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短时空基线PS-InSAR技术在大同地区的形变监测研究

王宏宇  
【摘要】:合成孔径雷达测量技术是近二十年来发展起来的新型遥感技术,其差分干涉模式(D-InSAR)具有全天候、大范围、高精度等地表形变监测优点,为地表形变监测以及灾害预测等提供了一种空间对地观测新途径。但是由于受到时空间失相干和大气效应等因素的影响,严重制约了D-InSAR技术的应用。而近些年发展起来的永久性散射体雷达差分干涉技术(PS-InSAR)能够间接克服时间、空间失相关和大气延迟的影响,其通过在时序SAR影像上探测的具有稳定后向散射特性的PS点目标相位信息进行分析,进而获取研究区域的地表形变信息。 本文介绍了InSAR技术的基本原理,分析了干涉相位的组成,并进一步阐述了D-InSAR形变测量的原理及处理流程,对其误差来源和限制因素进行了分析。此外,在D-InSAR的基础上建立了PS-InSAR的空间差分相位模型,并进一步探讨了PS-InSAR数据处理中的关键技术。 考虑到PS点目标稳定的后向散射特性和其回波信号的高信噪比特性,本文研究多重阈值法进行PS点目标的识别,并利用覆盖大同市区的39景SAR影像,采用多重阈值法选取了分布较为合理的PS点目标,证实了多重阈值法识别PS点目标的可靠性。 同D-InSAR相比,SBAS技术应用于地表形变监测也有其自身的独特优势,即能有效地克服时空时间和空间失相干现象,且增加的时间采样率,对影像数量要求不高等。本文详细介绍了SBAS技术形变监测原理,并利用大同地区的39景SAR影像进行了SBAS试验,获取了大同地区七年的时间序列形变值。而SBAS技术的缺陷在于损失了分辨率,同时没有考虑到大气效应的影响。 针对PS-InSAR技术对数据量要求苛刻的问题,本文借鉴了SBAS技术的思想,实现了SBAS技术和PS-InSAR技术的融合,即短时空基线PS-InSAR技术,并利用覆盖大同地区的39景Envisat影像进行地表形变监测试验,获取了大同地区2003-2010七年的累积形变量,其中最大年均形变速率达到了-2.2Cm/a,其形变量级和范围都和SBAS技术以及PS-InSAR技术的形变结果吻合的较好。 同时本文利用20景SAR影像仍然在大同地区开展短时空基线PS-InSAR试验,获取的累积形变时间序列与39景SAR影像获取的PS-InSAR技术监测结果精度相当,证实了短时空基线PS-InSAR技术在一定程度上克服了PS-InSAR技术对数据量要求苛刻的缺陷,且更能保证形变结果的精度和可靠性,拓展了PS-InSAR技术的应用范围,具有较强的实用性。


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