基于多源SAR數(shù)據(jù)的時間序列InSAR地表形變監(jiān)測研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量(D-InSAR)利用SAR影像所攜帶的相位信息來獲取高精度的地表形變信息,該技術(shù)作為一種新興的空間對地觀測技術(shù),具有高分辨率、高精度等特點(diǎn),該技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于地面沉降等地表形變的監(jiān)測中。隨著 ENVISAT ASAR、ALOS PALSAR、TERRASAR-X、RADARSAT-2、COSMO-SkyMed等SAR衛(wèi)星相繼發(fā)射,使得同一區(qū)域被具有不同波段、不同軌道的 SAR數(shù)據(jù)覆蓋,而且在時間上會有一定

2、的重疊度,因此多源 SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)的融合處理研究不但成為可能,也成為必須的科學(xué)研究課題。基于此,利用不同傳感器、不同軌道的SAR數(shù)據(jù)獲取更短周期、時間序列更密集的監(jiān)測結(jié)果將為地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害的治理與防治提供結(jié)果更為合理的科學(xué)依據(jù)。
　　然而,常規(guī)D-InSAR技術(shù)容易受時間、空間基線失相干,DEM誤差和大氣效應(yīng)等限制,其在地表形變監(jiān)測中難以獲得可靠的監(jiān)測結(jié)果。另一方面,對于同一研究區(qū)域,不同SAR傳感器所反映出的形變信息往往存在

3、一定的偏差,而且單一類型的SAR傳感器都有特定的重訪周期,只依靠單一軌道的SAR數(shù)據(jù)只能獲得監(jiān)測時間比較稀疏的時間序列結(jié)果,不能完全準(zhǔn)確地反映出研究區(qū)域的地表形變特征,而多源 SAR數(shù)據(jù)的融合處理能夠?qū)崿F(xiàn)多類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一,并且能夠獲取監(jiān)測時間更加密集的時間序列。
　　針對以上兩方面的問題,本文以太原地區(qū)作為實(shí)驗(yàn)研究區(qū)域,開展了在影像上具有穩(wěn)定相位的點(diǎn)目標(biāo)的時間序列InSAR新技術(shù)研究,并開展了多源SAR數(shù)據(jù)處理的相關(guān)理論和試驗(yàn)分析,

4、從而獲得了高精度的地表形變信息。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)在介紹InSAR和D-InSAR技術(shù)基本原理的基礎(chǔ)上,對影響D-InSAR監(jiān)測地表形變精度的誤差源和對應(yīng)的減弱措施進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。針對常規(guī) D-InSAR技術(shù)容易受到時、空失相干和大氣延遲效應(yīng)影響等限制因素,對目前比較成熟的 D-InSAR算法的原理,永久散射體干涉測量技術(shù)和小基線集技術(shù)等進(jìn)行了簡要介紹。
　　(2)針對D-InSAR形變監(jiān)測中的各種誤

5、差源,研究了以點(diǎn)目標(biāo)作為研究對象的干涉點(diǎn)目標(biāo)分析技術(shù)的原理及數(shù)據(jù)處理流程,包括基于幅度信息、相干系數(shù)和 SAR影像頻譜特性的點(diǎn)目標(biāo)識別方法,并給出了各種方法的適用條件。使用太原市已獲取的ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)通過幅度離差指數(shù)閾值和點(diǎn)目標(biāo)檢測方法識別具有穩(wěn)定散射特性的高相干點(diǎn)目標(biāo),并采用干涉點(diǎn)目標(biāo)分析技術(shù)中的“SBAS+PS”和單一“PS”方法分別形成干涉圖;利用二維線性回歸模型對觀測相位進(jìn)行迭代求解,分離出地形誤差與線性形變速率,

6、并根據(jù)殘余相位分量不同的時空特性,通過時間域的高通濾波與空間域的低通濾波,估計并去除大氣延遲相位及趨勢性的軌道誤差,分別獲取了該區(qū)域年平均地面沉降結(jié)果,通過對比分析發(fā)現(xiàn)“SBAS+PS”方法在數(shù)據(jù)量較少時也具備獲取較高精度的監(jiān)測結(jié)果,形變監(jiān)測精度達(dá)毫米級。另外,還利用干涉點(diǎn)目標(biāo)分析技術(shù)中的單一“PS”方法對高分辨率的 TERRASAR-X數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并與中等分辨率的 ENVISAT ASAR結(jié)果進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)兩類數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果具有很

7、高的一致性。
　　(3)本文研究了多源SAR數(shù)據(jù)融合獲取地表形變場的基本原理以及數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵步驟,并利用該方法對太原市C波段的ENVISAT ASAR以及X波段的TERRASAR-X影像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理獲取了比單一傳感器的SAR數(shù)據(jù)周期更短、時間更加密集的時間序列監(jiān)測結(jié)果,更加真實(shí)的反映太原市的地表形變特征。
　　(4)本文通過InSAR技術(shù)利用覆蓋太原市從上世紀(jì)90年代至今的不同時間段、不同分辨率的SAR數(shù)據(jù)獲取太原市1