PS-DInSAR地表形變監(jiān)測技術研究.pdf

1、合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)作為一種全新的高分辨率對地觀測雷達成像系統(tǒng)，已成為一種必不可少的遙感測量手段。永久散射體合成孔徑雷達差分干涉(Permanent Scatterer Diffrential Interferometric SAR，PS-DInSAR)技術克服了傳統(tǒng)合成孔徑雷達差分干涉(Diffrential Interferometric SAR，DInSAR)技術存在的大氣效應和

2、失相關等問題，能夠實現(xiàn)長時間大范圍的地表形變監(jiān)測。然而，在PS-DInSAR技術的實際數(shù)據(jù)處理中仍存在一些亟需解決的問題。對此，對該技術展開系統(tǒng)地研究，重點分析和改進了數(shù)據(jù)預處理、永久散射體(Permanent Scatterer，PS)點探測及相位解纏等關鍵算法。
　　本研究主要內容包括：⑴從SAR及其干涉理論展開研究，分析了傳統(tǒng)DInSAR存在的問題及對其測量結果的影響，給出了PS-DInSAR地表形變監(jiān)測模型及流程。在介紹了

3、SAR成像原理的基礎上，研究了合成孔徑雷達干涉測量(Interferometric SAR，InSAR)獲取地面高程的原理；詳細分析了傳統(tǒng)DInSAR的相位組成模型、技術分類及實現(xiàn)方法；總結了大氣效應和失相關限制傳統(tǒng)DInSAR技術發(fā)展的原因，并在此基礎上闡述了PS-DInSAR技術克服大氣效應及失相關監(jiān)測地表形變的相位模型及算法流程，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理奠定了理論基礎。⑵從PS-DInSAR的原理入手，對其數(shù)據(jù)處理流程進行分析歸納，深入研

4、究了主影像的選取、輻射定標、圖像配準、差分干涉等時序SAR影像的預處理方法。針對SAR主影像的選取采用綜合相關函數(shù)模型法將問題模型化，比經(jīng)驗模型法考慮的更加全面；利用精確定標方法對所有SAR圖像進行了輻射定標，從而使不同條件下獲得的SAR圖像真實、準確、定量地反映目標對雷達波的反射情況；詳細闡述了SAR圖像配準的具體步驟，通過粗配準及精配準確保了干涉處理的成功進行；在對SAR圖像進行干涉處理的基礎上，進一步去除平地相位和地形相位，獲得了

5、僅包含形變相位、DEM誤差相位、大氣相位和噪聲相位的差分干涉相位圖，為PS點的探測提供了數(shù)據(jù)基礎。⑶從現(xiàn)有PS點探測方法難以適用于小數(shù)據(jù)集的問題出發(fā)，綜合考慮PS點的強散射特性和散射穩(wěn)定性，提出了適用于小數(shù)據(jù)集的PS點探測方法。在深入分析了現(xiàn)有PS點探測方法原理及優(yōu)缺點的基礎上，針對其未能全面考慮 PS點的雙重特性以及在小數(shù)據(jù)集情況下探測性能下降等問題，提出了適用于小數(shù)據(jù)集的振幅閾值預選的迭代綜合相干系數(shù)法。該方法首先計算振幅閾值選取

6、PS候選點，然后通過對綜合相干系數(shù)的迭代計算篩選出PS點。理論分析與實驗結果表明，該方法在小數(shù)據(jù)集條件下探測出的PS點分布合理、誤選率低、可靠性高，對于小數(shù)據(jù)集PS點的探測具有明顯優(yōu)勢。⑷從PS點的差分干涉相位模型展開研究，在將地表形變視為非線性形變的基礎上，研究最小二乘模糊度降相關(LAMBDA)相位解纏算法，提出了方差協(xié)方差矩陣的迭代估計方法，并給出了基于非線性形變模型的地表形變及大氣相位估計方法。針對如何確定LAMBDA算法中方差