融合多源SAR影像的形變監(jiān)測研究.pdf

1、合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）作為一種新的空間對地觀測技術(shù)，發(fā)展于20世紀60年代。InSAR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用潛力。然而在地表形變監(jiān)測中，SAR相位的纏繞特征使得InSAR監(jiān)測精度受形變的時間演化趨勢以及空間變化程度的影響嚴重，導致實際應用中對SAR數(shù)據(jù)的時間分布以及數(shù)據(jù)量要求較高。此外，由于采用側(cè)視成像方式，InSAR技術(shù)監(jiān)測到的形

2、變僅是地表真實位移在雷達視線（Light of Sight，LoS）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。這些問題嚴重影響了InSAR技術(shù)的工程化應用。
　　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影像進行形變監(jiān)測提供了數(shù)據(jù)支撐，同時也為解決InSAR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

3、融合解決時序InSAR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，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

4、29景TSX數(shù)據(jù)的實驗結(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，并與水準資料相符，說明可以通過相互驗證評價結(jié)果的可靠性。同時實驗結(jié)果表明研究區(qū)域沉降較為劇烈，并有進一步加重的趨勢。
　?。?）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影像融合的時序InSAR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

5、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序InSAR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)的融合實驗結(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。
　?。?）提出了利用DInSAR技術(shù)進行長時間跨度形變監(jiān)測的新方法。通過對InSAR技術(shù)的有效性進行深入分析，指出大的相位梯度是限制DInSAR與小

6、數(shù)據(jù)集時序InSAR分析的關(guān)鍵因素，為此提出了基于低分辨率SAR數(shù)據(jù)支撐的長時間跨度DInSAR分析與小數(shù)據(jù)集時序InSAR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，均與水準觀測資料吻合。實驗結(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

7、像進行長時間跨度的地表形變監(jiān)測。該方法在擴展 TSX存檔數(shù)據(jù)的應用范圍同時，還可以有效控制形變監(jiān)測費用。
　?。?）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)測及開采沉陷預計提供了新的技術(shù)途徑。在深入分析了雷達視線向形變與地表三維形變空間關(guān)系的基礎上，推導了三維形變場解算模型。基于兩對ASAR影像與一對PalSAR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行了概率積分法