永久散射體雷達(dá)差分干涉理論及在上海地面沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)差分干涉技術(shù)是新近發(fā)展起來的用于監(jiān)測(cè)大范圍地表形變的新技術(shù)，它具有精度高、視域廣等特點(diǎn)，可與基于點(diǎn)觀測(cè)的GPS和水準(zhǔn)測(cè)量形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為形變監(jiān)測(cè)和地球物理研究提供一種有效的空間對(duì)地觀測(cè)新途徑。但是，合成孔徑雷達(dá)差分干涉技術(shù)的應(yīng)用受到失相關(guān)和大氣延遲兩大因素的制約。近年發(fā)展起來的基于永久散射體的雷達(dá)差分干涉技術(shù)是目前克服失相關(guān)和大氣延遲的最有效方法。然而，該方法在一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理方面(永久散射體探測(cè)、建網(wǎng)、模型解算)還存在問題

2、。為此，本文對(duì)永久散射體雷達(dá)差分干涉技術(shù)理論進(jìn)行系統(tǒng)研究，對(duì)其中的關(guān)鍵算法作重點(diǎn)研究，探索解決該方法存在問題的新途徑，以提高永久散射體雷達(dá)差分干涉技術(shù)探測(cè)地表形變的精度和可靠性。 本文首先從干涉相位分解的角度出發(fā)，分析了地形、形變、大氣延遲和失相關(guān)噪聲對(duì)干涉相位的貢獻(xiàn)，闡明了合成孔徑雷達(dá)差分干涉探測(cè)地表形變的原理，為PS-DInSAR差分相位建模奠定了基礎(chǔ)。SAR影像精確配準(zhǔn)是PS-DInSAR的基礎(chǔ)和關(guān)鍵步驟之一，論文通過對(duì)三

3、種SAR影像配準(zhǔn)算法(相干系數(shù)法、相位差影像平均波動(dòng)函數(shù)法、最大頻譜法)的比較研究，得出相干系數(shù)法的配準(zhǔn)質(zhì)量最好。在PS-DInSAR中，可采用相干系數(shù)法，并借助Doris軟件實(shí)現(xiàn)多幅時(shí)序SAR影像的配準(zhǔn)。為提高PS識(shí)別的準(zhǔn)確性與可靠性，本文提出了探測(cè)PS的新方法—振幅信息雙閾值法。該方法既考慮了永久散射體散射的穩(wěn)定性，又考慮了其回波信號(hào)的高信噪比特性。通過與其它方法的對(duì)比和對(duì)上海城市地區(qū)26幅：ERS-1/2衛(wèi)星SAR影像的PS探測(cè)實(shí)

4、驗(yàn)，證實(shí)了振幅信息雙閾值法探測(cè)的PS有效而且更加可靠。在PS鄰域差分相位建模中，首次提出采用PS三維建網(wǎng)方法確定PS的鄰域關(guān)系。并且，在根據(jù)PS三維網(wǎng)絡(luò)求解得到PS鄰域差分值之后，采用間接平差法解決了PS三維網(wǎng)的幾何矛盾，獲得了各PS點(diǎn)的線性形變速率和高程誤差，并實(shí)現(xiàn)了各PS點(diǎn)差分干涉相位的解纏。同時(shí)引入穩(wěn)健估計(jì)方法抑制在平差過程中可能存在的粗差的影響。對(duì)上海陸家嘴地面沉降的研究證實(shí)，PS三維建網(wǎng)方法獲得的結(jié)果精度優(yōu)于基于像平面坐標(biāo)的P

5、S二維建網(wǎng)方法獲得的結(jié)果精度。在PS鄰域差分相位模型參數(shù)估計(jì)中，提出了解空間搜索法。在依據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定解空間的大小、位置和搜索策略后，可較快地獲得參數(shù)的最佳估計(jì)值。同時(shí)對(duì)主影像和從影像大氣相位的估計(jì)方法作了改進(jìn)，在原有估計(jì)方法中增加了低通濾波處理步驟，這樣可消除大氣相位中可能存在的失相關(guān)噪聲的影響。對(duì)上海陸家嘴地面沉降的研究證實(shí)了解空間搜索法能有效、可靠地估計(jì)PS鄰域差分相位模型參數(shù)，改進(jìn)的大氣相位估計(jì)方法能有效削弱大氣相位中的失相關(guān)噪

6、聲。最后，應(yīng)用基于Matlab環(huán)境編寫的一套PS-DInSAR處理程序，成功探測(cè)了上海陸家嘴地區(qū)在1992～2002年間的地面沉降，獲得陸家嘴地區(qū)在10年內(nèi)的最大形變量為183.2mm，最小為78.4mm，總體平均形變速率為13.72mm/a，與實(shí)測(cè)結(jié)果具有很高的一致性。表明利用PS-DInSAR技術(shù)探測(cè)地表形變是可行的，本次研究結(jié)果以及相應(yīng)的算法和處理程序是有效而可靠的。此外，對(duì)形變和大氣相位的時(shí)空相關(guān)性做了統(tǒng)計(jì)分析，得出形變?cè)跁r(shí)間上