【摘要】：憑借快速、全天時、全天候、高分辨率等突出優(yōu)勢,合成孔徑雷達干涉測量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技術在地形測繪和地表形變監(jiān)測等方面發(fā)揮了巨大作用。但是在重復軌道InSAR技術發(fā)展中,大氣效應尤其是隨時空變化較快的大氣水汽會造成SAR回波的時間延遲,引起的測高誤差可達數(shù)十米、形變測量誤差達分米量級。為了定量研究并減弱大氣水汽對重復軌道InSAR測高的影響,探索采用InSAR技術的大氣水汽含量反演方法,本文研究了大氣水汽含量及其分布模式對InSAR測高的影響規(guī)律和利用InSAR數(shù)據(jù)的大氣水汽水汽含量反演的方法。論文的主要工作和創(chuàng)新點包括:1.分析梳理了大氣水汽對InSAR測高的影響及水汽含量反演的研究現(xiàn)狀。介紹了InSAR技術的背景與優(yōu)勢和InSAR技術發(fā)展現(xiàn)狀,理論推導了大氣水汽對InSAR測高與DInSAR形變監(jiān)測的影響公式,分析了大氣水汽對InSAR測量的影響校正和水汽反演的研究現(xiàn)狀及現(xiàn)存問題。2.設計了大氣水汽對重復軌道InSAR測高影響的仿真方案,并定量研究了不同參數(shù)情況下大氣水汽對測高的影響規(guī)律。該方案采用雷達衛(wèi)星條帶模式成像參數(shù)和給定的基線參數(shù),結合垂直分層水汽模型計算的水汽延遲相位,由DEM仿真受水汽影響的InSAR干涉相位,并根據(jù)仿真的干涉相位反演高程信息,統(tǒng)計高程誤差并分析大氣水汽對InSAR測高的影響,分別將水汽含量、基線長度和入射角作為單一變量,定量分析了大氣水汽在不同參數(shù)下對高程測量的影響規(guī)律,給出了InSAR測高中削減大氣水汽影響的經(jīng)驗。3.研究了不同分布模式大氣水汽對InSAR測高的影響規(guī)律。為了研究不同分布模式水汽對重復軌道InSAR測高精度的影響及基線估計對系統(tǒng)誤差校正作用,本文仿真不同分布模式的水汽模型,對主、輔SAR數(shù)據(jù)進行干涉處理,反演受水汽影響高程并統(tǒng)計分析控制點高程誤差,研究不同水汽分布特征對InSAR測高的影響規(guī)律。實驗結果表明分布均勻的水汽近似系統(tǒng)噪聲,干涉處理中的基線估計對其有誤差配賦作用,但是不能削弱分布不均勻水汽。4.提出了利用重復軌道InSAR影像反演水汽含量的方法。針對無地表形變的重復軌道SAR數(shù)據(jù),干涉處理生成干涉圖,根據(jù)影像參數(shù)和基線參數(shù),結合DEM仿真雷達坐標系下的地形相位,從干涉相位中去除地形相位并濾波從而反演高分辨率、連續(xù)的大氣水汽含量,干涉圖反演的水汽變化特征對研究區(qū)域的降水發(fā)生和發(fā)展趨勢有重要預測作用。實驗結果表明時間間隔短、相干性好的SAR數(shù)據(jù)可以反演高分辨率、連續(xù)的水汽含量,這對高精度氣象理解與預報有重大意義。
【圖文】：

(a) 洛陽地區(qū)仿真水汽含量 (b) 登封地區(qū)仿真水汽含量圖 3-3 仿真水汽含量由于 InSAR 測量中大氣水汽對 SAR 數(shù)據(jù)的影響體現(xiàn)在延遲相位上，所以將可降水量轉換到延遲相位，然后根據(jù)相位-距離轉換公式轉換為大氣延遲相位。其中可降水含( )pwvP Z與天頂濕延遲（Zenith Wet Delay, ZWD）zwdR 的關系為：zwd pwvR P (3-2式中Π 是無量綱轉換因子[77]，具有明顯的季節(jié)性和緯度性變化特性，在粗略計算時，可以近似取平均數(shù) 6.2。由于 SAR 的成像方式為側視成像，需要將垂直方向天頂濕延遲zwdR 映射到雷達視線向（Line of Sight, LOS），，然后轉換為大氣延遲相位atm ，如公式(3-26)：4coszwdatm R (3-2其中 θ 是各 SAR 圖像像元對應的側視角。若計算出 SAR 圖像像點坐標( x , y )處的水汽延遲相位為atm ，相應像元下的地形相

圖 3-4 實驗區(qū) SRTM DEM參數(shù)參考 ENVISAT ASAR 和 ERS-1 衛(wèi)星采量( , , )s s sX Y Z 和瞬時速度矢量 ( , , )x y ZV V V，系表 3-1 仿真所用參數(shù)距延遲(km)方位向采樣間隔(m)距離向采樣間隔(m)波長(cm)基線(m)830 24 20 5.67 80 區(qū) SRTM DEM 仿真無噪聲的干涉相位，進部干涉圖如圖 3-5，可見大部分條紋清晰。
【學位授予單位】：解放軍信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P407

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本文編號：2666990