基于多源SAR数据的时间序列InSAR地表形变监测研究

发布时间：2020-07-29 16:24

【摘要】：合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）利用SAR影像所携带的相位信息来获取高精度的地表形变信息，该技术作为一种新兴的空间对地观测技术，具有高分辨率高精度等特点，该技术已经被广泛地应用于地面沉降等地表形变的监测中随着ENVISATASAR ALOS PALSAR TERRASAR-X RADARSAT-2COSMO-SkyMed等SAR卫星相继发射，使得同一区域被具有不同波段不同轨道的SAR数据覆盖，而且在时间上会有一定的重叠度，因此多源SAR卫星数据的融合处理研究不但成为可能，也成为必须的科学研究课题基于此，利用不同传感器不同轨道的SAR数据获取更短周期时间序列更密集的监测结果将为地面沉降等地质灾害的治理与防治提供结果更为合理的科学依据 然而，常规D-InSAR技术容易受时间空间基线失相干，DEM误差和大气效应等限制，其在地表形变监测中难以获得可靠的监测结果另一方面，对于同一研究区域，不同SAR传感器所反映出的形变信息往往存在一定的偏差，而且单一类型的SAR传感器都有特定的重访周期，只依靠单一轨道的SAR数据只能获得监测时间比较稀疏的时间序列结果，不能完全准确地反映出研究区域的地表形变特征，而多源SAR数据的融合处理能够实现多类数据的统一，并且能够获取监测时间更加密集的时间序列 针对以上两方面的问题，本文以太原地区作为实验研究区域，开展了在影像上具有稳定相位的点目标的时间序列InSAR新技术研究，并开展了多源SAR数据处理的相关理论和试验分析，从而获得了高精度的地表形变信息本文主要研究内容和成果如下： （1）在介绍InSAR和D-InSAR技术基本原理的基础上，对影响D-InSAR监测地表形变精度的误差源和对应的减弱措施进行了系统的介绍针对常规D-InSAR技术容易受到时空失相干和大气延迟效应影响等限制因素，对目前比较成熟的D-InSAR算法的原理，永久散射体干涉测量技术和小基线集技术等进行了简要介绍 （2）针对D-InSAR形变监测中的各种误差源，研究了以点目标作为研究对象的干涉点目标分析技术的原理及数据处理流程，包括基于幅度信息相干系数和SAR影像频谱特性的点目标识别方法，并给出了各种方法的适用条件使用太原市已获取的ENVISAT ASAR数据通过幅度离差指数阈值和点目标检测方法识别具有稳定散射特性的高相干点目标，并采用干涉点目标分析技术中的SBAS+PS和单一PS方法分别形成干涉图；利用二维线性回归模型对观测相位进行迭代求解，分离出地形误差与线性形变速率，并根据残余相位分量不同的时空特性，通过时间域的高通滤波与空间域的低通滤波，估计并去除大气延迟相位及趋势性的轨道误差，分别获取了该区域年平均地面沉降结果，通过对比分析发现SBAS+PS方法在数据量较少时也具备获取较高精度的监测结果，形变监测精度达毫米级另外，还利用干涉点目标分析技术中的单一PS方法对高分辨率的TERRASAR-X数据进行处理，并与中等分辨率的ENVISAT ASAR结果进行对比分析，发现两类数据监测结果具有很高的一致性 （3）本文研究了多源SAR数据融合获取地表形变场的基本原理以及数据处理的关键步骤，并利用该方法对太原市C波段的ENVISATASAR以及X波段的TERRASAR-X影像数据进行融合处理获取了比单一传感器的SAR数据周期更短时间更加密集的时间序列监测结果，更加真实的反映太原市的地表形变特征 （4）本文通过InSAR技术利用覆盖太原市从上世纪90年代至今的不同时间段不同分辨率的SAR数据获取太原市1992-2013年的地面沉降监测结果，分析了各个阶段太原市地面沉降的分布，全面掌握了其地面沉降活动形变发展的历史和现状，为其机理研究和趋势分析提供基础信息并与同时期的水准监测结果及GPS监测结果进行了对比分析，发现InSAR结果与水准和GPS结果具有较高的一致性
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P225.1;P236
【图文】：

都需要到实地去布点和布网，需要耗费大量的人力与物力，而且监测范围点或者观测墩不能长期保持稳定状态，在大多数情况下都不能获取实时的监测结果，难以满足相关部门对地面沉降灾害防治快速应对 实时监测预合成孔径雷达干涉测量（Interferometric SyntheticAperture Radar，InSAR） 年被成功应用于美国加州兰德斯地震的形变监测后，其受到了广泛的重视nSAR 技术的迅猛发展为高精度的地表形变监测提供了一种全新的技术方术作为一种全天时 全天候 不受云雾天气影响的监测手段，在地表形变 cm 级甚至 mm 级的精度[7][8]，具有大范围 低成本 快速 准确等优势地质灾害监测手段空间覆盖有限，监测频率低 周期长，监测点分布稀疏InSAR 技术的基础上，差分合成孔径雷达干涉测量 D-InSAR 技术应运而生nSAR 技术已被广泛应用于城市地面沉降[9][10] 地震[11][12][13][14][15] 火山[16]19]等地质灾害的监测中，如图 1.1 所示

图 1.2 常用 SAR 卫星工作时间段示意图91 年 7 月与 1995 年 4 月欧洲空间局相继发射的 ERS-1/2 使得 InSAR 数据究的热点，为研究工作者提供了大量的 SAR 数据 ERS-1 与 ERS-2 卫星道参数，构成串行模式，时间基线仅为 1 天，克服了时间去相干的影响有较高的相干性，35 天的重访周期满足了全球覆盖的要求，ERS-1 卫星别于 2000 年与 2011 年中止了服务 ERS-1/2 卫星极大地推进了 InSAR 技2 年 3 月发射升空的 ENVISAT 卫星是 ERS 系列后继卫星，而且 ENVISA

SAR 传感器一般可分为三种成像模式：横跨轨道干涉 interferometry，XTI） 重复轨道干涉测量模式（repeat-track inter道干涉测量模式（along-track interferometry，ATI）[54] 其中，横要应用于机载干涉雷达系统以及航天飞 3 机的干涉雷达系统；单模式通常应用于星载雷达系统；沿轨道干涉测量模式主要应用于目前，国际上比较流行的星载 SAR 传感器都是利用重复轨道干进行形变测量的 在论文以下的所有讨论中，如果没有特殊说明涉测量模式而言的 的基本原理及数据处理流程基本原理重复轨道 SAR 干涉测量的几何关系为例，简要地介绍 InSAR 技

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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相关博士学位论文 前2条

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本文编号：2774210