基于升降轨InSAR技术的准三维地表形变监测方法研究 ——以窑街矿区为例
发布时间：2020-12-16 07:53
合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）技术作为一种新兴的对地观测技术近年来不断发展完善,其高效精确获取地表微小形变的能力已被大量应用于地面沉降、山体滑坡、地震形变等领域。矿山开采引起的地表沉陷问题危害生产安全、制约经济发展,而准确测量矿区地表形变一直是矿山测量中的难题。将InSAR技术应用于矿区地表形变监测,能够克服传统测量手段的局限,高效获取矿区大范围地表形变。然而开采沉陷与普通地面沉降不同,开采沉陷区地表形变情况更加复杂,形变方向和强度随地下开采的变化而不断变化,单纯依靠InSAR获取的雷达视线向形变无法实现对真实地表形变有效监测。为了解决这一问题,本文提出使用升降两个轨道InSAR形变结果,结合雷达成像几何与地表真实形变的空间关系,构建模型提取地表准三维形变场,利用提取结果研究地表形变特征,监测地表变化动态。以窑街矿区为研究区,在利用SBAS-InSAR技术获取两轨道雷达视线向形变的基础上,建立准三维地表形变提取模型并开展应用。通过对比分析发现,利用提取的准三维形变结果能够清晰反应矿区地表形变分布态势及...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
兰州大学硕士研究生学位论文基于升降轨InSAR技术的准三维地表形变监测方法研究14第二章InSAR技术基本原理简介InSAR技术作为一种新兴测量技术，通过提取雷达数据相位信息获取地表的三维和表面变化信息，与传统测量技术在理论基础和实际操作上都有着本质的区别，掌握InSAR技术基本原理是成功应用该技术的基础前提。本章围绕InSAR的成像模式、几何关系、相位成分及D-InSAR、时序InSAR的基本原理和数据处理流程进行详细阐述。2.1InSAR2.1.1SAR侧视成像几何特征SAR成像在方位向上随着平台的移动而成像，在距离向上则是以斜距投影的投影方式，按照与传感器的远近距离，近距离先收集信号远距离后收集信号，地距与斜距空间几何关系如图2-1所示，SAR入射角为θ，地面距离RG与斜距RS关系为：SinRRSG（2-1）图2-1SAR斜距投影示意图由于地面地形高低起伏，在不同地形条件下SAR斜距投影并不能一直保持式2-1的比例关系，由此产生多种不同情况，如图2-2所示：①区为正常斜距投影；②区地表为迎着雷达视线的斜坡，地表坡度使雷达相对入射角减小，造成相同地距情况下斜距缩短，称为透视收缩；③区为背向雷达视线方向的小坡度斜坡，在坡度与雷
兰州大学硕士研究生学位论文基于升降轨InSAR技术的准三维地表形变监测方法研究15达入射角之和小于90°的情况下，雷达天线可以接收到此坡面的回波信号，但是与②区相反的是此时地表坡度条件使雷达相对入射角变大，造成比正常斜距投影更长斜距的背坡透视收缩现象；④区山体回波信号由于坡顶距离传感器更近，造成坡顶信号记录在前，坡底信号记录在后，这种现象也就是常说的顶底倒置又叫做叠掩，同时这部分坡体的回波信号又与坡前平地的信号及坡顶部分信号混叠在一起，导致SAR影像上这一区域信号无法使用；⑤区所在区域为背坡坡度与雷达入射角加和大于90°的区域，雷达信号被山体遮挡无法到达地面，也就没有回波信号被雷达天线接收，在SAR影像上表现为黑色阴影，这一特征被称为雷达阴影。由上面分析可知，地面上能被雷达天线正常获取可用回波信号的区域为①、②、③这三类区域，④、⑤两种类型地区，无法应用InSAR技术获取地表形变。因此在使用SAR影像进行InSAR处理前，应先对研究区地形进行分析，了解所选数据源可以实施监测的有效区域。图2-2SAR影像几何特征示意图2.1.2InSAR成像模式InSAR能够得以实现的基础是星载SAR系统对同一区域获取两景以上的SAR影像对，使像对上的同名地物点产生相位差从而实现干涉。SAR影像对的成像模式主要有双天线单轨横向模式、双天线单轨纵向模式和重复轨道单天线模式[16]。双天线单轨横向模式（Cross-trackinterferometry，XTI），即在同一飞行
本文编号：2919811
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
兰州大学硕士研究生学位论文基于升降轨InSAR技术的准三维地表形变监测方法研究14第二章InSAR技术基本原理简介InSAR技术作为一种新兴测量技术，通过提取雷达数据相位信息获取地表的三维和表面变化信息，与传统测量技术在理论基础和实际操作上都有着本质的区别，掌握InSAR技术基本原理是成功应用该技术的基础前提。本章围绕InSAR的成像模式、几何关系、相位成分及D-InSAR、时序InSAR的基本原理和数据处理流程进行详细阐述。2.1InSAR2.1.1SAR侧视成像几何特征SAR成像在方位向上随着平台的移动而成像，在距离向上则是以斜距投影的投影方式，按照与传感器的远近距离，近距离先收集信号远距离后收集信号，地距与斜距空间几何关系如图2-1所示，SAR入射角为θ，地面距离RG与斜距RS关系为：SinRRSG（2-1）图2-1SAR斜距投影示意图由于地面地形高低起伏，在不同地形条件下SAR斜距投影并不能一直保持式2-1的比例关系，由此产生多种不同情况，如图2-2所示：①区为正常斜距投影；②区地表为迎着雷达视线的斜坡，地表坡度使雷达相对入射角减小，造成相同地距情况下斜距缩短，称为透视收缩；③区为背向雷达视线方向的小坡度斜坡，在坡度与雷
兰州大学硕士研究生学位论文基于升降轨InSAR技术的准三维地表形变监测方法研究15达入射角之和小于90°的情况下，雷达天线可以接收到此坡面的回波信号，但是与②区相反的是此时地表坡度条件使雷达相对入射角变大，造成比正常斜距投影更长斜距的背坡透视收缩现象；④区山体回波信号由于坡顶距离传感器更近，造成坡顶信号记录在前，坡底信号记录在后，这种现象也就是常说的顶底倒置又叫做叠掩，同时这部分坡体的回波信号又与坡前平地的信号及坡顶部分信号混叠在一起，导致SAR影像上这一区域信号无法使用；⑤区所在区域为背坡坡度与雷达入射角加和大于90°的区域，雷达信号被山体遮挡无法到达地面，也就没有回波信号被雷达天线接收，在SAR影像上表现为黑色阴影，这一特征被称为雷达阴影。由上面分析可知，地面上能被雷达天线正常获取可用回波信号的区域为①、②、③这三类区域，④、⑤两种类型地区，无法应用InSAR技术获取地表形变。因此在使用SAR影像进行InSAR处理前，应先对研究区地形进行分析，了解所选数据源可以实施监测的有效区域。图2-2SAR影像几何特征示意图2.1.2InSAR成像模式InSAR能够得以实现的基础是星载SAR系统对同一区域获取两景以上的SAR影像对，使像对上的同名地物点产生相位差从而实现干涉。SAR影像对的成像模式主要有双天线单轨横向模式、双天线单轨纵向模式和重复轨道单天线模式[16]。双天线单轨横向模式（Cross-trackinterferometry，XTI），即在同一飞行
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