时间序列高分辨率COSMO-SkyMed影像地表形变监测研究

摘要

时空失相干以及大气不均匀延迟等因素的存在，使得传统DInSAR技术在长时间序列的地表形变监测中存在一定的应用局限性。目前，基于高相干点目标的长时间序列地表形变监测手段快速发展，为解决时空失相干问题提供了一个很好的思路。本文以基于高相干点目标的永久散射体方法与小基线集方法为理论基础，利用时间序列高分辨率的COSMO-SkyMed雷达卫星影像，基于小基线集算法，提取了实验区的地表形变场，并对实验结果进行相关精度评价。由于COSMO-SkyMed数据雷达波长更短、分辨率更高，因此在地表形变反演过程中除了会面临轨道误差、外部DEM误差和大气不均匀延迟误差外，还会面临更为严重的时间失相干和基线失相干，同时城市中高层建筑物带来的DEM误差问题及大气延迟问题也更加严重。针对上述问题，并根据COSMO-SkyMed影像独有的特性，研究了利用COSMO-SkyMed影像进行地表形变监测的一些关键技术。本文的主要研究内容如下:
　　(1)介绍了传统InSAR、DInSAR的基本原理及数据处理流程，系统总结了基于高相干点目标的长时间序列DInSAR技术国内外研究现状，并对近年来发展的基于高相干点目标的长时间序列DInSAR算法原理进行了分析。
　　(2)讨论了卫星轨道误差对最终形变监测精度的影响。采用基于轨道参数的直接地理定位技术获取地面控制点的平面定位误差，通过定位误差间接评价COSMO-SkyMed卫星轨道精度。
　　(3)针对利用COSMO-SkyMed数据做差分干涉处理过程中遇到的一些问题，以及COSMO-SkyMed数据本身的一些特点，对DInSAR处理流程中的频谱滤波算法、干涉基线估计与精化算法进行了深入研究并加以改进，提高了运算效率与最终结果的精度，为后续高精度DEM与地表形变场的获取提供基础支持。
　　(4)采用SBAS-DInSAR方法分别对温黄平原地区与嘉兴地区的COSMO-SkyMed影像进行处理，得到实验区的平均形变速率图与累计形变图。将得到的累计形变量与相应时段内实测的水准数据进行对比分析，验证该监测算法的精度与可靠性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与章节安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 章节安排

2 基于高相干点目标的长时间序列DInSAR基本原理

2．1 干涉相位各组成分量分析

2．2 InSAR基本原理及处理流程

2．3 DInSAR技术监测地表形变的基本原理

2．3．1 两轨法

2．3．2 三轨法

2．3．3 InSAR／DInSAR主要误差源分析

2．4 基于高相干点目标的DInSAR原理分析

2．4．1 永久散射体方法基本原理

2．4．2 小基线集方法基本原理

2．5 长时间序列DInSAR形变监测算法的系统集成

2．5．1 干涉处理模块

2．5．2 差分处理模块

2．5．3 长时间序列形变监测模块

2．6 COSMO-SkyMed雷达卫星介绍

2．6．1 COSMO-SkyMed数据获取性能

2．6．2 COSMO-SkyMed数据产品序列

2．6．3 COSMO-SkyMed影像特征分析

2．7 本章小结

3 COSMO-SkyMed形变提取过程中的关键技术研究

3．1 COSMO-SkyMed轨道精度评价

3．1．1 轨道误差对两轨法差分干涉形变值的影响

3．1．2 COSMO-SkyMed轨道精度评价

3．2 InSAR频谱滤波技术研究

3．2．1 频谱偏移产生原理分析

3．2．2 频谱滤波算法研究

3．2．3 频谱滤波实验及结果验证

3．3 干涉基线估计算法研究

3．3．1 基线模型

3．3．2 基线估计常用算法介绍

3．3．3 基线估计实验分析

3．4 本章小结

4 时间序列COSMO-SkyMed影像地表形变监测实验

4．1 温黄平原地区地表形变监测结果与验证

4．2 嘉兴地区地表形变监测结果与验证

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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