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PS InSAR关键技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究

作　者: 陶秋香
导　师: 刘国林
学　校: 山东科技大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 永久散射体差分干涉测量矿区地面沉降配准形变量估计
分类号: TD325.4
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

虽然目前世界上已有很多利用PS InSAR或D-InSAR监测地面沉降的成功实例,但该技术在地面沉降监测方面的应用还没有进入业务化运行。一方面受制于目前的数据状况,另一方面某些关键技术,如低相干SAR图像对的配准、PS点的有效识别与选取、形变量的高精度估算等还有待进一步改进和完善。本文在国家“863”高技术研究发展计划(2009AA12Z147—B子课题)和国家自然科学基金(No.40874001)等相关项目的资助下,对PS InSAR若干关键技术、D-InSAR和PS InSAR在矿区地面沉降监测中的应用进行了全面系统的研究,主要内容包括以下几个方面：(1)作为全文研究的理论基础,深入研究了星载SAR、InSAR、D-InSAR以及PSInSAR的基本原理、工作模式等,形成了实用化的数据处理流程和方法,并对它们的一些关键技术和所用算法进行了较详细的分析和研究。(2)对PS InSAR差分干涉图生成过程中的关键技术进行了系统研究,具体如下：(Ⅰ)分析和研究了基于DESCW和综合相关系数γm的公共主图像优化选取方法在一系列时序SAR图像中优化选取一幅或多幅公共主图像的原理和实用化数据处理流程。在综合考虑空间垂直基线、时间基线和多普勒质心频率基线对干涉图去相关影响的基础上,提出并实现了一种基于DESCW与三基线和最小的公共主图像优化选取方法。通过试验对两种方法进行了详细的比较和分析；(Ⅱ)深入细致地研究了SAR图像对配准的基本步骤、常用方法。针对低相干SAR图像对的配准问题,提出并实现了一种基于加权最小二乘的PSInSAR精配准新方法,给出了该方法的原理、数据处理基本步骤和实现算法,并结合具体的试验数据验证了该方法的有效性；(Ⅲ)研究和分析了外部DEM的两种获取途径和差分干涉图的生成过程。(3)对PS InSAR数据处理中永久散射体的识别与选取问题进行了深入细致的研究。主要包括：(Ⅰ)系统研究和分析了现有各种永久散射体识别与选取方法的基本原理,形成了永久散射体识别与选取的实用化数据处理流程和方法；(Ⅱ)将小波滤波理论引入到永久散射体的识别与选取中,提出并实现了一种基于小波相位分析的PS点识别与选取方法,结合具体的SAR图像进行试验,从理论和试验研究两个方面对其可行性进行了验证和分析。(4)对形变量的估计模型和算法进行了深入研究。全面系统地比较和分析了现有PS InSAR技术探测地表形变的函数模型、解算方法,总结出各种PS InSAR技术监测地面沉降的实用化数据处理流程；系统总结了基于双点差分相位分析和多种滤波方法的PSInSAR技术探测地面沉降的原理和实用化数据处理流程；结合具体的SAR图像并借助StamPS进行了形变量的估算试验。(5)以济北地区某些矿区地面沉降为研究对象,结合具体的SAR数据,开展了D-InSAR和PS InSAR在矿区地面沉降监测中的应用试验。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
1 绪论  13-24
  1.1 选题意义与研究背景  13-14
  1.2 国内外研究现状与发展动态  14-21
  1.3 研究的技术路线与论文组织  21-24
2 SAR干涉测量原理、算法与应用  24-49
  2.1 星载SAR成像原理与图像特征  24-27
  2.2 InSAR成像原理、工作模式与数据处理流程  27-38
  2.3 D-InSAR成像原理、工作模式与数据处理流程  38-46
  2.4 PS InSAR的原理、数据处理流程及其关键技术  46-49
3 差分干涉图的生成  49-81
  3.1 公共主图像的优化选取  49-64
  3.2 永久散射体差分干涉测量中SAk图像的配准  64-76
  3.3 DEM的获取和差分干涉图的生成  76-81
4 永久散射体的识别与选取  81-105
  4.1 永久散射体(PS点)的定义与地物类型  81-82
  4.2 常用的永久散射体的识别与选取方法  82-88
  4.3 基于小波相位分析的PS点识别与选取方法  88-94
  4.4 PS点识别与选取试验及结果分析  94-105
5 形变量估计模型与算法  105-135
  5.1 基于单点缠绕相位分析和线性形变假设的PS InSAR技术  105-114
  5.2 基于双点差分相位分析和线性形变假设的PS InSAR技术  114-116
  5.3 基于单点解缠相位分析和线性形变假设的PS InSAR技术  116-118
  5.4 基于双点差分相位分析和非线性形变假设的PS InSAR技术  118-127
  5.5 基于双点差分相位分析和多种滤波方法的PS InSAR技术  127-132
  5.6 形变量估算试验与结果分析  132-135
6 D-InSAR/PS InSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用  135-155
  6.1 济宁矿产分布及其地面沉降危害  135
  6.2 D-InSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用  135-146
  6.3 PS InSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用  146-155
7 结论与展望  155-159
  7.1 论文主要研究成果和创新点  155-156
  7.2 下一步的工作  156-158
  7.3 展望  158-159
致谢  159-160
参考文献  160-172
攻读博士期间主要成果  172-173

PS InSAR关键技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究

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