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基于ERS-2/ENVISAT交叉干涉建模提取DEM及精度评定-以阿拉斯加地区为例

作　者: 武帅莹
导　师: 刘国祥
学　校: 西南交通大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 合成孔径雷达交叉干涉测量数字高程模型外部DEM辅助配准
分类号: TN957.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

干涉合成孔径雷达测量技术(InSAR)是于二十世纪六十年代末出现的一门新兴微波遥感技术,并在随后的研究和应用中得到迅速发展,成功地应用于地形测绘、地表形变及灾害监测等领域,并成为生成数字高程模型(DEM)产品的重要手段之一。进入二十一世纪初期,随着欧空局(ESA) ENVISAT卫星的发射成功,可获取的星载影像数量得到增加,为InSAR领域带来了新的机遇和挑战。同时,InSAR技术的局限性也成为雷达领域研究的重点和热点。本文首先对雷达系统(包括RAR和SAR)和雷达干涉测量(InSAR)的基本原理进行了简要介绍,并针对InSAR数据处理的流程给出了详细的分析,且进一步分析了干涉几何参数对地形测量结果的影响。在此基础上,深入分析了干涉相位的几个主要的分量以及利用星载InSAR生成DEM的技术局限性,主要包括：时间失相干(地表变化所致)、空间失相干(空间基线过长所致)、大气延迟等负面影响,这使得利用InSAR技术难以获取高精度DEM。合成孔径雷达交叉干涉测量(CInSAR)技术可以弥补InSAR技术中存在的缺陷。CInSAR中由于影像频率间存在微小差异从而克服了基线限制这一约束条件,可同时满足干涉生成DEM中长空间基线和短时间基线的干涉条件。本文对CInSAR的基本原理及数据处理进行了详细介绍,并着重分析了CInSAR中的关键技术问题：不同平台SAR影像的配准。针对常规配准方法在长基线或地形起伏剧烈地区影像对配准中的不足,提出了基于外部DEM进行辅助配准的多级配准方法及其技术方案,解决了CInSAR影像对配准的问题。本文选取阿拉斯加极北地区为研究区域,并以C波段ERS-2和ENVISAT于2008年1月25日获取的两幅影像为实验数据。文中首先基于两种数据的成像参数分析了交叉干涉的可行性,然后进行影像配准及交叉干涉DEM提取研究。最后对ERS-ENVISAT DEM进行精度分析,将其与外部NED DEM数据进行比较,并基于二者的差异进行了CInSAR轨道误差建模分析。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-17
  1.1 论文研究问题的提出及意义  10-12
  1.2 国内外研究现状及分析  12-15
  1.3 主要研究内容及论文组织结构  15-17
第二章雷达系统和InSAR理论  17-39
  2.1 引言  17
  2.2 雷达系统原理  17-25
    2.2.1 雷达系统-真实和合成孔径雷达  17-19
    2.2.2 雷达系统分辨率  19-21
    2.2.3 雷达影像特性  21-25
  2.3 SAR干涉测量基本原理  25-30
    2.3.1 InSAR系统几何关系  25-26
    2.3.2 InSAR几何模型  26-28
    2.3.3 InSAR测高原理  28-30
  2.4 SAR数据干涉处理流程  30-38
  2.5 本章小节  38-39
第三章雷达干涉测量相位构成分析  39-48
  3.1 引言  39
  3.2 参考椭球趋势面相位分析  39-40
  3.3 地形相位分析  40-41
  3.4 形变相位分析  41-42
  3.5 InSAR误差传播分析  42-45
  3.6 星载InSAR生成DEM的局限性  45-47
  3.7 本章小节  47-48
第四章 ERS-2/ENVISAT交叉干涉测量  48-57
  4.1 引言  48
  4.2 CInSAR技术基本原理  48-52
  4.3 CInSAR存在的关键性问题  52-54
  4.4 常规配准方法原理及其局限性分析  54-55
  4.5 本章小结  55-57
第五章基于CInSAR技术提取Alaska极北区域DEM  57-82
  5.1 引言  57
  5.2 交叉干涉研究数据的介绍  57-63
    5.2.1 卫星参数简介  57-60
    5.2.2 影像数据和研究区域  60-61
    5.2.3 精密轨道数据  61
    5.2.4 NED DEM数据  61-63
  5.3 ERS-2/ENVISAT数据干涉处理流程  63-81
    5.3.1 原始影像选取  65-66
    5.3.2 初数据处理  66-69
    5.3.3 ERS-2/ENVISAT影像对配准  69-73
    5.3.4 交叉干涉图生成  73-75
    5.3.5 相干系数估计  75-76
    5.3.6 去平地效应及滤波  76-78
    5.3.7 相位解缠  78-79
    5.3.8 生成高程图  79-81
  5.4 本章小节  81-82
第六章 CInSAR DEM精度评定  82-90
  6.1 引言  82
  6.2 轨道误差建模分析  82-87
  6.3 CInSAR DEM精度评定  87-89
  6.4 本章小节  89-90
结论  90-92
致谢  92-93
参考文献  93-96

基于ERS-2/ENVISAT交叉干涉建模提取DEM及精度评定-以阿拉斯加地区为例

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