TOPS模式Sentinel-1数据地面沉降监测研究

摘要

随着InSAR技术的发展、雷达卫星设计技术的提高以及大面积多时相监测的需求增加，宽幅成像模式在对地监测中的应用越来越广泛。欧空局（ESA）发射的Sentinel-1系列卫星IW（Interferometric Wide Swath Mode）模式下采集的宽幅雷达数据，幅宽可达250Km，IW模式即为宽幅扫描中的TOPS（Terrain Observation by Progressive Scans）扫描模式，TOPS模式数据在采集时通过在方位向上卫星天线的运动，获取宽幅数据的同时也有效的消除了ScanSAR模式的扇贝效应。Sentinel-1的 TOPS模式数据将在地震、火山运动、大面积地面沉降监测中有应用前景。本文以Sentinel-1的TOPS模式数据为基础，对数据的特性与配准要求进行分析，在此基础上进行应用研究，论文的主要内容包括：
　　（1）对InSAR成像模式以及基本原理进行归纳整理，对宽幅成像的两种模式（ScanSAR与TOPSAR）进行分类对比，对TOPSAR模式数据的理论特性与该模式所需要的千分之一的配准进行理论分析。
　　（2）几何配准与ESD算法结合研究，首先通过几何配准对影像进行初配准，在此基础上利用ESD算法对影像进行迭代分析，最终达到影像的配准要求的千分之一配准精度，并利用两景覆盖台湾地震场的数据进行配准与干涉实验并得出相应结论。
　　（3）偏移量追踪技术与D-InSAR技术结合研究，将偏移量追踪技术与D-InSAR技术两者进行结合，利用TOPS模式数据作为数据源，对日本熊本地震进行研究。对地震中相干区域利用D-InSAR技术提取形变信息，对于地震中心部分形变较大导致的失相干区域，利用偏移量追踪技术进行形变提起。对偏移量追踪技术进行去地形效应改正，并在该地震中心失相干区域进行应用分析。
　　（4）利用TOPS模式数据通过时间序列分析，对江苏沛北矿区5个矿的地面沉降进行研究。针对该地区同时存在采煤与采水的情况，对沉降区域进行分类讨论。
　　（5）利用TOPS模式数据对沧州地区进行地表沉降时序分析，同时结合ENVISAT的ASAR数据，对该地区进行长时间跨度的监测，对采水所导致的地面沉降的特性进行研究。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景与意义（Research Background and Significance）

1.2国内外研究现状（Research Status at Home and Abroad）

1.3论文主要研究主要内容（Reacher Contents）

1.4论文的组织结构与章节安排（Structure and Sections）

2 宽幅扫描模式成像特征

2.1 研究概述（Overview）

2.2 ScanSAR模式（ScanSAR Mode）

2.3 TOPS模式（TOPS Mode）

2.4 TOPS模式信号解斜（TOPS Mode Singal Deramp）

2.5 TOPS模式扫描同步性（TOPS Mode Synchronization）

2.6 本章小结（Summary）

3 TOPS模式关键技术分析

3.1 TOPS 模式 SAR 数据配准要求（ TOPSAR Registration Requirements）

3.2 TOPS模式粗配准（TOPS Mode Coarse Registration）

3.3 TOPS模式精配准（TOPS Mode High Precision Registration）

3.4 TOPS模式形变提取（TOPS Mode Deformation Extraction）

3.5 本章小结 （Summary）

4 TOPS数据地表沉降时序处理

4.1 差分干涉相位组成分析（Differential Interferometric Phase Analysis）

4.2 PS-InSAR时序分析原理（PS-InSAR Principle）

4.3 矿区地表沉陷监测实例分析（Mining Deformation Monitoring Analysis Example）

4.4 地下水开采地表沉降监测分析（Ground Deformation Due to Groundwater Resources Exploitation Monitoring）

4.5 本章小结（Summary）

5 结论与展望

5.1 研究成果与结论（Contributions and Conclusioins）

5.2 问题与展望（Deficiencies and Prospects）

参考文献

作者简介

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