D-InSAR技术提取形变信息的关键算法研究

发布时间：2017-10-14 02:04

  本文关键词：D-InSAR技术提取形变信息的关键算法研究

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【摘要】：合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)发明于20世纪50年代。由于其具有全天时和全天候成像、穿越云雨的能力,越来越多地被用于军事和民用领域。其中一个重要的应用方向为形变信息的提取。合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometric SAR,D-InSAR)技术就是通过获取相位信息提取地表形变信息的一门技术。近些年来,D-InSAR以其具有全天时、全天候以及快速、高精度的对地测量能力成为形变监测领域广泛关注的新技术。D-InSAR的形变信息提取可以应用于地震、城市地表沉降、地铁沉降以及冰川漂移等领域。本文对D-InSAR技术提取形变信息的基础理论关键算法做了深入研究。首先,系统的分析和总结了D-InSAR的应用情况及其研究现状,对InSAR和D-InSAR的基本理论作出总结。同时,分析了D-InSAR技术提取形变信息的处理流程及主要的误差来源。其次,分别对D-InSAR处理过程中的去平地效应、相位解缠、高程信息提取和形变信息提取做了深入分析研究。第一,平地效应算法。研究了当前去平地效应的三种算法,即基于轨道参数的平地效应消除法、频移法和基于粗精度DEM数据的平地效应消除法。进一步,结合实验给出了基于频移法去平地效应的具体步骤。第二,相位解缠。分析了当前D-InSAR处理中相位解缠的现有两大类算法,即路径跟踪法和最小范数法。本文改进的方法属于路径跟踪法的一种:提出了一种基于堆排序的新型质量图来引导相位解缠的方法。该方法考虑了空间噪声对于质量图方位向和距离向的贡献权重的不同,提出了利用加权方法消除距离向和方位向的误差,形成新的质量图,并引导相位解缠。同时,针对质量图引导相位解缠方法计算复杂和解缠速度慢的缺陷,采用计算机科学中的最大堆排序方法,减少质量图的排序时间。通过实验证明,这种优化方法不仅效率高,而且稳定。第三,高程信息提取及形变信息提取算法。文章针对DEM几何重建模型进行简化,并通过具体实验验证了这种模型的可行性。在形变信息提取算法模块,加入了形变修正,并给出了基于三轨法的形变信息提取具体步骤。建立在以上关键算法的基础上,实现了InSAR和D-INSAR相关程序的编写工作,使用C++语言和Qt界面环境,从SAR图像的SLC输入开始,经过生成干涉图、去平地效应、图像滤波、相位解缠、高程重建以及形变信息提取处理步骤,形成了较为完善的InSAR和D-InSAR处理软件。
【关键词】：干涉图 去平地 相位解缠 DEM 形变
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 星载InSAR系统的发展及数据处理现状11-13
• 1.3 D-InSAR的应用及研究现状13-14
• 1.4 研究内容与论文结构安排14-16
• 1.4.1 研究内容14
• 1.4.2 论文结构安排14-16
• 第二章 InSAR和D-InSAR的基本理论16-27
• 2.1 InSAR基本理论16-21
• 2.1.1 InSAR的工作模式16-17
• 2.1.2 InSAR的基本原理17-21
• 2.2 D-InSAR基本理论21-26
• 2.2.1 D-InSAR的差分模式21-22
• 2.2.2 D-InSAR的基本原理22-23
• 2.2.3 D-InSAR的数据处理流程23-25
• 2.2.4 D-InSAR的误差源分析25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 D-InSAR的关键算法27-55
• 3.1 干涉图的平地效应去除27-33
• 3.1.1 平地效应形成原因27-28
• 3.1.2 平地效应去除的必要性28
• 3.1.3 平地效应去除的方法28-30
• 3.1.4 本文使用的去平地效应算法30-33
• 3.2 相位解缠33-47
• 3.2.1 相位解缠的基本原理33-35
• 3.2.2 相位解缠的方法35-37
• 3.2.3 本文改进的相位解缠算法37-47
• 3.3 D-InSAR处理中高程及形变信息提取算法47-53
• 3.3.1 DEM的重建模型分析47-48
• 3.3.2 简化几何模型48-50
• 3.3.3 形变信息提取算法50-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 基于D-InSAR的形变信息提取及验证55-68
• 4.1 数据源选择55-58
• 4.1.1 美国拉斯维加斯数据55-56
• 4.1.2 美国亚利桑那州菲尼克斯数据56-57
• 4.1.3 伊朗巴姆数据57-58
• 4.2 高程信息提取结果及验证58-63
• 4.2.1 美国拉斯维加斯地区高程数据的提取及验证58-62
• 4.2.2 美国菲尼克斯亚利桑那州的相位解缠结果及验证62-63
• 4.3 伊朗巴姆地区形变信息提取结果及验证63-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 D-InSAR提取形变信息的实现68-81
• 5.1 系统软件环境68
• 5.2 系统功能结构68-69
• 5.3 系统的主要模块69-80
• 5.3.1 SAR图像可视化处理70-72
• 5.3.2 SAR算法处理模块72-80
• 5.4 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 在学期间取得的与学位论文相关的研究成果88-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘学武;胡波;莫玉娟;白蓉;;DInSAR技术监测玉树地震同震形变场的研究[J];测绘工程;2011年06期

2 谢先明;皮亦鸣;;一种基于多基线组合频率估计的相位展开方法[J];测绘学报;2012年01期

3 刘斌;张景发;罗毅;姜文亮;李永生;;基于SAR影像构建三维同震形变场方法研究[J];大地测量与地球动力学;2013年04期

4 岳仁宾;王磊;郭彩立;;GAMMA软件应用于InSAR相位解缠的研究[J];测绘与空间地理信息;2013年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 饶杨莉;InSAR相位解缠算法研究及其软件开发[D];西南交通大学;2013年

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本文编号：1028342