高速铁路由于具有运行速度极快的特点，对沿线地理环境和地质条件提出了很高的要求，特别是路基和桥梁的稳定性尤为重要。然而，受自然或人为因素(如地下水过量开采)的影响，铁路沿线和周边会产生地表沉降；列车的高速运行及其震动会对路基和桥梁产生压力，这样会引起路基、桥梁等构筑物的变形(尤其是沉降)。这些内外因素导致的沉降将直接影响高速列车的安全运行，因此对高铁沿线及周边沉降进行有效监测成为高铁运营维护的重要工作内容之一。但是，由于我国高速铁路跨度大，往往穿越不同的地质环境，其沿线的沉降十分复杂，急需一种监测范围广、分辨率高、效率高且成本低的沉降监测新思路。　　 差分雷达干涉测量(InSAR)技术以其测量范围广、空间分辨率高、可持续监测且监测效率高等优点已成为近年来广为使用的沉降测量手段，能为沉降现象的评估及相关控制措施的制定提供比传统土工测量及惯用大地测量(如水准和GPS)等沉降监测方法更为有效的参考数据。然而，该技术在实际应用过程中常常受到两个因素的制约，即相位失相关和大气延迟的负面影响，这使得InSAR的推广应用面临极大的挑战。为克服InSAR技术在地表形变监测应用中的局限性，近几年发展起来的基于永久散射体(persistent scatterer，PS)的时序差分雷达干涉(PSI)技术为间接克服相位失相关和大气延迟的负面影响提供了可能，可达到提高区域地表形变监测精度与可靠性的目的。　　 然而，在常规PSI技术中，PS探测需要大量雷达影像资源，导致应用成本较高，从而限制了其在工程方面的应用，尤其对于SAR影像资源较少的研究区域，该技术的推广和应用收到了很大的制约。同时，常规PSI中长基线干涉对的存在会在后续的干涉相位分析中引入影像畸变误差，且会导致很多PS目标不能被识别。再者，在进行两轨差分干涉处理时，目前很难获取和SAR影像(尤其是高分辨率SAR影像，如TerraSAR-X)分辨率相当的外部数字高程模型(DEM)，可能导致处理过程中较大地形误差的引入，从而降低最终形变结果的精度。此外，高速铁路往往经过植被覆盖区域或农田区域等在干涉雷达中表现为失相干的区域，常规的PS探测方法在这些区域很难获得有效的且数量足够的天然PS，致使这些区域的沉降监测无法执行。　　 为解决上述问题，本论文在深入分析InSAR形变监测理论与方法的基础上，提出了超短基线PSI的概念、原理及数据处理策略，主要包括基于干涉几何与地形关系的超短基线干涉对选择、使用相干点识别法进行PS探测、PS时序网络建模及形变解算、基于方差分量估计的形变结果精度评定等步骤；并使用该技术对高速铁路本身及其周边的地表沉降进行监测和分析。　　 通过在PSI方法中引入超短基线干涉的概念及思路，一方面可降低长基线干涉对由于侧视角差异所导致的干涉像对几何畸变，从而减轻这种畸变所导致的干涉相位误差对后续相位建模和参数估计的影响，并且可有效提高可探测PS目标的数量。应用相干点识别法进行PS探测，是为了降低PS探测所需的SAR影像数量，从而使PSI形变监测的成本大大降低。值得指出的是，超短基线PSI算法仅对空间(垂直)基线小于设定阈值的有效干涉对进行PS探测、构网、建模与形变解算，由于超短基线干涉图对地形影响不敏感，因此差分干涉相位计算中无需引入外部DEM，简化了PS建模方法，减少了参数解算的个数，并避免了低分辨率DEM在高分辨PSI中可能引入较大误差的可能。为验证本文方法的有效性与可靠性，以及能否达到上述预期效果，我们分别选取天津市及上海市作为测试区进行干涉对选取、PS探测、形变解算及精度评定实验。　　 对天津市使用2009年4月29日至2010年11月11日由德国卫星TerraSAR-X所获取23幅X波段高时空分辨率SAR影像进行地表形变分析(覆盖京沪高铁局部路段)，并将超短基线PSI结果同基于长基线干涉图求解的结果和地面水准数据(7个水准点及5个人工角反射器点)进行对比验证。与水准数据对比分析表明，使用超短基线组合方法获得的12个水准点的沉降速率和沉降量的精度分别为2.0 mm/yr和2.6 mm。另外，使用该方法对上海市虹桥开发区进行地表形变分析(使用2008年8月20日至2010年1月30日由德国卫星TerraSAR-X沿降轨获取的10幅X波段高时空分辨率SAR影像)，并采用方差分量估计的方法进行精度评定与改善。结果表明，使用验前方差及估计方差两种方法计算得到的PS沉降速率中，最小值相差-8.88 mm/yr，最大值相差0.79mm/yr。其中，使用方差分量估计方法在形变速率结果的精度上提高了2.45 mm。这表明相较于单纯的二次范数参数估计方法来说，该方法的可靠性和精度更高。　　 以上实验分析表明，本文提出的方法可以达到前述的预期效果，特别是相较于常规PSI技术进一步提高了形变监测的精度、可靠性及效率。应用超短基线PSI对高铁沿线及周边地表沉降进行监测及分析，可为控制地面沉降及确保高速铁路正常运行等相关措施的制定提供宝贵的参考信息，具有重要的现实意义。