InSAR相位解缠技术及其在矿区沉降监测中的应用

摘要

星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR-Interfermetrie Synthetic Aperture Radar)作为一种重要的形变监测手段，具有快速、全面获取形变信息的优点，可以获得厘米级甚至是毫米级的地表形变。相位解缠是InSAR处理中最关键的一步，解缠的好坏直接关系到形变监测的可靠性及精度性。矿区形变特殊、矿区环境复杂使获得的干涉条纹存在很大噪声和干扰，部分相位解缠算法通用性差，无法在矿区复杂环境下正确解缠，严重影响了InSAR矿区形变监测的可靠性，因此，探索适合于矿区复杂环境的相位解缠算法就变得尤为关键。
　　本文针对InSAR在矿区复杂环境下的沉降监测，对相位解缠算法进行了深入研究。主要研究内容包括：⑴总结了相位解缠的普遍困难，并以东滩矿区为例，收集了2008-2010年间7景PALSAR数据，获取了该煤矿多个时期的地面形变场，进而总结出了矿区相位解缠的难点；⑵阐述了相位解缠的基本原理，对现有的一些经典的相位解缠算法进行总结与分析，并采用真实的InSAR数据进行实验对比，筛选出最适用于矿区环境的相位解缠方法，为InSAR矿区沉降监测相位解缠方法的选择提供依据；⑶针对矿区沉降的典型特征，提出了一种基于边缘检测和区域分割的相位解缠方法，首先采用边缘提取算子提取干涉条纹的边缘，基于形态学方法实现间断条纹的自动连接，然后根据边界将沉降区域划分为几个区域，最后在确定运算法则后得到解缠结果;应用真实的雷达数据进行了算法实验和验证实验，从目视解译和定量分析两方面，证明了所提出的算法在大形变、低相干区的相位解缠的可行性和有效性；⑷选取济宁矿区为实验区，研究单个煤矿的沉降情况，将InSAR相位解缠的新方法应用到矿区沉降大形变监测中，获取了该区域的地面沉降场，并对沉降结果进行了分析；⑸针对InSAR地表形变测量可靠性及精度的问题，建立了基于精密水准测量观测数据的精度评定方法，给出了具体的形变量转换及验证方法，通过精度验证得出结论:InSAR技术获得的沉降量与水准测量获得的沉降量一致性较高，InSAR可以在保证一定精度的情况下实现矿区的沉降监测。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 InSAR的发展与应用

1．2 相位解缠研究现状

1．3 本文研究内容和章节安排

1．4 本章小结

2 相位解缠理论基础

2．1 相位解缠相关概念

2．2 理想条件下的相位解缠数学模型

2．3 相位解缠的难点分析

3 InSAR经典相位解缠算法分析与对比

3．1 经典相位解缠算法

3．2 现有解缠方法在矿区沉降监测中的应用

3．3 相位解缠结果对比分析

3．4 解缠算法评价

4 基于边缘检测和区域分割的相位解缠

4．1 新相位解缠算法的描述

4．2 新相位解缠算法的具体实现

4．3 算法实验及结果分析

4．4 验证实验及结果分析

4．5 本章小结

5 新相位解缠算法在矿区大形变监测中的应用

5．1 矿区沉降监测

5．2 新解缠算法在济宁矿区沉降监测中的应用

5．3 InSAR矿区沉降监测精度评定

5．4 结果分析

6 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间主要成果