【摘要】：合成孔徑雷達(dá)干涉測量(In SAR)作為一種新的空間對地觀測技術(shù),發(fā)展于20世紀(jì)60年代。In SAR技術(shù)以其大范圍、高精度、高分辨率、非接觸式對地觀測的優(yōu)勢,在快速獲取大范圍尤其是困難測區(qū)的地形信息方面具有極大的應(yīng)用潛力。然而在地表形變監(jiān)測中,SAR相位的纏繞特征使得In SAR監(jiān)測精度受形變的時(shí)間演化趨勢以及空間變化程度的影響嚴(yán)重,導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中對SAR數(shù)據(jù)的時(shí)間分布以及數(shù)據(jù)量要求較高。此外,由于采用側(cè)視成像方式,In SAR技術(shù)監(jiān)測到的形變僅是地表真實(shí)位移在雷達(dá)視線(Light of Sight,Lo S)向上的一維投影信息,無法全面反映其在三維空間中的位移狀況。這些問題嚴(yán)重影響了In SAR技術(shù)的工程化應(yīng)用。隨著不同成像參數(shù)SAR衛(wèi)星的發(fā)射升空,目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)多衛(wèi)星平臺、多空間分辨率、不同波長、不同視角的多維度對地觀測,為融合多源SAR影像進(jìn)行形變監(jiān)測提供了數(shù)據(jù)支撐,同時(shí)也為解決In SAR形變監(jiān)測中的技術(shù)限制提供了突破口。為此,本文致力于通過多源SAR影像的融合解決時(shí)序In SAR地表形變監(jiān)測精度的優(yōu)化問題、解決少量SAR數(shù)據(jù)源無法有效監(jiān)測形變的難題、解決礦區(qū)三維形變場以及概率積分法參數(shù)反演問題,主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)對比分析了不同SAR影像監(jiān)測地表沉降的精度與能力。根據(jù)ASAR與TSX衛(wèi)星的成像參數(shù)分析了兩種SAR數(shù)據(jù)在形變監(jiān)測方面的特點(diǎn),提出了基于ASAR數(shù)據(jù)的TSX數(shù)據(jù)最優(yōu)化選取策略,提出了通過多源SAR數(shù)據(jù)的相互印證以分析結(jié)果可靠性的策略。天津市西郊14景ASAR與29景TSX數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用ASAR與TSX數(shù)據(jù)提取的形變速率吻合程度高,并與水準(zhǔn)資料相符,說明可以通過相互驗(yàn)證評價(jià)結(jié)果的可靠性。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研究區(qū)域沉降較為劇烈,并有進(jìn)一步加重的趨勢。(2)開展了多源SAR影像的融合研究,提出了基于不同波長、不同分辨率的多源SAR影像融合的時(shí)序In SAR優(yōu)化解算方法,用于提高形變監(jiān)測精度。該算法的策略為:采用長波長、低空間分辨率的SAR數(shù)據(jù)(如ASAR)解算初始形變信息,并將其從短波長、高空間分辨率SAR(如TSX)干涉相位中去除,然后基于殘余相位通過時(shí)序In SAR分析解算出殘余形變信息。天津市西郊14景ASAR與29景TSX數(shù)據(jù)的融合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:同僅用TSX數(shù)據(jù)的形變結(jié)果相比,采用融合算法提取的地表形變在空間分布上更加合理,并且形變監(jiān)測精度也得到改善。(3)提出了利用DIn SAR技術(shù)進(jìn)行長時(shí)間跨度形變監(jiān)測的新方法。通過對In SAR技術(shù)的有效性進(jìn)行深入分析,指出大的相位梯度是限制DIn SAR與小數(shù)據(jù)集時(shí)序In SAR分析的關(guān)鍵因素,為此提出了基于低分辨率SAR數(shù)據(jù)支撐的長時(shí)間跨度DIn SAR分析與小數(shù)據(jù)集時(shí)序In SAR分析的方法。該方法通過低分辨率SAR數(shù)據(jù)去除大部分形變信息,減緩高分辨SAR影像中形變相位的梯度變化,因而可以有效進(jìn)行相位解纏,保證形變監(jiān)測精度。采用該方法分別利用天津市西郊2景與11景TSX影像提取出的地表形變信息,均與水準(zhǔn)觀測資料吻合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該方法有效降低了TSX影像的數(shù)據(jù)量需求,可以利用少量的TSX影像進(jìn)行長時(shí)間跨度的地表形變監(jiān)測。該方法在擴(kuò)展TSX存檔數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍同時(shí),還可以有效控制形變監(jiān)測費(fèi)用。(4)提出了融合多源SAR影像提取礦區(qū)三維形變場并反演概率積分法參數(shù)的方法,為礦區(qū)地表移動監(jiān)測及開采沉陷預(yù)計(jì)提供了新的技術(shù)途徑。在深入分析了雷達(dá)視線向形變與地表三維形變空間關(guān)系的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了三維形變場解算模型�；趦蓪SAR影像與一對Pal SAR影像提取了某礦的地表三維形變場,并根據(jù)垂直向與東西向形變場進(jìn)行了概率積分法參數(shù)的反演,所獲得的概率積分法參數(shù)與礦區(qū)實(shí)際地表移動規(guī)律相符。采用反演參數(shù)進(jìn)行了開采沉陷預(yù)計(jì),預(yù)計(jì)結(jié)果與水準(zhǔn)觀測資料一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該方法用于礦區(qū)地表移動概率積分法參數(shù)反演及預(yù)測是可行的。該方法彌補(bǔ)了離散地表監(jiān)測點(diǎn)不能全面描述真實(shí)地表形變信息的缺陷,豐富了礦區(qū)地表移動監(jiān)測手段。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P227;P23
【圖文】：

InSAR 技術(shù)原理rinciple of InSAR InSAR 技術(shù)（InSAR）.1 干涉 SAR 工作模式干涉 SAR 的工作模式可分為：垂軌干涉（Cross-Track InSAR）、順軌long-Track InSAR）與重軌干涉（Repeat-Track InSAR）。垂軌干涉一般安裝兩幅天線，其中一副天線可以發(fā)射并接收雷達(dá)波信號天線僅用于接收回波信號。兩幅天線接收的回波信號幾乎不存在時(shí)間兩個(gè)信號之間具有良好的相干性。并且兩幅天線之間存在一定的距離，觀測視角存在微小差異。通過干涉處理提取出相位差之后，根據(jù)成像幾可以獲取高程信息。該模式多用于機(jī)載系統(tǒng)。在 2000 年，通過航天飛形測繪任務(wù)（Shuttle Radar Topography Mission）提供的數(shù)字高程模型（Dation Models, DEM）SRTM-DEM 就是采用該模式生成的。

圖 2-2 順軌干涉示意圖Figure 2-2 Sketch Map of Along-Track InSAR模式采用一副天線發(fā)射并接收雷達(dá)波信號，通過不干涉處理。該模式多用于星載 SAR 系統(tǒng)中，通過干。如果能夠去除地形信息，還可用于監(jiān)測地表形變信析等。

12圖 2-3 重軌干涉示意圖Figure 2-3 Sketch Map of Repeat-Track InSAR說明，本論文中涉及到的 InSAR、DInSAR 以及時(shí)序軌干涉模式。R 技術(shù)反演地表高程原理術(shù)利用目標(biāo)信號的相干性，對同一地區(qū)的兩幅不同視取目標(biāo)信息。利用重復(fù)軌道模式下獲取的 SAR 衛(wèi)星標(biāo)高程的原理如圖 2-4 所示。圖中，1S 與2S 分別表

本文編號：2748659