联合永久散射体雷达干涉和像素偏移估计方法提取火山形变及参数反演

摘要

火山灾害是最严重的自然灾害之一，通常伴随着一系列的地表形变，这些形变在一定程度上能够反映火山运动的特征以及火山内部压力源的扰动情况。因此，探测此类形变可为监测火山运动提供依据，对预防或减少火山运动带来的危害和损失具有重要意义。
　　目前，在众多地表形变探测技术中，因基于SAR影像分析的微波遥感技术具有高精度和大范围测量等优势，己被广泛地应用于火山形变的探测。但随着研究的深入发现，该技术在火山形变探测过程中，因火山地区裸地多、形变梯度大，受影像配准精度和形变探测模型等因素的影响，导致失相干严重、形变探测精度低，进而无法为火山参数反演提供可靠的形变信息。
　　为了给火山参数的正确反演提供可靠的地表形变信息，本论文以谢拉·内格拉火山为实验区，在已有的像素偏移估计方法和PSI技术的基础上，从提高形变探测精度和空间覆盖度两方面着手，提出了组合模型和干涉对组合的优化方法，在火山地区获取了高精度和空间覆盖度的地表形变信息。论文具体工作如下:
　　(1)本论文以精确配准后的影像可获得更可靠的形变偏移量为出发点，以配准精度与空间基线具有相关性为依据，引入最小二乘法参与配准以提高时序SAR影像的配准精度，为像素偏移估计技术提供了高精度的配准数据源;
　　(2)基于火山形变演变特征，提出以组合模型作为形变解算的约束条件，并将其应用在时序像素偏移估计。通过GPS数据的交叉验证表明，提出的组合模型切实有效，并且很好地反映了地表水平向形变的演变趋势，其在方位向和距离向的精度可达0.070 m和0.160 m，相较于传统时序模型的探测精度有大幅提升。
　　(3)在PSI技术探测火山形变过程中，SAR影像的干涉组合方式十分重要，直接影响到干涉质量与测量精度。为了获取火山口地区的有效形变信息，论文在常规干涉组合方式的基础上进行干涉组合优化，获取了该火山口的地表形变场。同期GPS数据验证结果表明，最终精度提升至厘米级。
　　(4)采用上述实验区中不同方向的地表形变信息为约束条，引入Mogi模型反演得到火山压力源参数，并针对不同方向的形变以及组合模型讨论了反演火山岩浆房深度与岩浆等效体积变化的影响。其中，以组合模型获取的水平形变进行反演显示，在火山喷发前等效体积变化速率为1.59×107 m3/year，在火山喷发期间最大等效体积变化约为1.02×108 m3。并且，该模型受噪声影响较小，以其形变结果反演得到的岩浆体积变化趋势与传统时序模型相比，波动比较平缓。最终反演结果表明，联合两种方法与组合模型，可为火山活动参数的反演提供更有效、全面的地表约束条件，其反演结果更具有可靠性。
　　通过理论与实验研究表明，本文提出的组合模型与干涉组合优化方法提高了火山地表形变的探测精度和空间覆盖度，为火山参数的正确反演提供可靠的地表形变信息。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 目前存在的问题

1．4 论文研究目标与内容

1．5 论文组织结构安排

第2章 基于SAR影像的地表形变探测原理

2．1 InSAR地表形变探测

2．2 地表形变探测的PSI技术

2．2．1 基于空间相关性分析的PSI方法

2．2．2 小基线集技术

2．3 像素偏移估计方法

2．3．1 重采样后影像的像素偏移估计

2．3．2 地表水平向的形变恢复

2．4 最小二乘配准方法的数据预处理

2．5 SAR影像提取地表形变的局限性

2．6 本章小结

第3章 顾及火山形变演变特征的偏移估计方法

3．1 融入最小二乘配准的偏移估计流程

3．1．1 时序偏移估计方法

3．1．2 相干点选取方法

3．1．3 时序偏移量恢复

3．2 顾及火山形变演变特征的组合模型

3．2．1 加速函数组合模型

3．2．2 指数与对数组合模型

3．3 精度评定

3．3．1 最小二乘配准实验及精度评定

3．3．2 利用偏移估计组合模型提取火山形变及精度评定

3．4 本章小结

第4章 基于PSI与偏移估计的火山形变探测与分析

4．1 实验区域与数据

4．2 基于干涉对优化组合的PSI方法提取火山形变

4．2．1 稳定点探测

4．2．2 干涉对的优化组合

4．2．3 实验结果

4．3 联合PSI与偏移估计方法的火山形变分析

4．4 本章小结

第5章 联合PSI与偏移估计形变的火山参数反演

5．1 火山参数反演

5．1．1 基于PSI形变结果的参数反演

5．1．2 基于时序偏移估计形变结果的参数反演

5．1．3 联合PSI与时序偏移估计形变结果的参数反演

5．2 反演结果对比与分析

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献