星载InSAR技术在高原地区提取数字高程模型的研究

发布时间：2017-09-30 14:16

  本文关键词：星载InSAR技术在高原地区提取数字高程模型的研究

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【摘要】：数字高程模型(DEM)是存储地面点高程信息的数据阵列,在民事和军事国防建设及人文和自然科学领域都有广泛的应用。在测绘、水利工程、土地利用、数字城市等专业研究中,DEM是某些项目研究的基础数据。合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)是近二十年发展起来的遥感新技术。从所采用的遥感波段来划分,该技术属于微波遥感。InSAR技术的核心理论是充分利用了微波的干涉原理。SAR传感器上同时搭载两幅天线或者搭载一幅天线两次经过同一地区,从而得到研究区域的一对SAR影像数据对, SAR数据对同一地物目标的两个反射回波信号共轭相乘得到相位差,再用数学函数关系将相位信息转换成高程信息。在这个数据处理过程中,需要有精密的轨道卫星数据和参考的数字地面高程信息作为辅助数据。目前,InSAR技术在大范围的海量获取DEM数据方面属于最具潜力的手段之一。本文主要采用了星载ENVISAT-ASAR雷达数据进行数据分析,详细探讨了InSAR技术在获取高精度的数字高程模型技术上的关键技术研究。获取高质量的DEM为本文立题的目标,考虑文章完整性介绍了星载重复轨道干涉测量提取数字高程模型的基础理论,探讨了SAR数据处理中关键技术的研究状况,重点描述了如何利用ENVISAT-ASAR六景星载影像数据实现了安宁市区及周边的DEM成果。论文研究的主要工作如下：(1)深入理解了InSAR技术干涉测量工作模式及原理,总结了两景影像形成干涉的干涉条件,并结合公式推导了理论上适合的基线长度。(2)在讨论影响干涉相位质量因素的基础上,深入分析了影像配准对干涉相位的影响。(3)深入探讨了干涉图滤波方法。运用三种滤波方法进行干涉图去噪处理,以相干系数为干涉相位质量评价标准,根据实验结果,评价了不同滤波方法的适应性。(4)研究了几种相位解缠算法,对滤波后的干涉图分别采用不同相位解缠算法进行相位解模糊处理。通过相位解缠图像素数值统计,比较分析了不同相位解缠算法的特点。(5)理论公式推导了天线的位置、天线与地面点斜距距离,相位差以及基线对InSAR系统性能的影响,深入分析了基线影响因子的影响程度。(6)在上述研究的基础上,给出InSAR技术处理SAR数据的详细流程图。依据此流程,使用2009-2010年6景ENVISAT-ASAR数据,结合SRTM DEM数据,设计并实现经过复数影像配准、干涉图去平、相位噪声滤波、相位解缠、轨道精炼及地理编码等步骤将相位转换成高程生成DEM。获取三组DEM成果,并对DEM进行了相对精度的评定。
【关键词】：合成孔径雷达 干涉测量 DEM 干涉相位图 相位解缠 相位滤波
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 本文研究的背景及意义12-14
• 1.2 INSAR发展趋势及国内外研究现状14-17
• 1.3 合成孔径雷达干涉测量的应用17-19
• 1.4 论文研究内容及技术路线19-21
• 第二章 合成孔径雷达干涉测量的理论基础21-31
• 2.1 雷达波物理特性21-24
• 2.1.1 电磁波谱21-22
• 2.1.2 极化特性22
• 2.1.3 相干特性22-23
• 2.1.4 侧视成像的几何特征23-24
• 2.2 合成孔径雷达成像原理24-27
• 2.3 合成孔径雷达干涉测量的工作模式27-28
• 2.3.1 双天线单轨横向模式27
• 2.3.2 双天线单轨纵向模式27-28
• 2.3.3 重复轨道单天线模式28
• 2.4 合成孔径雷达干涉测量基本原理28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 星载INSAR数据的处理方法31-46
• 3.1 INSAR干涉条件31-33
• 3.2 INSAR技术生产DEM的基本处理流程33-35
• 3.3 复数影像配准35-37
• 3.3.1 影像配准的影响35
• 3.3.2 影像配准的方法35-37
• 3.4 干涉图生成和相位噪声滤波37-39
• 3.5 相位解缠39-43
• 3.5.1 基于路径的相位解缠算法40-42
• 3.5.2 基于最小范数的相位解缠算法42-43
• 3.5.3 基于网络规划的相位解缠算法43
• 3.6 地理编码43-44
• 3.7 本章小结44-46
• 第四章 基于INSAR技术的高原地区DEM提取研究46-69
• 4.1 研究区域情况46-47
• 4.2 实验数据介绍47-49
• 4.2.1 ENVISAT卫星数据介绍47-48
• 4.2.2 SRTM DEM数据48-49
• 4.2.3 DORIS精密轨道数据49
• 4.3 研究区域数据处理过程和分析49-64
• 4.3.1 雷达数据选取49-50
• 4.3.2 影像配准和生成干涉图50-52
• 4.3.3 干涉图去平52-53
• 4.3.4 干涉图滤波和相干性计算53-56
• 4.3.5 相位解缠56-59
• 4.3.6 轨道精炼和重去平59
• 4.3.7 相位高程转换——生成DEM59-64
• 4.4 INSAR测高精度分析64-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 论文所做工作总结69
• 5.2 不足与展望69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-76
• 附录76-77
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的文章76-77
• 附录B 攻读硕士学位期间参加的科研项目77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王志勇;张继贤;张永红;;从InSAR干涉测量提取DEM[J];测绘通报;2007年07期

2 李昱川;田铮;刘向增;徐海霞;;SAR图像多尺度配准的小波域最小割模型方法[J];电子学报;2010年09期

3 单新建,刘浩;利用干涉合成孔径雷达技术提取数字地面模型[J];国土资源遥感;2001年02期

4 廖明生,林珲,张祖勋,杨文,张力;INSAR干涉条纹图的复数空间自适应滤波[J];遥感学报;2003年02期

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本文编号：948663