賀黎明

東北大學(xué)測(cè)繪遙感與數(shù)字礦山研究所，遼寧 沈陽(yáng)110819

大型露天礦滑坡和地震是我國(guó)所面臨的兩種典型固體地球?yàn)?zāi)害。現(xiàn)有研究表明，電離層作為日地系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)日地空間環(huán)境的變化非常敏感，對(duì)穿過(guò)其中的電磁波信號(hào)產(chǎn)生極大影響，對(duì)身處其中的各種衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。因此，不管是保證星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）的可靠性以實(shí)現(xiàn)高精度的礦區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)，還是基于電離層對(duì)地震等大型事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，固體地球?yàn)?zāi)害空間監(jiān)測(cè)中電離層研究均具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的快速發(fā)展，以及GNSS連續(xù)運(yùn)行跟蹤站的持續(xù)增加，GNSS已成為電離層探測(cè)的最有效手段之一。針對(duì)上述兩種典型固體地球?yàn)?zāi)害空間監(jiān)測(cè)中電離層研究的需求，論文以GNSS為觀測(cè)手段，圍繞改正電離層影響的礦區(qū)滑坡In－SAR監(jiān)測(cè)、地震電離層異常探測(cè)與分析中的若干關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展研究，主要內(nèi)容如下：

（1）針對(duì)固體地球?yàn)?zāi)害空間監(jiān)測(cè)中GNSS站點(diǎn)稀疏區(qū)域電離層參量反演的實(shí)際需求，發(fā)展了一種基于單站GNSS數(shù)據(jù)的高精度電離層垂直TEC（VTEC）反演算法。在詳細(xì)分析單站GNSS數(shù)據(jù)反演電離層VTEC的影響因素基礎(chǔ)上，分別對(duì)整周模糊度、偽距噪聲、衛(wèi)星和接收機(jī)的硬件延遲偏差以及多路徑效應(yīng)的影響進(jìn)行了消除或減弱，進(jìn)而建立了高精度單站VTEC反演方程，并用最小二乘法進(jìn)行解算。

（2）非線性的太陽(yáng)活動(dòng)性變化的存在使得電離層異常變化分析非常困難，在高太陽(yáng)活動(dòng)期，甚至無(wú)法獲得有效的電離層異常變化信息。為克服太陽(yáng)活動(dòng)性對(duì)電離層參量變化分析的不利影響，提出了一種基于多分辨率小波變換的電離層參量非線性太陽(yáng)活動(dòng)性背景去除方法。試驗(yàn)結(jié)果表明利用本文提出的算法提取的電離層太陽(yáng)活動(dòng)性背景與實(shí)測(cè)的太陽(yáng)活動(dòng)性指數(shù)相關(guān)性高達(dá)0.9以上。

（3）電離層變化除受太陽(yáng)活動(dòng)性控制外，還受地磁活動(dòng)的顯著影響。地磁活動(dòng)不僅可以引起全球電離層變化，而且同樣可以產(chǎn)生局部電離層異常。因此，在電離層異常分析中需要對(duì)是否為地磁活動(dòng)所驅(qū)動(dòng)的電離層擾動(dòng)進(jìn)行診斷分析。鑒于此，本文提出了一種基于交叉小波變換的電離層異常－地磁活動(dòng)診斷算法。試驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的算法可實(shí)現(xiàn)較好的診斷分析效果，尤其是在比較困難的中小磁暴診斷分析中亦能發(fā)揮作用。

（4）深入分析了電離層對(duì)不同波段SAR、合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量（D－InSAR）以及多孔徑InSAR（MAI）的影響原理，結(jié)合前述電離層反演與分析算法，發(fā)展了一種融合GNSS－TEC和NeQuick－2電離層模型的D－InSAR和MAI電離層影響修正方法。在此基礎(chǔ)上，引入小基線集（SBAS）思想，將傳統(tǒng)的單一視線向時(shí)序監(jiān)測(cè)拓展為一種顧及電離層影響的視線向SBAS（LOS－SBAS）和方位向SBAS（AZI－SBAS）聯(lián)合形變場(chǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè)方法。以典型的南北向大型滑坡——撫順西露天礦滑坡為例，開(kāi)展了滑坡監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。結(jié)果表明，本文所提出的方法對(duì)于大型滑坡體監(jiān)測(cè)，尤其是南北向滑坡體的形變場(chǎng)監(jiān)測(cè)具有良好的效果。

（5）基于上述電離層反演與診斷分析算法，詳細(xì)分析了日本“3·11”地震、汶川地震和蘆山地震前電離層異常變化特征。發(fā)現(xiàn)日本地震前3天（2011年3月8日）和汶川地震前3天（2008年5月9日）震中上空出現(xiàn)顯著電離層異常，然而，汶川地震5年后發(fā)生的蘆山地震，震前30天震中上空電離層并未出現(xiàn)明顯電離層異常變化。在對(duì)比分析三次地震電離層異常特征基礎(chǔ)上，結(jié)合巖石圈－蓋層－大氣層－電離層（LCAI）耦合理論，探討了地震電離層異?？赡艿臋C(jī)制。