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题目:星载差分干涉SAR关键技术研究

关键词:DInSAR;PS-DInSAR;相关性;干涉相位;误差分布;总体性能

  摘要


星载差分干涉SAR(Differential Interferometric SAR,DInSAR)基于SAR成像技术原理,并发展于InSAR对地观测理论,有着全天时、全天候、全球覆盖、图像连续、精度高、成本低、发展前景好等一系列优势,其高程测量精度可达到m级别,而形变测量精度可达到cm甚至mn级别,在火山运动、地震、板块漂移、森林探测、地表沉降等地表高程与形变检测任务中,起到了愈发重要的作用,受到国际专家学者与各领域的广泛关注,也成为了近年来SAR应用的热点研究内容之一。

本论文从干涉测量基本原理出发,阐述了星载InSAR的测量方法及地表高程测量原理,并基于此,引出了星载DInSAR地表形变检测基本原理,并就常规DInSAR检测方法——二轨法、三轨法与四轨法,分别描述其处理流程以及形变检测模型,并比较分析它们之间的差别:二轨法简单易实现且实际运用较多;三轨法比二轨法精度高,但成本也相应提高,并逐渐替代二轨法被各领域广泛运用;四轨法虽然精度最高,但其成本过高且实现较困难,并没有被广泛使用。最后,论文对干涉相位的组成进行了系统分析,为后文的总体性能研究做了铺垫。

本文第二部分主要就配准方法对常规星载DInSAR形变检测的影响进行了讨论与分析。首先,本章阐述了SAR图像对相关性,并对配准流程进行了概述。然后,作者提出了配准方法需要根据地表形变方式做调整的观点并分别就不同形变方式,提出了地表形变检测条件。对于配移动点方法(针对大范围地表漂移情况),地表相对于卫星位置的远离,等效于基线的减小,因此有益于图像间的相关性;而对于配不动点方法(针对小区域的地表形变情况),地表的形变越大,则相关性越差,当相关性低于某一个值时,系统不能进行处理,从而得到地表最大检测量;

本文最后两部分,分别就常规星载DInSAR与PS-DInSAR方法进行了总体性能模型的建立,并通过该模型,对几种常用工作模式进行仿真验证与比较分析。结果中印证了三轨法的总体性能优于二轨法,PS-DInSAR优于常规检测方法的讨论,且比较分析得知,地形与地貌对于常规方法性能的影响比较严重,但三轨法相比于二轨法有着更好的表现;而PS-DInSAR技术更适用于处理山地等植被高度较大的地貌区域,因为它可以很好地去除植被所带来的相位误差,且它可以很好地解决系统时间基线与空间基线较大的问题,但地表的坡度对于该技术的影响比较大。

本文的讨论对于后续的星载DInSAR总体设计有着突出的贡献,在设计时,可以根据本文的思想,根据地表观测区域的地形、地貌、形变类型等情况,采用不同的工作模式、系统基线、系统波位、处理方法等,从而达到最好的地表观测效果。