GPS、InSAR数据联合解算地表三维形变场

发布时间：2018-04-11 04:04

本文选题：GPS + InSAR　；参考：《长安大学》2017年硕士论文

【摘要】：GPS、InSAR作为两种具有代表性的现代空间大地测量技术在探索地壳运动、解释地球物理现象等方面发挥着日益重要的作用。但是在空间分辨率方面,GPS受限于地面接收机的数量,空间域的分辨率比较低,InSAR则可以实现大区域的面状观测;时间分辨率方面,GPS可以根据需要设置测量频率,InSAR则受限于卫星的往返周期,时间域分辨率较低;观测精度方面,连续观测GPS可以获取高精度的水平形变,InSAR则由于入射角的关系,对垂直向形变比较敏感。因此两者具有很好的互补性,如何有效融合两类数据获取研究区域高时空分辨率、高精度的三维形变场具有很强的现实意义和研究价值。现代测量平差是一种以误差理论和经典测量平差为基础的数据处理技术,并引入数理统计、线性代数、矩阵论等一系列现代数学理论发展形成的新理论和新方法,目前已被广泛应用于多手段、多分辨率和多时态的测量数据集成研究中。本文借鉴平差理论与方法在“3S”集成数据处理中的应用,以GPS-InSAR数据融合三维形变监测研究中存在的问题为研究导向,以GPS-InSAR观测数据融合的函数模型、随机模型为核心研究内容,以近代测量平差中附加系统参数平差、方差分量估计等思想为研究突破口,实现GPS与InSAR观测数据的最优融合。主要研究创新内容如下:1.解析优化法与最小二乘法的等价关系研究基于Gibbs能量方程的解析优化法和基于数据特点及成像几何关系的最小二乘法两者之间的关系。假设两种方法的定权方式一致,最小二乘法得到的法方程即为解析优化法的求解线性方程组,两种方法具有等价关系。因此不需要设计复杂的数值迭代模型,考虑在GPS-InSAR数据融合的基本最小二乘模型基础上,引入近代测量平差的误差理论与数据处理方法,以实现两类数据的最优融合。2.附加系统参数的升降轨InSAR-GPS数据融合模型(函数模型)升降轨InSAR的数据配置情况下,成像几何的差异有助于提高三维形变解算的精度。但是基于DEM误差、相位解缠参考点的选取、大气误差及起算基准的不同等因素的分析,InSAR升降轨数据之间以及InSAR数据与GPS数据之间会存在系统性的差异。由此提出采用附加系统参数平差的方法来处理系统误差的影响。由于不同误差源的系统误差相互交织在一起,难以采用顾及系统误差特点的附加参数模型,同时考虑到InSAR形变监测误差源中,大气噪声、DEM误差等与地形相关性比较大,于是将系统误差的综合影响视为一个整体,以高精度的GPS观测值为约束,在升降轨InSAR观测方程中分别加入一个跟点的位置有关的系统误差函数作为系统误差整体改正项来进行补偿,建立附加系统参数的升降轨InSAR-GPS数据融合模型。最后分别通过模拟数据与西安地区的实测数据验证了该方法获取高精度三维地表形变的有效性和可行性,形变量解算精度在ENU方向都有提高,其中在U方向提高显著。3.基于垂直方向方差分量估计的GPS-InSAR数据联合解算方法(随机模型)针对GPS-InSAR数据联合解算三维形变场研究中函数模型已知,但随机模型难以确定的问题,考虑到InSAR观测值对水平形变不敏感,水平方向形变场主要取决于GPS-Kriging插值的结果,在分析基于方差分量估计的InSAR/GPS观测值的随机模型验后估计方法的基础上,提出了基于垂直方向方差分量估计的GPS-InSAR数据联合解算三维形变场的方法。该方法通过对GPS垂直向观测量和InSAR-LOS向观测量在垂直方向的投影作方差分量估计,根据求得的单位权方差因子结合水平方向Kriging插值的方差确定水平方向的权阵,由此得到各类观测量较为合理的先验方差,提高模型解算精度。实验证明,该方法能够在GPS点密度较小时,提高解算效率,取得更高的精度。4.断层自动剖分技术反演汶川Mw7.9同震滑动分布(实际应用)将上述模型算法应用于实际地学问题研究中,以汶川Mw7.9地震GPS、InSAR同震观测数据为基础,采用附加系统参数的GPS-InSAR综合形变模型解算汶川地区高精度三维形变场,并以此作为地表形变约束,结合断层几何参数反演结果,利用三角位错元断层自动剖分技术反演其同震滑动分布。位错元之间的平滑过渡以及滑动量、滑动形式、矩震级都表明:相比于GPS三维形变场,附加系统参数的GPS-InSAR综合形变模型所得三维形变场能够反演得到更为精细可靠的滑动分布结果。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P315.7;P22

【相似文献】