賀黎明

東北大學測繪遙感與數字礦山研究所，遼寧 沈陽110819

大型露天礦滑坡和地震是我國所面臨的兩種典型固體地球災害?，F有研究表明，電離層作為日地系統的重要組成部分，對日地空間環(huán)境的變化非常敏感，對穿過其中的電磁波信號產生極大影響，對身處其中的各種衛(wèi)星系統產生嚴重干擾。因此，不管是保證星載合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）的可靠性以實現高精度的礦區(qū)滑坡監(jiān)測，還是基于電離層對地震等大型事件進行監(jiān)測預警，固體地球災害空間監(jiān)測中電離層研究均具有重要的理論意義和應用價值。隨著全球導航衛(wèi)星系統（GNSS）的快速發(fā)展，以及GNSS連續(xù)運行跟蹤站的持續(xù)增加，GNSS已成為電離層探測的最有效手段之一。針對上述兩種典型固體地球災害空間監(jiān)測中電離層研究的需求，論文以GNSS為觀測手段，圍繞改正電離層影響的礦區(qū)滑坡In－SAR監(jiān)測、地震電離層異常探測與分析中的若干關鍵問題開展研究，主要內容如下：

（1）針對固體地球災害空間監(jiān)測中GNSS站點稀疏區(qū)域電離層參量反演的實際需求，發(fā)展了一種基于單站GNSS數據的高精度電離層垂直TEC（VTEC）反演算法。在詳細分析單站GNSS數據反演電離層VTEC的影響因素基礎上，分別對整周模糊度、偽距噪聲、衛(wèi)星和接收機的硬件延遲偏差以及多路徑效應的影響進行了消除或減弱，進而建立了高精度單站VTEC反演方程，并用最小二乘法進行解算。

（2）非線性的太陽活動性變化的存在使得電離層異常變化分析非常困難，在高太陽活動期，甚至無法獲得有效的電離層異常變化信息。為克服太陽活動性對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活動性背景去除方法。試驗結果表明利用本文提出的算法提取的電離層太陽活動性背景與實測的太陽活動性指數相關性高達0.9以上。

（3）電離層變化除受太陽活動性控制外，還受地磁活動的顯著影響。地磁活動不僅可以引起全球電離層變化，而且同樣可以產生局部電離層異常。因此，在電離層異常分析中需要對是否為地磁活動所驅動的電離層擾動進行診斷分析。鑒于此，本文提出了一種基于交叉小波變換的電離層異常－地磁活動診斷算法。試驗結果表明，所提出的算法可實現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不同波段SAR、合成孔徑雷達差分干涉測量（D－InSAR）以及多孔徑InSAR（MAI）的影響原理，結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。在此基礎上，引入小基線集（SBAS）思想，將傳統的單一視線向時序監(jiān)測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）聯合形變場時序監(jiān)測方法。以典型的南北向大型滑坡——撫順西露天礦滑坡為例，開展了滑坡監(jiān)測試驗。結果表明，本文所提出的方法對于大型滑坡體監(jiān)測，尤其是南北向滑坡體的形變場監(jiān)測具有良好的效果。

（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明顯電離層異常變化。在對比分析三次地震電離層異常特征基礎上，結合巖石圈－蓋層－大氣層－電離層（LCAI）耦合理論，探討了地震電離層異常可能的機制。