基于相干目标的DInSAR方法及其地表沉降应用研究

论文摘要

目前在我国16个省、市的近50个城市已经发生了地面沉降，每年造成的经济损失过亿，并已成为阻碍我国城市可持续发展的制约因素之一，因此必须采取有效的监控手段，对地面沉降区域进行全面监测，及时了解地面沉降的现状，准确预测地面沉降的发展趋势，从而提出有效的遏制或防治的对策。另一方面随着对地空间观测技术的发展，尤其是上世纪木发展的合成孔径雷达差分干涉测量(Differential SAR Interferometry DInSAR)技术，为人们提供了全天时全天候获取高精度的地表地形信息以及地表形变信息的空间技术手段，使得利用遥感技术进行地面沉降监测成为可能，但是地面沉降由于属于微小地表形变，一般时间跨度数年，因此利用传统的差分干涉测量技术将会严重受时间，几何去相干以及大气效应的影响，而使DInSAR对地面沉降的监测失效。 本论文在分析传统差分干涉测量的基础上，针对长时间序列地表形变监测的需要，利用传统干涉处理所获取的差分干涉相位图，积极开展基于相干目标的DInSAR的方法研究，选择在长时间序列上保持相干的像素点作为研究对象，利用所选相干点上的可靠相位信息，建立线性形变模型，进行精密SAR差分干涉测量相位分析，完成地表形变反演，并在此基础上，对苏州和沧州地区两个实验区域进行了地面沉降的实际应用研究，利用本文所介绍的基于CT的反演方法，获得了近8年的区域地表形变变化，并与实际的水准数据结果比较，显示了很好的一致性。 本文在开展基于CT的DInSAR研究中，主要进行了如下研究： 1、相干点的选择，作为长时间序列地表形变的研究对象，对相干点选择的准确度直接影响了最后反演的结果。本文通过分析相干目标在时空的统计特性基础上，说明了利用幅度时间序列的离散指数与利用时间序列相干系数阈值方法的一致性及差异性，针对大数据集的情况下，采用幅度时间序列的离散指数可以在保持图像分辨率的情况下获得准确的相干点集，而在有限的数据集情况下，由于数据量的有限使得图像的幅度统计特性无法完全正确进行估计，而采用了相干系数法，保证了CT点的正确性的同时，牺牲了一定的图像分辨率；

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 城市沉降监测的发展
• 1.2.2 合成孔径雷达干涉测量的发展
• 1.2.3 永久散射体差分干涉测量技术研究现状
• 1.3 研究内容及章节安排
• 1.4 论文的创新点
• 第二章 合成孔径雷达差分干涉处理基本原理及局限性分析
• 2.1 重复轨道SAR干涉测量
• 2.2.1 InSAR基本几何原理
• 2.2.2 星载合成孔径雷达干涉测量数据处理
• 2.2 差分干涉测量原理
• 2.3 合成孔径雷达干涉测量的限制因素
• 2.3.1 InSAR处理的去相干因素
• 2.3.2 InSAR处理的大气影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于相干目标分析的DInSAR方法
• 3.1 基于相干目标的DInSAR测量
• 3.1.1 DInSAR相位信号组分分析
• 3.1.2 基于相干目标的DInSAR处理
• 3.2 相干目标的选择
• 3.2.1 相干目标的选择方法
• 3.2.2 ERS-1/2 SLC图像的辐射标定
• 3.2.3 相干目标的选择及其稳定性分析
• 3.3 地表沉降的线性模型反演
• 3.3.1 现有地表沉降线性模型反演方法
• 3.3.2 整体相关系数与SVD联合的线性形变反演
• 3.4 本章小结
• 第四章 长时间序列的CT-DInSAR地面沉降应用研究——以苏州城区为例
• 4.1 苏州城区概况
• 4.2 苏州地区ERS-1/2实验数据介绍
• 4.3 苏州实验区数据处理
• 4.3.1 苏州地区图像标定
• 4.3.2 相干目标点的选取
• 4.3.3 干涉处理
• 4.3.4 基于相干目标的DInSAR处理
• 4.4 苏州地表沉降结果及讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于小数据集的CT-DInSAR地面沉降应用研究——以沧州地区为例
• 5.1 沧州地区概况
• 5.2 沧州地区实验数据描述
• 5.3 沧州地区数据处理
• 5.3.1 相干目标的选取
• 5.3.2 干涉处理
• 5.3.3 基于相干目标的DInSAR处理
• 5.4 沧州地区地表沉降结果及讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于相干目标D-InSAR的处理系统
• 6.1 CAESAR-XInSAR
• 6.1.1 CAESAR-XInSAR开发目的及开发策略
• 6.1.2 CAESAR-XInSAR的数据组织结构
• 6.1.3 CAESAR-XInSAR主要功能模块
• 6.2 基于相干目标的DInSAR处理平台（CT-DInSAR）
• 6.2.1 引言
• 6.2.2 CT-DInSAR主要数据结构组织
• 6.2.3 CT-DInSAR主要功能模块
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 附录
• 致谢