● 摘要
合成孔径雷达干涉测量技术（Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR）是极具潜力的微波遥感技术。经过近40年的发展，InSAR技术从最初的数字高程图的获取，发展到差分干涉技术（DInSAR）地表形变的监测测量。DInSAR具有高形变敏感度、高空间分辨率、不受云雨天气制约和空中遥感等技术优势，是大范围、高精度的空间大地测量新技术，对于现有基于点观测的低空间分辨率的大地测量技术是很好的补充，在地震形变、火山运动、冰川漂移、城市沉降以及山体滑坡监测等方面表现出良好的应用前景。论文以地球遥感应用为出发点，将二轨干涉数据处理方法以及长时序大数据量的干涉处理方法，应用于地震断层、地表滑坡和地面沉降等灾害监测研究中，通过对大量InSAR数据的处理分析，获得了灾害监测所需要的先验信息，为地震等灾害预警提供重要的信息支撑。论文主要取得的研究成果如下：（1）研究了差分合成孔径雷达干涉测量地表形变的原理，以二轨干涉法为例，论述了DInSAR处理的流程，并详细分析了其中的关键技术。利用DInSAR技术对美国加州Hector Mine地震前后获得的两景ERS-2数据处理，得到了反映地震地表形变的同震干涉形变图，验证了处理方法的正确性。（2）针对影响干涉处理的数据相干性问题，论文从理论上分析了基线去相干、时间去相干、多普勒去相干等各类去相干源的产生原因，并对覆盖美国加州伯克利城区和山区的ALOS、ENVISAT、TerraSAR-X等大量实际SAR数据进行干涉处理和相干性计算，对比了不同SAR系统参数以及典型地物对相干性及干涉结果的影响，统计分析得出了典型地区的时间去相干规律。（3）针对时间去相干和大气效应对干涉的影响，论文提出了双星编队干涉构型，工作方式为一次航过用来测高、二次航过用来测形变。基于双星编队构型分析了主要误差源对系统测高和测形变性能的的影响，建立了误差传递模型，通过仿真分析了系统的高程测量精度和地表形变测量精度。（4）针对干涉处理时间去相干、基线去相干以及大气干扰等问题，研究了适合大数据量长时序下的干涉处理方法，包括相位累积法、最小二乘法（LS）、永久散射体法（PS-InSAR）和短基线集方法（SBAS）。根据永久散射体测量地表形变的原理，深入分析了PS-InSAR的处理过程，提出了以最小化去相干为准则，利用时间、空间、多普勒基线进行时序主图像的选取；为了提高PS点的可靠性和准确性，提出了结合幅度离差和相位一致性双重阈值进行PS点选择的方法；建立了PS点的干涉相位模型，重点分析了形变相位、几何相位误差、大气相位误差和轨道误差的在时间域和空间域的特性，进而通过频谱滤波获得地表形变相位和时序变化图。（5）在InSAR技术应用方面，以美国加州旧金山附近的复杂地质情况为研究内容，利用1992~2010年期间获得的大量ERS-1/2、ENVISAT、Radarsat-1和TerraSAR-X数据，运用干涉技术和永久散射体技术，分别对加州中部的San Andreas断层滑动、旧金山附近的Hayward断层滑动和伯克利山滑坡形变进行了监测分析，成功地定位了形变区域范围，定量地分析了形变趋势和速率，为地震等灾害预警提供了数据支持。