PS-InSAR技术在西安地区的变形监测研究

摘要

合成孔径雷达测量是近二十年来发展起来的极具潜力的遥感新技术，具有全天候、大范围、高精度监测地表形变的优点，是形变灾害监测领域的一种新的经济的空间对地观测新技术。 但是由于时间、空间失相干和大气延迟两大因素的影响，制约了D-InSAR技术的应用。而近些年发展起来的PS-InSAR技术能够间接克服失相关和大气延迟的影响，通过获取时间序列上具有稳定散射特性的PS点，分析时间序列上的相位信息，获取地表的变形信息。 本文介绍了InSAR技术的原理，分析了干涉相位的组成，阐述了InSAR高程测量和D-InSAR形变测量的方法，并建立了PS-InSAR的空间差分相位模型，重点分析了影响PS-InSAR精度的因素。 为了提高PS点识别的可靠性和准确性，本文采用了相关系数阈值法和振幅离差指数阈值法的双重阈值法，即考虑了永久散射体散射的稳定性，又考虑了其回波信号的高信噪比特性。通过西安地区的17景影像做试验，选取了合理的PS点，证实了双重阈值法识别PS点具有较高的准确性。 针对PS-InSAR相位解缠的特点，将LAMBDA方法借鉴应用到PS点的相位解缠中。建立了基于时间序列空间差分相位的函数模型和随机模型，分析了LAMBDA方法解算整周模糊度的过程。对LAMBDA方法解算出来的基线解进行最小二乘平差，获取各个PS点的变形信息，并采用拟准检定法剔除具有粗差的PS点。 采用Matlab程序实现了PS-InSAR的处理，利用2003-2007年间的17景数据，通过对所建立的时间序列差分干涉相位图，利用双重阈值法选取PS点，由Delaunay三角网构建基线解算模型，采用LAMBDA方法解缠获取了空间各个PS点的形变量，其中最大沉降量达为-7cm/a。通过与同期GPS和InSAR监测资料的比较，证实了PS-InSAR技术应用于地表形变监测的有效性。 本文探索和研究了PS-InSAR技术的理论模型和算法实现，独立开发了一套完整的计算程序，实现了分离形变信息、地形数据误差的目的，将PS-InSAR技术引入到西安地区的地面沉降监测，取得了较好的结果，证实了理论模型和计算程序的正确性。

目录

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声明

第一章绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.1.1传统InSAR监测的主要问题

1.1.2本文研究的意义

1.2国内外的研究进展

1.3本文研究内容

1.4本文的组织结构

第二章常规InSAR形变监测原理

2.1引言

2.2 SAR图像的几何特点

2.2.1近距离压缩

2.2.2透视收缩和叠掩

2.2.3雷达阴影

2.2.4雷达成像与光学成像几何的区别

2.3 InSAR的基本原理

2.4干涉相位组成分析

2.5 InSAR高程测量

2.6 D-InSAR地表形变测量

2.7 InSAR中的误差来源和精度分析

2.7.1卫星轨道的误差

2.7.2大气延迟误差

2.7.3干涉相位失相关

第三章PS-InSAR形变监测原理及数据处理流程

3.1引言

3.2 PS-InSAR观测相位组成

3.3 PS-InSAR的空间差分相位观测模型

3.4 PS-InSAR空间差分相位观测值的随机模型

3.5 PS-InSAR的处理流程

3.6影响PS-InSAR形变监测精度的因素

第四章公共主影像的选取和PS点的识别

4.1引言

4.2公共主影像的优化选取方法

4.3西安地区公共主影像选取试验

4.4 SAR影像辐射校正

4.5 PS点识别方法

4.5.1相关系数阈值法

4.5.2振幅离差阈值法

4.5.3相位离差阈值法

4.5.4点目标检测方法

4.6西安地区PS点识别方法的比较

4.6.1相关系数阈值法的识别结果

4.6.2振幅离差阈值法的识别结果

4.6.3双重阈值法识别结果

第五章 基于LAMBDA方法的相位解缠和结果可靠性分析

5.1引言

5.2已有的PS-InSAR相位解缠方法及存在问题

5.2.1基于二维周期图的参数估计方法以及存在问题

5.2.2基于解空间搜索法的参数估计

5.3 LAMBDA相位解缠方法

5.3.1 LAMBDA方法的数学模型

5.3.2 LAMBDA方法应用于PS-InSAR相位解缠模型

5.4 PS点形变量和DEM改正值的计算

5.5 PS点结果可靠性分析

5.5.1粗差拟准检定法的原理

5.5.2粗差拟准检定法的实施方法

第六章 PS-InSAR技术在西安地面沉降中的应用研究

6.1研究区域状况

6.2数据的选择

6.3差分干涉图

6.4 PS点识别结果和PS网构建结果

6.5 DEM误差和形变结果

6.6 PS监测结果的分析

6.6.1与常规InSAR监测成果的比较

6.6.2与GPS监测成果的比较

结论和展望

参考文献

攻读硕士期间主要成果

致谢