【摘要】：合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)是上世紀(jì)50年代發(fā)展的新一代主動式微波成像遙感系統(tǒng),它可以全天時、全天候地對地面進(jìn)行重復(fù)性觀測,已被廣泛應(yīng)用于各類地表觀測技術(shù)中。合成孔徑雷達(dá)差分干涉(Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry,DInSAR)測量技術(shù)即是利用SAR系統(tǒng)以相近角度對同一地區(qū)拍攝的兩景圖像提供的相位差值來提取大范圍、高精度的連續(xù)地表形變場,成為了地表形變監(jiān)測應(yīng)用中最具發(fā)展?jié)摿Φ臏y量技術(shù)之一。2014年4月,歐空局成功發(fā)射了新一代的搭載SAR系統(tǒng)的遙感衛(wèi)星Sentinel-1,并免費(fèi)向社會提供密集的全球SAR觀測影像。Sentinel-1具有多種觀測模式,其中觀測陸地的默認(rèn)模式為干涉寬幅(Interferometric Wide Swath,IW)模式。傳感器在IW模式下采用了先進(jìn)的遞進(jìn)掃描式對地觀測模式(Terrain Observation with Progressive Scans,TOPS),可獲取在距離向上具有3個子條帶的影像。相比傳統(tǒng)的條帶(Strip)掃描方式,TOPS模式在有效提高SAR圖像覆蓋范圍的同時,縮短了SAR衛(wèi)星的重訪周期。因此在DInSAR數(shù)據(jù)處理中,使用TOPS模式下拍攝的數(shù)據(jù)相比Strip模式更容易獲取大面積的相干性較高的干涉信息。但是,傳統(tǒng)的Strip模式下獲取數(shù)據(jù)的DInSAR處理方案無法直接應(yīng)用到TOPS模式數(shù)據(jù)下。TOPS模式給DInSAR數(shù)據(jù)處理帶來了以下兩個主要難點(diǎn):1)TOPS數(shù)據(jù)的最小單元是一個Burst,要獲取寬幅影像首先需要進(jìn)行影像拼接;2)存在較大方位向形變的“非靜態(tài)場景”,如地震同震形變,給圖像配準(zhǔn)操作帶來較大困難。造成第二個處理難點(diǎn)的主要原因是在TOPS模式下,多普勒中心頻率在觀測過程中是一直變化的,一個微小的方位向配準(zhǔn)誤差便會在Burst間引入較大的方位向相位跳變,因此對圖像配準(zhǔn)精度提出了更高的要求,通常采用配準(zhǔn)精度較高的ESD算法,但該方法通常只能在方位向沒有形變或形變很小的“靜態(tài)場景”下使用,不能適用于“非靜態(tài)場景”,這是由于傳統(tǒng)的幾何配準(zhǔn)法可能無法完全補(bǔ)償相位模糊項(xiàng),導(dǎo)致Burst間的差分干涉相位不能被直接用于ESD算法中。本文通過深入研究TOPS觀測模式的基本原理,詳細(xì)分析TOPS數(shù)據(jù)的DInSAR處理難點(diǎn),探索相應(yīng)的解決方案。為此,本文的主要研究工作如下:(1)對比傳統(tǒng)Strip數(shù)據(jù)DInSAR處理流程,基于TOPS模式的工作原理,詳細(xì)分析該模式獲取數(shù)據(jù)的DInSAR處理難點(diǎn)。(2)設(shè)計一個較為通用的針對“非靜態(tài)場景”的TOPS數(shù)據(jù)DInSAR處理方案。該方案分為5個模塊,分別是DEM預(yù)處理模塊、預(yù)配準(zhǔn)模塊、像素偏移量配準(zhǔn)模塊、SD配準(zhǔn)模塊和ESD配準(zhǔn)模塊。本文采用了2016年4月14日日本熊本地震的Sentinel-1同震InSAR圖像對設(shè)計方案的有效性進(jìn)行了測試,獲取的同震形變場中不包含明顯的相位跳變,驗(yàn)證了設(shè)計方案的有效性。(3)將TOPS數(shù)據(jù)應(yīng)用到多基線DInSAR地表形變監(jiān)測中。本文使用了54景拍攝于京津冀地區(qū)的Sentinel-1 SAR數(shù)據(jù),獲取了該地區(qū)大面積的連續(xù)地表形變場。
【圖文】：

(b)圖 2.3 干涉圖示例(a)及其相應(yīng)去平地效應(yīng)后干涉圖(b)gure2.3 An example interferogram(a) and its corresponding “flattened” interferogram設(shè)在兩幅 SAR 圖像拍攝時間間隔期間無地表形變發(fā)生，則由圖 2.2可得[52, 53]： 4Bsin 為基線長度， 為基線與水平方向夾角， 為傳感器視角。不考慮參狀態(tài)，相位差值可表示為： 0 04Bsin 0為傳感器對參考平面視角。實(shí)際的地形變化將導(dǎo)致傳感器視角的變中移除，，可得去平地效應(yīng)后的干涉相位(見圖 2.3(b))： 0 04cosflatB 為 與0 的差值。根據(jù)圖 2.2 所示幾何關(guān)系可知：

配準(zhǔn)配準(zhǔn)差分干涉圖生成干涉圖地形相位模擬圖 2.4 兩路差分干涉處理流程Figure2.4 Two-pass DInSAR processing chain為了簡便起見，一景輸入 SAR 圖像被稱為主圖像(通常拍攝時間更早的那景像被當(dāng)作主圖像)，另一景圖像被稱為輔圖像。本文使用 COSMO-SkyMed 衛(wèi)星拍攝的兩景攝于湖北咸寧地區(qū)的 SAR 數(shù)據(jù)與 DEM 根據(jù)以上處理流程進(jìn)行相應(yīng)干涉差分處理。將拍攝于 2016 年 3 月 15 日的圖像作為主圖像，拍攝于 2016 年月 28 日的圖像作為輔圖像。主、輔圖像強(qiáng)度圖分別如下圖 2.5(a)及 2.5(b)所示。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN957.52

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2615020