融合多源SAR影像的形變監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）作為一種新的空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，發(fā)展于20世紀(jì)60年代。InSAR技術(shù)以其大范圍、高精度、高分辨率、非接觸式對(duì)地觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在快速獲取大范圍尤其是困難測(cè)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(cè)中，SAR相位的纏繞特征使得InSAR監(jiān)測(cè)精度受形變的時(shí)間演化趨勢(shì)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(duì)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，InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)到的形

2、變僅是地表真實(shí)位移在雷達(dá)視線（Light of Sight，LoS）向上的一維投影信息，無(wú)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InSAR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(tái)、多空間分辨率、不同波長(zhǎng)、不同視角的多維度對(duì)地觀測(cè)，為融合多源SAR影像進(jìn)行形變監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也為解決InSAR形變監(jiān)測(cè)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(shí)序InSAR地表形變監(jiān)測(cè)精度的優(yōu)化問題、解決少量SAR數(shù)據(jù)源無(wú)法有效監(jiān)測(cè)形變的難題、解決礦區(qū)三維形變場(chǎng)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(duì)比分析了不同SAR影像監(jiān)測(cè)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(cè)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

4、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(shuō)明可以通過相互驗(yàn)證評(píng)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(shì)。
　?。?）開展了多源SAR影像的融合研究，提出了基于不同波長(zhǎng)、不同分辨率的多源SAR影像融合的時(shí)序InSAR優(yōu)化解算方法，用于提高形變監(jiān)測(cè)精度。該算法的策略為：采用長(zhǎng)波長(zhǎng)、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(zhǎng)、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(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?cè)诳臻g分布上更加合理，并且形變監(jiān)測(cè)精度也得到改善。
　?。?）提出了利用DInSAR技術(shù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跨度形變監(jiān)測(cè)的新方法。通過對(duì)InSAR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DInSAR與小

6、數(shù)據(jù)集時(shí)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(zhǎng)時(shí)間跨度DInSAR分析與小數(shù)據(jù)集時(shí)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(jìn)行相位解纏，保證形變監(jiān)測(cè)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(cè)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

7、像進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跨度的地表形變監(jiān)測(cè)。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(cè)費(fèi)用。
　?。?）提出了融合多源SAR影像提取礦區(qū)三維形變場(chǎng)并反演概率積分法參數(shù)的方法，為礦區(qū)地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)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(chǎng)解算模型?；趦蓪?duì)ASAR影像與一對(duì)PalSAR影像提取了某礦的地表三維形變場(chǎng)，并根據(jù)垂直向與東西向形變場(chǎng)進(jìn)行了概率積分法