低相干雷达干涉信息相位解缠技术研究与应用

论文摘要

随着空间信息技术特别是雷达遥感技术的发展,合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）技术得到了迅速发展。近年来在InSAR基础上发展起来的差分雷达干涉测量（Differential Interferometic SAR,D-InSAR）技术对于地表形变的变化非常敏感,且监测精度较高（毫米级）,加上它具有全天候、范围广、成本低等独特优势,已经越来越广泛地应用于地表形变监测中。然而在实际应用中,由于受到雷达系统自身成像几何限制、系统热噪声去相干、时间去相干以及空间基线去相干等诸多因素的影响,SAR影像常常发生几何畸变,生成的干涉条纹图相干性较低,常常出现不连续或跳跃现象,这些都使得最终获得的地表形变量精度与理论值相差甚远。因此,本文对InSAR/D-InSAR数据处理过程的最关键步骤之一----相位解缠技术进一步研究,使得这项技术更好地应用到地面沉降监测应用中,这是值得深入研究的热点和前沿技术问题,具有较强的现实意义和科学价值。本文对干涉雷达技术相关的文献进行了全面检索与分析,较为全面详尽地介绍了相位解缠技术的国内外研究现状和InSAR技术基本原理;详细介绍了现有的各种InSAR相位解缠算法,比较各种算法的优缺点并分析其适用性,对其中适合在实际InSAR相位解缠中应用的算法进行了仿真实验;在总结分析相位解缠阻扰因素的基础上,提出了一种针对不连续干涉条纹图的相位解缠方法,并成功应用于汶川震区的地表形变监测中。取得的主要成果如下:⑴提出了一套针对低相干性不连续干涉条纹图的相位解缠阻扰因素分析方法。这种分析方法全面考虑了雷达侧视成像模式影响下的SAR图像几何畸变以及各种去相干源等因素对相位解缠的精度及效率的影响;⑵提出了一种在控制点等先验知识指导下对不连续干涉条纹图进行相位解缠的方法。这种方法的提出是以全面分析相位解缠阻扰因素为基础的,它的提出实现了面向应用可靠性需求的相位解缠。采用这种方法对汶川震区的低相干性不连续干涉条纹图进行相位解缠实验,并将其解缠结果与采用其他三大类解缠算法的结果进行对比,通过分析各种算法的解缠精度,结果表明,对低相干性不连续干涉条纹图,采用文中所提出的这种解缠方法得到的结果相对比较理想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相位解缠技术的国内外研究现状
• 1.3 InSAR 技术的发展与应用现状
• 1.4 论文研究的主要内容与技术路线
• 1.5 论文取得的主要成果
• 第2章 合成孔径雷达干涉测量技术
• 2.1 InSAR 技术原理
• 2.2 D-InSAR 技术原理
• 2.2.1 双轨法
• 2.2.2 三轨法
• 2.3 本章小结
• 第3章 InSAR 相位解缠原理与算法
• 3.1 相位解缠概述
• 3.2 相位解缠算法的分类
• 3.3 基于路径积分的相位解缠算法
• 3.3.1 枝切线算法
• 3.3.2 质量图指导算法
• 3.3.3 区域生长法
• 3.3.4 掩模切线法（Mast-cut）
• 3.3.5 最小不连续测度算法（Flynn）
• 3.4 基于最小二乘的相位解缠算法
• 3.4.1 等权最小二乘算法
• 3.4.2 加权最小二乘算法
• 3.5 基于网络规划的最小费用流算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 相位解缠阻扰因素分析
• 4.1 雷达侧视成像模式分析
• 4.1.1 透视收缩与顶底位移
• 4.1.2 雷达阴影
• 4.2 去相干源分析
• 4.2.1 系统热噪声去相干γtemrmal
• 4.2.2 时间去相干γtemporal
• 4.2.3 空间基线去相干γB
• 4.2.4 多普勒质心去相干γDC
• 4.2.5 数据处理误差去相干γprocessin g
• 4.3 本章小结
• 第5章 D-InSAR 监测汶川地震引起的地面沉降
• 5.1 概述
• 5.1.1 研究区概况
• 5.1.2 数据来源
• 5.2 D-InSAR 数据处理流程
• 5.2.1 数据读取
• 5.2.2 方位向、距离向滤波
• 5.2.3 图像配准
• 5.2.4 干涉图生成
• 5.2.5 “平地效应”去除
• 5.2.6 干涉图滤波
• 5.2.7 相位解缠
• 5.2.8 地面沉降信息提取
• 5.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果