时序InSAR的误差分析及应用研究

发布时间：2018-10-13 11:54

【摘要】：合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)作为一种新兴的空间大地测量技术,能同时对大面积区域的形变进行高精度的监测且费用较低,弥补了传统大地测量手段在空间分辨上不足以及费用昂贵的缺点,但其本身也存在着许多局限性,例如对干涉条件有着一定的要求,同时存在大量的误差源(如仪器噪声、卫星轨道误差、大气延迟、时间空间去相干、外部DEM误差等因素)的影响,这些因素大大限制了该技术的应用。自20世纪90年代中后期起,一些研究学者开始尝试利用新的模型及方法来克服传统InSAR技术应用中的不足,主要通过长时间序列的SAR数据进行分析,以去除干涉相位中的轨道、大气、DEM误差以及低相干性等因素的影响—即时序InSAR技术。经过近十余年的发展,时序InSAR技术获得巨大的发展,并产生了众多分支：相位叠加(Stacking)技术、永久散射点(Persistent Scatterers or Permanent Scatterers, PS) InSAR (PSInSAR)、最小二乘方法(Least square, LS)小基线集方法(Small BAseline Subset algorithm, SBAS)、相干目标方法(Coherence Target/Coherence Point Target, CT)和临时性相干点(Temporal Coherence Point, TCP) InSAR。虽然时序InSAR技术根据不同分支建立了相应的函数模型进行参数的估计,降低了各类误差对观测结果的影响,但是由于误差影响因素的复杂性和不确定性,对于时序InSAR技术的随机模型发展一直较为缓慢,另外由于时序InSAR技术的应用研究起步晚,在许多研究中仅利用时序InSAR技术进行形变量提取,未结合地球物理模型反演和动力学机制解释,应用研究深度方面仍显不足,有待大力发展。基于以上问题,本文分别对时序InSAR技术的误差模型构建及精度评定和利用时序InSAR监测结果与动力学模型结合进行反演及解释两个主要问题进行了探索。本文对近10多年时序InSAR的发展进行了系统性的论述,并对时序InSAR的各个分支进行了比较分析,总结各时序InSAR分支的应用特点,给出在时序InSAR应用时应该根据研究的目的、数据数量、研究区的地质地貌情况等选取合理的方法,为学者进行相关研究时的方法选择提供参考。本文在对传统InSAR的误差因素分析的基础上,结合已有研究资料中的时序InSAR函数模型,分析时序InSAR的误差源,建立时序InSAR的一般数学模型,完善时序InSAR的数学理论体系。最后利用模拟数据,分别对单主影像和多主影像时序InSAR的定权和等权参数解算精度进行了试验,结果表明利用随机模型进行参数估计,其精度较等权条件下的参数估计无明显改善,当前利用等权方法进行参数估计相比较而言操作更为简单,能够提高计算效率,因此现今在时序InSAR处理过程中利用等权进行参数估计是合理的。本文利用欧空局Envisat卫星2007.4～2010.9两个Track的ASAR数据,基于多时相InSAR技术研究了现今河北廊坊市城区的地表沉降和地下水抽取体积估计。廊坊市的地表沉降自60年代以来,沉降速率逐渐增大,虽然近年来政府对这些沉降在控制,但是城市化的加快不可避免要进行大规模的地下水抽取。本文利用多时相InSAR技术,获取研究区2007～2010年间的高精度沉降速率场,其最大地面沉降速率为76.0mm/yr,同时分别利用两个Track的公共覆盖区的形变结果进行内符合精度评价和利用部分外部水准点数据进行结果的外符合精度评价,获取的沉降速率场的内符合精度中误差为2mm/yr,外符合精度为3mm/yr。在此基础上,利用自由应力下的体积应变模型进行地下水体积变化反演,显示该地区的体积变化最大达到-1.15×104/yr,整个研究区的地下水年抽取体积达554万立方米。本文利用日本宇航局ALOS卫星2006.10～2011.03期间共24景的PALSAR数据,对长白山天池火山区的近年形变进行了研究,基于PSInSAR方法进行了数据处理,获取了长白山近年火山的时序形变场和形变速率结果。结果表明长白山火山近年火山活动较弱,仅在火山口附近存在10mm/yr的形变速率。同时利用Mogi模型,对火山区的岩浆变化体积速率进行了反演,显示该区域的岩浆以～1×106m3/yr的速率补充。本文研究结果表明长白山天池火山近年隆升活动逐渐减弱,预示着下一活跃期的到来。本文利用欧空局Envisat卫星2004～2010年共40景的ASAR数据,对喀什坳陷区的构造活动进行了研究。基于InSAR TS+AEM时序分析模型,获取该研究区2004～2010年间的形变速率为-2mm/yr～2mm/yr,其中研究区内以阿图什南翼为分界线分为天山造山带lmm/yr的隆升活动和喀什坳陷1.5mm/yr的沉降活动,研究区内的汇聚变形具有非线性特征,其中天山与塔里木盆地结合带的变形明显大于天山山体内部。利用倾滑断层模型,对研究区的观测结果进行了模型反演,获得阿图什南翼断层的平均倾角为35°,断层滑动速率为2.3～2.5mm/yr,闭锁平均深度10.5km,研究结果支持了阿图什南翼断层为浅源倾滑断层的地质考察结果。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P225.1

【参考文献】