基于D-InSAR技术的鲜水河地区地表形变监测研究

摘要

合成孔径雷达干涉测量InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar)技术是21世纪初新兴的空间对地观测卫星遥感技术，能够获取高精度地表形变信息，其具有大范围、低成本、高精度、不受昼夜和天气影响的优势，而且InSAR技术在监测地表形变时，无需设置地面监测网，能够监测到人力难以到达的区域。理论上InSAR技术在地表形变监测上能够达到毫米甚至更高量级的精度，因此，InSAR技术成为目前监测微小地表形变、地形测绘的重要手段。目前，InSAR技术地表形变监测的主流方法有D-InSAR（Differential InSAR，差分干涉测量）、PS-InSAR(Permanent Scatterers InSAR，永久散射体差分干涉测量)、SBAS-InSAR（Small Baseline Subset InSAR，小基线子集差分干涉测量）三种。这三种方法各有优缺点，各自适合在不同的条件下使用。
　　本文基于InSAR、D-InSAR及永久散射体PS-InSAR理论分析的基础上，应用ENVISAT卫星搭载的ASAR传感器观测获得的2003年7月15日至2010年8月17日间鲜水河地区20景SAP影像数据，进行了鲜水河活动断裂带八美地区附近的地表形变监测研究。研究主要应用了三轨法D-InSAR技术对研究区域内2010年6月8日至2010年8月17日间的地表形变值进行了提取分析，并将其与GPS监测数据进行了对比分析，分析结果显示两者的监测结果基本一致。本文详细研究了D-InSAR数据处理过程中的各步算法，着重对比分析了Adaptive Window滤波、Boxcar滤波、Goldstein滤波和基于方差改进的Goldstein四种滤波方法。其中，试验处理和研究分析表明基于方差改进的Goldstein滤波方法对干涉图进行滤波的滤波效果明显好于其他三种滤波方法。文中进一步应用了PS-InSAR技术对研究区2003年7月15日至2010年8月17日期间的地表形变速率进行了研究，并将其与GPS监测数据进行了对比分析，得到了与GPS监测数据基本一致的监测结论。研究结果表明了InSAR技术监测用于地表形变的可靠性和精确性。本论文还对PS-InSAR提取的地表形变信息进行了构造运动解译。这些研究成果为区域内的构造运动研究和形变灾害的监测、预警与防治工作提供了精准的数据支撑和可靠的方法手段。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的研究内容

2 研究区概况

2．1 鲜水河工作区概况

2．2 选区依据

2．3 论文数据

3 关键技术原理

3．1 合成孔径雷达SAR

3．2 InSAR获取DEM原理

3．3 InSAR获取DEM的基本处理流程

3．3．1 基线估计

3．3．2 SLC主辅图像匹配

3．3．3 SLC主辅图像预滤波

3．3．4 干涉图生成

3．3．5 去平地效应

3．3．6 干涉图滤波

3．3．7 质量图计算

3．3．8 相位解缠

3．3．9 DEM重建和正射影像制作

3．4 滤波算法及相干性生成

3．4．1 Adaptive Window滤波

3．4．2 Boxcar滤波

3．4．3 Goldstein滤波

3．4．4 改进的自适应性的Goldstein滤波

3．5 D-InSAR原理

3．6 永久散射体PS-InSAR时序形变获取原理

4 鲜水河研究区域形变信息提取

4．1 数据源的选取和预处理

4．2 基线估算

4．3 干涉图生成

4．4 干涉图去平地效应

4．5 四种滤波结果对比

4．6 相位解缠

4．7 轨道精炼和重去平

4．8 地理编码和形变图生成

4．9 形变数据与GPS监测结果的比较

5 PS-InSAR技术监测区域地表形变研究

5．1 时序差分干涉测量试验数据处理

5．2 处理流程及结果分析

5．3 监测结果精度分析

5．4 研究区活动构造解译

6 结论与展望

6．1 总结

6．2 问题及不足

6．2．1 时间去相关

6．2．2 几何去相关

6．2．3 大气延迟引起的去相关

6．2．4 地形起伏引起的去相关

6．2．5 PS-InSAR技术的不足

6．3 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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