一种基于多源遥感数据的高时间分辨率冰川厚度反演方法

本发明涉及sar数据处理，更具体的，涉及一种基于多源遥感数据的高时间分辨率冰川厚度反演方法。

背景技术：

1、随着当代卫星重返频率和空间分辨率的逐步提高，为冰川物质平衡研究提供了海量的观测数据，可以实现大范围、高空间分辨率、连续动态观测，同时也给高精度的冰川厚度反演带来了新的挑战。对于冰川厚度监测主要采用dem差分的方法，时间分辨率低，滞后性严重。这使得在实现近实时冰厚监测要求和时间效率上难以兼顾。目前，时序冰川厚度已进入基于多源平台的高时频监测阶段，其核心思想是对各个不同平台的数据进行偏移量估计，构建设计矩阵后先利用一范数最小法再通过最小二乘求解冰川的三维流速，最后将垂直流速进一步分解得到冰川厚度变化。

2、基于多源平台数据求解冰川三维流速以此探究冰川厚度变化仍是待攻克的难题，传统的基于小基线集技术求解方程组存在秩亏的问题。同时，不同观测几何或不同卫星传感器的观测结果精度不尽相同，不可避免有粗差存在于观测值中。而现有的三维流速求解中没有考虑到粗差对解算的影响，不具备抵抗粗差干扰的能力。当观测中存在粗差时，会将其无差别等概率分配到其他观测值中，导致无法从残差结果进行粗差观测值的定位，进一步损害三维流速的平差结果。因此，在进行三维流速反演中，必须同时考虑方程的设计和观测数据中存在异常值干扰的问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决针对sar时序解算方程组秩亏和粗差对三维流速估计造成不良影响的问题，提供了一种基于多源遥感数据的高时间分辨率冰川厚度反演方法，其采用l1范数最小法对含有异常误差的观测值进行探测，再利用最小二乘法适当降低在平差中的权重，使权重与其实际精度相适应，降低了三维求解结果受粗差干扰的影响，极大程度的保证了三维估计结果的可靠性。

2、为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：

3、一种基于多源遥感数据的高时间分辨率冰川厚度反演方法，所述的方法包括步骤如下：

4、融合第三sar影像对、光学影像对的各方向偏移量、与冰川三维流速矢量建立冰川表面三维流速方程；所述的第三sar影像与光学影像对的偏移量结果分辨率一致；

5、求解冰川表面三维流速方程，具体通过引入l1范数最小法来探测粗差并确定第一次平差的残差值v；对得到的残差值v进行赋权得到权值p；结合权值p并利用最小二乘准则得到三维地表形变的最佳估计值；

6、所述的三维地表形变的最佳估计值包括东西向位移量、南北向位移量、垂直向位移量；

7、将由垂直向位移量求取的垂直速率分解为由沿着冰川表面斜坡运动引起的表面平行流和由于冰川表面高程变化引起的非表面平行流分量；

8、结合东西向位移量、南北向位移量计算得到的水平速度矢量，与某一高度空间分辨率dem数据进行高斯平滑滤波得到的表面坡度，计算表面平行流和非表面平行流分量。

9、优选地，所述的第三sar影像对通过以下处理得到：

10、获取第一平台遥感数据和第二平台遥感数据组成第一sar影像对，通过设置时间基线阈值、空间基线阈值选择得到最优的第一sar影像对；

11、根据某一高度空间分辨率dem数据对最优的第一sar影像对进行精确配准，得到第二sar影像对；

12、采用强度跟踪算法对第二sar影像对进行偏移量的估算，每对sar影像得到视线向、方位向的第一偏移量；对第一偏移量进行地理编码并依据最邻近法重采样至网格单元中，得到与光学影像对的偏移量结果分辨率一致的第三sar影像对。

13、优选地，在将光学影像对与第三sar影像对融合之前，先采用强度跟踪算法对光学影像对进行偏移量的估算，剔除误差，得到光学影像对的东西向、南北向的第二偏移量。

14、融合第三sar影像对与光学影像对的各方向偏移量，与冰川三维流速矢量的东西方向、北南方向和垂直方向建立冰川表面三维流速方程如下：

15、

16、其中：

17、

18、式中， a和 d分别代表第一平台遥感数据的升轨数据和降轨数据，代表第二平台遥感数据的升轨数据；代表光学影像；是sar卫星的方位角，即卫星飞行方向与正北方向沿顺时针的夹角；是卫星的入射角；和分别表示由sar影像对得到的地面点的视线向位移量和方位向的第一偏移量；和分别表示由光学影像对得到的地面点的东西向位移量和南北向的第二偏移量；是在时间间隔内计算的偏移量； b为系数矩阵， x为观测点三维流速， l为观测量；表示冰川三维流速矢量的东西方向，表示冰川三维流速矢量的北南方向，表示冰川三维流速矢量的垂直方向。

19、进一步地，通过引入l1范数最小法来探测粗差并确定第一次平差的残差值v，公式如下：

20、

21、其中， v为8x1残差矩阵； b为已知的8x3系数矩阵； x为3x1未知参数向量； l为8x1已知观测矩阵，观测量的数量。

22、再进一步地，所述的权值p为权矩阵，采用表示权矩阵中的某个元素，为权因子，表示对角矩阵；

23、其中，通过bisquare权函数构造得到：

24、。

25、再进一步地，结合权值p并利用最小二乘准则得到冰川三维流速矢量的最佳估计值，法方程公式如下：

26、

27、其中：

28、

29、冰川三维流速矢量的最佳估计值可由以下公式计算得到：

30、

31、其中，、和分别代表东西方向、北南方向和垂直方向的流速最佳估计值。

32、再进一步地，计算表面平行流和非表面平行流分量，具体如下：

33、引入冰川运动学边界条件与冰川表面高程变化率，将计算公式如下：

34、

35、等价于：

36、

37、其中，为垂直冰粒速度；为水平速度矢量；表示某一高度空间分辨率dem数据进行高斯平滑滤波得到的表面坡度，，表示高程，表示沿东西方向，表示沿北南方向；表示质量平衡率；

38、根据sorge恒定密度定律，忽略速度的垂直剖面，将冰川厚度变化转换为等效质量，将由垂直向位移量求取的垂直速率分解为表面平行流和非表面平行流分量；

39、其中，表面平行流的计算公式为，非表面平行流分量的计算公式为。

40、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

41、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

42、本发明的有益效果如下：

43、本发明通过引入多源遥感数据的不同方向上偏移量，与冰川三维流速矢量建立冰川表面三维流速方程进行三维流速反演，使得冰川表面三维流速方程的自由度提高的同时，在冰川表面三维流速方程求解中，引入l1范数最小法探测粗差；首先采用l1范数最小法对含有异常误差的观测值进行探测，再利用最小二乘法适当降低在平差中的权重，使权重与其实际精度相适应，降低了三维求解结果受粗差干扰的影响，极大程度的保证了三维估计结果的可靠性，从而提高求解参数的精度，再以此将由垂直向位移量求取的垂直速率分解为表面平行流和非表面平行流分量，得到可靠的冰川厚度变化。