永久散射體雷達差分干涉理論及在上海地面沉降監(jiān)測中的應用.pdf

1、合成孔徑雷達差分干涉技術是新近發(fā)展起來的用于監(jiān)測大范圍地表形變的新技術，它具有精度高、視域廣等特點，可與基于點觀測的GPS和水準測量形成優(yōu)勢互補，為形變監(jiān)測和地球物理研究提供一種有效的空間對地觀測新途徑。但是，合成孔徑雷達差分干涉技術的應用受到失相關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差分干涉技術是目前克服失相關和大氣延遲的最有效方法。然而，該方法在一些關鍵數據處理方面(永久散射體探測、建網、模型解算)還存在問題

2、。為此，本文對永久散射體雷達差分干涉技術理論進行系統(tǒng)研究，對其中的關鍵算法作重點研究，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差分干涉技術探測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、大氣延遲和失相關噪聲對干涉相位的貢獻，闡明了合成孔徑雷達差分干涉探測地表形變的原理，為PS-DInSAR差分相位建模奠定了基礎。SAR影像精確配準是PS-DInSAR的基礎和關鍵步驟之一，論文通過對三

3、種SAR影像配準算法(相干系數法、相位差影像平均波動函數法、最大頻譜法)的比較研究，得出相干系數法的配準質量最好。在PS-DInSAR中，可采用相干系數法，并借助Doris軟件實現多幅時序SAR影像的配準。為提高PS識別的準確性與可靠性，本文提出了探測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的高信噪比特性。通過與其它方法的對比和對上海城市地區(qū)26幅：ERS-1/2衛(wèi)星SAR影像的PS探測實

4、驗，證實了振幅信息雙閾值法探測的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三維建網方法確定PS的鄰域關系。并且，在根據PS三維網絡求解得到PS鄰域差分值之后，采用間接平差法解決了PS三維網的幾何矛盾，獲得了各PS點的線性形變速率和高程誤差，并實現了各PS點差分干涉相位的解纏。同時引入穩(wěn)健估計方法抑制在平差過程中可能存在的粗差的影響。對上海陸家嘴地面沉降的研究證實，PS三維建網方法獲得的結果精度優(yōu)于基于像平面坐標的P

5、S二維建網方法獲得的結果精度。在PS鄰域差分相位模型參數估計中，提出了解空間搜索法。在依據先驗知識確定解空間的大小、位置和搜索策略后，可較快地獲得參數的最佳估計值。同時對主影像和從影像大氣相位的估計方法作了改進，在原有估計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噪聲的影響。對上海陸家嘴地面沉降的研究證實了解空間搜索法能有效、可靠地估計PS鄰域差分相位模型參數，改進的大氣相位估計方法能有效削弱大氣相位中的失相關噪

6、聲。最后，應用基于Matlab環(huán)境編寫的一套PS-DInSAR處理程序，成功探測了上海陸家嘴地區(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，與實測結果具有很高的一致性。表明利用PS-DInSAR技術探測地表形變是可行的，本次研究結果以及相應的算法和處理程序是有效而可靠的。此外，對形變和大氣相位的時空相關性做了統(tǒng)計分析，得出形變在時間上