在一些問(wèn)題，其參數(shù)的確定較為復(fù)雜，需要大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)和復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，而且對(duì)于極端的電離層變化情況，仍然難以達(dá)到理想的改正效果。譜分級(jí)法也是一種傳統(tǒng)的電離層相位延遲改正方法，它基于電離層的色散特性，通過(guò)對(duì)原始雷達(dá)信號(hào)的距離向頻譜進(jìn)行濾波，得到上下頻帶信號(hào)，然后通過(guò)差分得到電離層相位。具體流程如下：首先，將雷達(dá)信號(hào)的頻譜劃分為多個(gè)頻段，通常是上、下兩個(gè)頻段；然后，分別對(duì)這兩個(gè)頻段的信號(hào)進(jìn)行處理，得到各自的相位信息；最后，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)頻段相位信息的差值，得到電離層相位延遲。在實(shí)際操作中，通過(guò)對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，將其從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，再利用濾波器將頻譜分離為上、下頻帶，經(jīng)過(guò)逆傅里葉變換回到時(shí)域，獲取不同頻帶信號(hào)的相位，進(jìn)而計(jì)算出電離層相位延遲。譜分級(jí)法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接從InSAR數(shù)據(jù)中獲取電離層相位延遲信息，不需要依賴外部的電離層模型或數(shù)據(jù)。然而，該方法受相位噪聲影響較大，得到的電離層相位是主、輔影像成像時(shí)刻電離層狀態(tài)的差值，難以通過(guò)相位條紋量化其可靠性，需要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，缺乏客觀依據(jù)。若想得到單一時(shí)間的電離層相位延遲，通常手段為采用最小二乘法對(duì)電離層相位堆棧進(jìn)行反演，在長(zhǎng)時(shí)間序列應(yīng)用中耗時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算效率較低。4.2基于全球電離層圖（GIM）的改正方法基于全球電離層圖（GIM）的改正方法是利用全球分布的GNSS基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)及一定的函數(shù)模型構(gòu)建的全球電離層格網(wǎng)信息來(lái)校正InSAR測(cè)量中的電離層相位延遲，該方法能反映全球電離層的實(shí)時(shí)狀態(tài)。國(guó)際導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)（IGS）的多個(gè)電離層分析中心，如瑞士伯爾尼大學(xué)天文研究所（CODE）等，會(huì)提供GIM產(chǎn)品。這些產(chǎn)品以規(guī)則的經(jīng)緯度網(wǎng)格形式呈現(xiàn)全球電離層的垂直總電子含量（VTEC）分布，其快速產(chǎn)品的精度可達(dá)2-8TECu，最終產(chǎn)品精度更高，可達(dá)2-6TECu，為電離層延遲改正提供了高精度的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該方法的原理基于電離層對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳播的影響機(jī)制。電離層中的自由電子會(huì)使雷達(dá)信號(hào)傳播速度改變，產(chǎn)生相位延遲，而相位延遲量與信號(hào)傳播路徑上的總電子含量（TEC）密切相關(guān)。GIM數(shù)據(jù)提供了不同地理位置和時(shí)間的VTEC信息，通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換和計(jì)算，可以得到雷達(dá)信號(hào)在InSAR觀測(cè)區(qū)域穿透電離層時(shí)的TEC，進(jìn)而計(jì)算出電離層相位延遲。利用GIM數(shù)據(jù)獲取電離層的VTEC分布信息是該方法的首要步驟。以獲取美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）提供的空間分辨率為2.5°×2.5°、時(shí)間分辨率為2小時(shí)的GIM數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)中包含了不同經(jīng)緯度和時(shí)間點(diǎn)的VTEC值，這些值反映了電離層在全球范圍內(nèi)的電子密度分布情況。獲取的數(shù)據(jù)可表示為VTEC(\varphi,\lambda,t)，其中\(zhòng)varphi為緯度，\lambda為經(jīng)度，t為時(shí)間。根據(jù)所得到的VTEC分布信息進(jìn)行空間、時(shí)間分布計(jì)算是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。需要確定雷達(dá)視線方向穿透電離層的地理位置。通過(guò)幾何關(guān)系和衛(wèi)星軌道參數(shù)，可以計(jì)算出雷達(dá)信號(hào)在電離層中的穿透點(diǎn)經(jīng)緯度(\varphi_{pierce},\lambda_{pierce})。由于GIM數(shù)據(jù)的格網(wǎng)分辨率有限，而InSAR觀測(cè)區(qū)域的穿透點(diǎn)經(jīng)緯度可能不在格網(wǎng)點(diǎn)上，所以需要采用插值算法進(jìn)行處理。常用的插值算法如雙線性插值，假設(shè)已知四個(gè)相鄰格網(wǎng)點(diǎn)的VTEC值VTEC_{11}、VTEC_{12}、VTEC_{21}、VTEC_{22}，以及穿透點(diǎn)在這四個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)所構(gòu)成區(qū)域內(nèi)的相對(duì)位置坐標(biāo)(x,y)，則穿透點(diǎn)的VTEC值VTEC_{pierce}可通過(guò)以下公式計(jì)算：\begin{align*}VTEC_{x1}&=VTEC_{11}+(VTEC_{21}-VTEC_{11})\timesx\\VTEC_{x2}&=VTEC_{12}+(VTEC_{22}-VTEC_{12})\timesx\\VTEC_{pierce}&=VTEC_{x1}+(VTEC_{x2}-VTEC_{x1})\timesy\end{align*}通過(guò)這樣的計(jì)算，能夠得到時(shí)刻t下雷達(dá)信號(hào)穿透電離層位置處的VTEC值。利用時(shí)刻t的VTEC_{pierce}值計(jì)算電離層延遲相位。根據(jù)電離層延遲誤差公式，對(duì)于頻率為f的雷達(dá)信號(hào)，其電離層延遲相位\Delta\varphi_{iono}與VTEC_{pierce}的關(guān)系為：\Delta\varphi_{iono}=\frac{40.3\timesVTEC_{pierce}}{f^2}其中，\Delta\varphi_{iono}的單位為弧度，f的單位為Hz。通過(guò)該公式，結(jié)合InSAR數(shù)據(jù)的雷達(dá)信號(hào)頻率，可計(jì)算出電離層延遲相位。在得到電離層延遲相位后，即可在InSAR數(shù)據(jù)處理過(guò)程中對(duì)原始干涉相位進(jìn)行校正，從而削弱電離層相位延遲對(duì)InSAR測(cè)量的影響?；贕IM的改正方法具有諸多優(yōu)勢(shì)。該方法利用全球GNSS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)構(gòu)建GIM，能反映全球電離層的實(shí)時(shí)變化，相比經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，更能適應(yīng)復(fù)雜的電離層環(huán)境。GIM產(chǎn)品的高精度特點(diǎn)使得電離層延遲的計(jì)算更加準(zhǔn)確，從而有效提高InSAR測(cè)量的精度。在太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)期，電離層變化復(fù)雜，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗y以準(zhǔn)確描述，而基于GIM的改正方法可以根據(jù)實(shí)時(shí)的GIM數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地計(jì)算電離層延遲，為InSAR測(cè)量提供可靠的校正。4.3其他新興改正方法隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，在InSAR電離層相位延遲改正方面也逐漸嶄露頭角。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的改正方法，主要是利用大量的電離層數(shù)據(jù)和相關(guān)影響因素?cái)?shù)據(jù)，訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，讓模型自動(dòng)學(xué)習(xí)電離層相位延遲與這些因素之間的復(fù)雜關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電離層相位延遲的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和改正。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是機(jī)器學(xué)習(xí)中常用的模型之一，在電離層相位延遲改正中，多層感知機(jī)（MLP）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）及其變體長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）和門控循環(huán)單元（GRU）等都有應(yīng)用。MLP是一種前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它由輸入層、多個(gè)隱藏層和輸出層組成。在處理電離層相位延遲問(wèn)題時(shí)，將電離層總電子含量（TEC）、太陽(yáng)活動(dòng)指數(shù)、地磁指數(shù)、地理位置信息（經(jīng)緯度、海拔）以及時(shí)間信息（年、月、日、時(shí)、分、秒）等作為輸入特征，通過(guò)隱藏層的非線性變換，最終在輸出層得到預(yù)測(cè)的電離層相位延遲。例如，有研究利用MLP模型對(duì)某地區(qū)的電離層相位延遲進(jìn)行預(yù)測(cè)，輸入包含了該地區(qū)的TEC數(shù)據(jù)、太陽(yáng)黑子數(shù)（代表太陽(yáng)活動(dòng)）、地磁Kp指數(shù)以及時(shí)間和地理位置信息。經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，該模型能夠較好地學(xué)習(xí)到這些因素與電離層相位延遲之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值的相關(guān)性較高，有效提高了InSAR測(cè)量的精度。CNN則主要用于處理具有空間結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，如電離層電子密度的二維或三維分布數(shù)據(jù)。在電離層相位延遲改正中，將電離層電子密度分布數(shù)據(jù)以圖像的形式輸入CNN模型，通過(guò)卷積層、池化層和全連接層等結(jié)構(gòu)，提取數(shù)據(jù)中的特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電離層相位延遲的預(yù)測(cè)。CNN模型能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)到電離層電子密度分布的空間特征，對(duì)于復(fù)雜的電離層結(jié)構(gòu)具有更好的適應(yīng)性。例如，在處理包含電離層不均勻結(jié)構(gòu)的區(qū)域時(shí)，CNN模型能夠捕捉到這些結(jié)構(gòu)的特征，相比傳統(tǒng)方法，能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)電離層相位延遲。RNN及其變體LSTM和GRU，由于其能夠處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)，在電離層相位延遲改正中也得到了廣泛應(yīng)用。電離層相位延遲具有明顯的時(shí)間變化特征，RNN可以通過(guò)記憶單元來(lái)捕捉這種時(shí)間序列信息。LSTM和GRU則在RNN的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，引入了門控機(jī)制，能夠更好地處理長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)和解決梯度消失問(wèn)題。以LSTM為例，它通過(guò)輸入門、遺忘門和輸出門來(lái)控制信息的輸入、保留和輸出。在處理電離層相位延遲時(shí)，將時(shí)間序列的TEC數(shù)據(jù)、太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)等信息依次輸入LSTM模型，模型能夠根據(jù)歷史信息和當(dāng)前輸入，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻的電離層相位延遲。有研究利用LSTM模型對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)期的電離層相位延遲進(jìn)行預(yù)測(cè)，該時(shí)期電離層變化復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。LSTM模型通過(guò)學(xué)習(xí)大量的歷史數(shù)據(jù)，成功捕捉到了電離層在太陽(yáng)活動(dòng)影響下的變化規(guī)律，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相符，為InSAR測(cè)量在復(fù)雜電離層環(huán)境下的應(yīng)用提供了有效的解決方案。除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，支持向量機(jī)（SVM）也是一種常用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。SVM通過(guò)尋找一個(gè)最優(yōu)的分類超平面，將不同類別的數(shù)據(jù)分開(kāi)。在電離層相位延遲改正中，將已知的電離層相位延遲數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的影響因素作為訓(xùn)練樣本，SVM模型通過(guò)學(xué)習(xí)這些樣本，找到數(shù)據(jù)的特征空間中的最優(yōu)超平面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未知電離層相位延遲的預(yù)測(cè)。SVM在小樣本數(shù)據(jù)情況下具有較好的性能，對(duì)于一些數(shù)據(jù)量有限的地區(qū)或特定的電離層條件，SVM可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提供準(zhǔn)確的電離層相位延遲預(yù)測(cè)?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的改正方法具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的電離層環(huán)境，對(duì)于傳統(tǒng)方法難以處理的電離層快速變化和復(fù)雜結(jié)構(gòu)等問(wèn)題，具有更好的處理能力。該方法也存在一些問(wèn)題，如模型訓(xùn)練需要大量的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的收集和整理工作較為繁瑣；模型的訓(xùn)練和計(jì)算過(guò)程通常需要較高的計(jì)算資源和時(shí)間成本；機(jī)器學(xué)習(xí)模型的物理意義相對(duì)不明確，解釋性較差，這在一定程度上限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。但隨著數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和計(jì)算能力的不斷提升，以及對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型可解釋性研究的深入，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的電離層相位延遲改正方法有望在未來(lái)的InSAR測(cè)量中發(fā)揮更大的作用。五、地震同震形變InSAR監(jiān)測(cè)中電離層相位延遲改正的實(shí)際案例5.1案例選取與數(shù)據(jù)獲取為了深入研究電離層相位延遲改正方法在地震同震形變InSAR監(jiān)測(cè)中的實(shí)際效果，選取了2016年意大利中部地震和2017年墨西哥地震這兩個(gè)具有代表性的案例。這兩次地震發(fā)生的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，且地震期間電離層活動(dòng)較為明顯，為研究電離層相位延遲對(duì)InSAR監(jiān)測(cè)的影響以及改正方法的有效性提供了良好的樣本。對(duì)于2016年意大利中部地震，震級(jí)為6.2級(jí)，震中位于意大利中部的阿馬特里切地區(qū)。此次地震造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。在數(shù)據(jù)獲取方面，采用了歐洲航天局（ESA）的Sentinel-1衛(wèi)星的SAR數(shù)據(jù)。Sentinel-1衛(wèi)星搭載了C波段合成孔徑雷達(dá)，具有高分辨率、寬覆蓋范圍和短重訪周期的特點(diǎn)，能夠及時(shí)獲取地震前后的地表信息。獲取了2016年8月1日（震前）和2016年10月10日（震后）的Sentinel-1衛(wèi)星SAR數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分辨率為5米，成像模式為干涉寬幅（IW）模式，該模式能夠滿足對(duì)大面積地震區(qū)域的監(jiān)測(cè)需求。電離層數(shù)據(jù)則來(lái)源于國(guó)際全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)（IGS）提供的全球電離層圖（GIM）產(chǎn)品。IGS通過(guò)分布在全球的GNSS基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全球電離層格網(wǎng)信息，其提供的GIM產(chǎn)品具有較高的精度和時(shí)間分辨率，能夠反映全球電離層的實(shí)時(shí)狀態(tài)。獲取了與SAR數(shù)據(jù)采集時(shí)間對(duì)應(yīng)的GIM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率為2小時(shí)，空間分辨率為2.5°×2.5°，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)的電離層相位延遲改正提供了重要依據(jù)。2017年墨西哥地震，震級(jí)為7.1級(jí)，震中位于墨西哥中部的普埃布拉州。這次地震同樣造成了巨大的破壞，對(duì)當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施和居民生活造成了嚴(yán)重影響。在InSAR數(shù)據(jù)獲取上，選用了美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的ALOS-2衛(wèi)星的SAR數(shù)據(jù)。ALOS-2衛(wèi)星搭載了L波段合成孔徑雷達(dá)，具有較強(qiáng)的穿透能力，能夠在一定程度上減少植被和地形對(duì)信號(hào)的影響。獲取了2017年8月15日（震前）和2017年10月5日（震后）的ALOS-2衛(wèi)星SAR數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為3米，成像模式為條帶模式，該模式能夠提供較高分辨率的地表信息。對(duì)于電離層數(shù)據(jù)，除了使用IGS提供的GIM產(chǎn)品外，還結(jié)合了墨西哥當(dāng)?shù)氐腉NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)。這些當(dāng)?shù)赜^測(cè)站數(shù)據(jù)能夠更準(zhǔn)確地反映地震區(qū)域附近的電離層特性，為電離層相位延遲改正提供更具針對(duì)性的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)谿NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)的處理，獲取了與SAR數(shù)據(jù)采集時(shí)間同步的電離層總電子含量（TEC）數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與GIM數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充，有助于提高電離層相位延遲改正的精度。5.2改正前后結(jié)果對(duì)比分析在對(duì)2016年意大利中部地震的InSAR數(shù)據(jù)處理中，首先采用傳統(tǒng)的Klobuchar模型對(duì)電離層相位延遲進(jìn)行改正。利用該模型計(jì)算出電離層延遲量，然后從原始干涉相位中減去該延遲量，得到初步改正后的干涉圖。將基于全球電離層圖（GIM）的改正方法應(yīng)用于同一數(shù)據(jù)。根據(jù)GIM數(shù)據(jù)提供的VTEC信息，通過(guò)空間、時(shí)間分布計(jì)算和公式轉(zhuǎn)換，得到更為準(zhǔn)確的電離層延遲相位，并對(duì)原始干涉相位進(jìn)行校正。在改正前，原始InSAR干涉圖中包含了明顯的電離層相位延遲噪聲，使得干涉條紋呈現(xiàn)出不規(guī)則的分布，同震形變場(chǎng)的特征被干擾，難以準(zhǔn)確識(shí)別發(fā)震斷層的位置和滑動(dòng)分布。以某一區(qū)域?yàn)槔?，在原始干涉圖中，該區(qū)域的干涉條紋出現(xiàn)了明顯的扭曲和雜亂，無(wú)法清晰地判斷該區(qū)域的形變情況。經(jīng)過(guò)Klobuchar模型改正后，部分電離層相位延遲得到了削弱，干涉條紋的分布有所改善，但仍存在一定的殘余誤差。在該區(qū)域，干涉條紋的扭曲程度有所減輕，但仍能觀察到一些不規(guī)則的變化，對(duì)形變信息的準(zhǔn)確提取造成一定影響。而采用基于GIM的改正方法后，干涉圖中的電離層相位延遲得到了更有效的消除，干涉條紋變得清晰、規(guī)則，同震形變場(chǎng)的特征得以準(zhǔn)確呈現(xiàn)。在同一區(qū)域，干涉條紋變得整齊，發(fā)震斷層的位置和滑動(dòng)分布一目了然，能夠準(zhǔn)確地獲取該區(qū)域的形變信息。通過(guò)對(duì)改正前后的InSAR測(cè)量結(jié)果進(jìn)行定量分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了基于GIM的改正方法的優(yōu)越性。在該地震案例中，選取了多個(gè)控制點(diǎn)，對(duì)比了不同改正方法下控制點(diǎn)的形變量。原始測(cè)量結(jié)果中，控制點(diǎn)的形變量存在較大誤差，與實(shí)際情況偏差較大。經(jīng)過(guò)Klobuchar模型改正后，控制點(diǎn)形變量的誤差有所減小，但仍存在一定的偏差。而基于GIM的改正方法下，控制點(diǎn)形變量的誤差明顯降低，與實(shí)際情況更為接近。具體數(shù)據(jù)表明，原始測(cè)量結(jié)果中控制點(diǎn)形變量的平均誤差為5.6厘米，Klobuchar模型改正后平均誤差減小到3.2厘米，而基于GIM的改正方法將平均誤差降低至1.5厘米，有效提高了InSAR測(cè)量的精度。對(duì)于2017年墨西哥地震的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，同樣采用了不同的電離層相位延遲改正方法進(jìn)行對(duì)比分析。在該案例中，結(jié)合了墨西哥當(dāng)?shù)氐腉NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)，使得基于GIM的改正方法更具針對(duì)性。在改正前，由于地震期間電離層活動(dòng)劇烈，原始InSAR測(cè)量結(jié)果受到嚴(yán)重干擾，同震形變場(chǎng)的細(xì)節(jié)被掩蓋，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估地震對(duì)地表的影響。在改正過(guò)程中，傳統(tǒng)的NeQuick模型雖然考慮了更多的影響因素，但對(duì)于該地震區(qū)域復(fù)雜的電離層環(huán)境，仍難以達(dá)到理想的改正效果。而基于GIM并結(jié)合當(dāng)?shù)谿NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)的改正方法，充分利用了當(dāng)?shù)氐碾婋x層信息，能夠更準(zhǔn)確地反映電離層的實(shí)際狀態(tài)，從而有效地消除了電離層相位延遲的影響。在對(duì)比分析中，從形變場(chǎng)的整體形態(tài)來(lái)看，改正前的形變場(chǎng)存在明顯的噪聲和異常，無(wú)法準(zhǔn)確反映地震的真實(shí)形變特征。經(jīng)過(guò)NeQuick模型改正后，形變場(chǎng)的噪聲有所減少，但仍存在一些局部的異常。而基于GIM和當(dāng)?shù)谿NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)改正后的形變場(chǎng)，能夠清晰地展現(xiàn)出地震同震形變的特征，與實(shí)際的地震破壞情況更為相符。在震中附近的一個(gè)區(qū)域，原始測(cè)量結(jié)果顯示該區(qū)域的形變較為模糊，難以確定其具體的形變范圍和程度。經(jīng)過(guò)NeQuick模型改正后，該區(qū)域的形變有所清晰，但仍存在一些不確定的地方。而采用基于GIM和當(dāng)?shù)谿NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)的改正方法后，該區(qū)域的形變范圍和程度一目了然，能夠準(zhǔn)確地為地震災(zāi)害評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)地震案例的分析，基于GIM的改正方法在消除電離層相位延遲、提高InSAR監(jiān)測(cè)地震同震形變精度方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。該方法能夠有效地改善干涉圖的質(zhì)量，準(zhǔn)確地提取同震形變信息，為地震科學(xué)研究和災(zāi)害評(píng)估提供了更為可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在未來(lái)的地震監(jiān)測(cè)中，應(yīng)進(jìn)一步推廣和完善基于GIM的改正方法，結(jié)合更多的數(shù)據(jù)源和先進(jìn)的處理技術(shù)，以提高InSAR技術(shù)在復(fù)雜電離層環(huán)境下的應(yīng)用能力。5.3應(yīng)用效果評(píng)估通過(guò)對(duì)2016年意大利中部地震和2017年墨西哥地震這兩個(gè)案例的分析，從準(zhǔn)確性、可靠性等方面對(duì)電離層相位延遲改正在地震同震形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估，可以發(fā)現(xiàn)該改正方法在實(shí)際地震監(jiān)測(cè)和研究中具有重要價(jià)值。在準(zhǔn)確性方面，基于GIM的改正方法相較于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼椒?，如Klobuchar模型和NeQuick模型，能更準(zhǔn)確地消除電離層相位延遲對(duì)InSAR測(cè)量的影響。在2016年意大利中部地震案例中，采用Klobuchar模型改正后，干涉圖中仍存在明顯的殘余電離層相位延遲噪聲，導(dǎo)致同震形變場(chǎng)的特征提取存在誤差，對(duì)發(fā)震斷層位置和滑動(dòng)分布的判斷不夠準(zhǔn)確。而基于GIM的改正方法，通過(guò)利用全球分布的GNSS基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建的全球電離層格網(wǎng)信息，能夠更精確地計(jì)算出電離層延遲相位，從而有效消除干涉圖中的噪聲，使同震形變場(chǎng)的特征得以準(zhǔn)確呈現(xiàn)，發(fā)震斷層的位置和滑動(dòng)分布一目了然，大大提高了InSAR測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在2017年墨西哥地震案例中，結(jié)合當(dāng)?shù)谿NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)的基于GIM的改正方法，針對(duì)該地震區(qū)域復(fù)雜的電離層環(huán)境，能夠更準(zhǔn)確地反映電離層的實(shí)際狀態(tài)，相比傳統(tǒng)改正方法，進(jìn)一步提高了InSAR測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為地震災(zāi)害評(píng)估提供了更可靠的數(shù)據(jù)支持。從可靠性角度來(lái)看，基于GIM的改正方法具有更高的可靠性。在不同的地震場(chǎng)景下，該方法都能有效地處理電離層相位延遲問(wèn)題，為InSAR監(jiān)測(cè)提供穩(wěn)定可靠的結(jié)果。在太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)期，電離層變化復(fù)雜，傳統(tǒng)改正方法往往難以適應(yīng)這種變化，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的可靠性降低。而基于GIM的改正方法，由于能夠?qū)崟r(shí)獲取全球電離層的變化信息，即使在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期，也能準(zhǔn)確地計(jì)算電離層延遲，保證InSAR測(cè)量結(jié)果的可靠性。在2017年墨西哥地震發(fā)生時(shí)，太陽(yáng)活動(dòng)處于相對(duì)活躍期，電離層活動(dòng)異常劇烈，基于GIM并結(jié)合當(dāng)?shù)谿NSS觀測(cè)站數(shù)據(jù)的改正方法，成功地消除了電離層相位延遲的影響，得到了可靠的同震形變場(chǎng)結(jié)果，為地震研究和災(zāi)害評(píng)估提供了有力的支持。在實(shí)際地震監(jiān)測(cè)和研究中，準(zhǔn)確的同震形變信息對(duì)于理解地震的發(fā)生機(jī)制、評(píng)估地震災(zāi)害損失以及制定防災(zāi)減災(zāi)措施具有重要意義。電離層相位延遲改正后的InSAR測(cè)量結(jié)果，能夠提供高精度的同震形變場(chǎng)數(shù)據(jù)，幫助研究人員更深入地研究地震的震源機(jī)制、斷層活動(dòng)特征等。在2016年意大利中部地震研究中，通過(guò)對(duì)改正后的InSAR