永久散射体雷达差分干涉应用于区域地表沉降探测

永久散射体干涉测量技术可以克服常规干涉方法在区域地表形变测量中的雷达信号失相关和大气延迟影响. 本文对基于永久散射体的干涉处理全过程进行了分析, 基于差分相位的两个主要特性: 沉降信号时序相关、地形相位与空间基线成比例, 提出构建PS网络, 并采用间接观测平差法估计沉降速度网和高程修正网的全局最优解. 实验选取上海地区近10年间的ERS-1/2卫星C波段SAR数据进行干涉处理, 在永久散射体上分离形变信号、高程修正和大气分量, 并最终提取上海地区高分辨率地面沉降速度场, PS结果与地面精密观测成果吻合较好.     

雷达干涉PS网络的基线识别与解算方法

时序雷达干涉图中的永久散射体(PS)可看作“天然GPS点”, 以构成网络用于监测长期的地表形变. 本文提出采用邻接矩阵拓扑模型对基于Delaunay剖分算法生成的PS网络进行基线识别, 并采用时序相干最大化算法求解PS基线的线性形变速度增量和高程误差增量. 该数据模型和计算方法被应用于探测香港地区2006~2007年间的区域地表沉降. 实验研究采用由Envisat卫星ASAR传感器对该地区成像所获取的时序SAR影像作为数据源, 并联合该地区12个GPS连续运行参考站的观测数据予以大气修正和地面控制. 实验结果表明, 该模型和方法应用于地表形变测量是有效的和可靠的, PS网络方法探测地面沉降的精度约为±2.0 mm/a.     

形变观测中小数据集PSInSAR的误差分析与初步应用

PS InSAR技术在微小形变的监测中有着独特的优势, 但同时受到数据量的严重制约。 本文以形变速率稳定的怀来县城为实验区, 利用15景ASAR数据, 依据主影像选择和高程改正选取了三种略有差异的模型分别进行PS处理, 并对形变提取中的相位解缠、 基线改正和高程改正进行误差分析。 结果表明, 小数据集的相位解缠和高程改正在部分PS点上容易发生错误, 但形变估计整体上能够正确反映实际情况。 三个模型中MS(Multi-Reference Single Regression) 模型得出结果最为可靠。 小数据集解算的整体PS点质量不高, 可以在满足PS点密度要求的前提下, 降低相位标准偏差阈值以提高解算的可靠性。     

基于PS-InSAR技术和遗传神经网络算法的矿区地表沉降监测与预计

针对传统雷达干涉测量技术(D-InSAR)易受大气相位延迟和失相关的影响以及传统BP算法依赖于初始权值和阈值问题.本文采用了(PS-InSAR)技术对矿区地表沉降进行了监测,并提出采用遗传算法(GA)对神经网络(BP)算法的初始权值和阈值进行筛选.首先利用PS-InSAR技术获取矿区地表沉降范围和沉降值,然后将其部分结果作为遗传神经网络(GA-BP)算法的训练样本建立预测模型参数.选取宿州市矿区19景Sentinel-1A雷达数据进行实验分析,结果表明,PS-InSAR技术能够很好监测矿区地表沉降,最大沉降速率为45 mm/a.分别取训练样本数为1000、2000、3000和4000利用GA-BP算法对矿区地表沉降进行预测,得到最大残差分别为6.8 mm、0.44 mm、0.36 mm、0.28 mm;均方误差分别为3.85 mm、3.26 mm、2.98 mm、1.61 mm,表明本文提出的GA-BP算法能有效预测矿区地表沉降,并且在训练样本数量较多时预测效果和预测性能较好.     

利用MERIS水汽数据改正ASAR干涉图中的大气影响

大气对流层对雷达信号的传播延迟是制约重复轨道InSAR高精度测量应用的重要因素之一.本文描述了MERIS水汽数据用于ASAR干涉图大气改正的方法;并以美国南加州地区为例,选取4对ENVISAT ASAR数据进行了大气改正的研究.结果显示对这4幅干涉图,经过MERIS水汽数据改正后InSAR与GPS差异的RMS分别〖JP2〗降低了41.7%,65.2%,19.3%和39.4%.平均改善程度达41.4%.更重要的是,经过MERIS水汽改正后,从2005~2007年〖JP〗干涉图和2004~2007年干涉图中,能清楚地识别出三处形变最明显的区域：Long Beach-Santa Ana 盆地、Pomona-Ontario和San Bernardino,其形变速率从-8 mm/a到-28 mm/a,大部分在-20 mm/a左右,与这些地区2003年以前的历史形变速率基本一致.因此,采用无云条件下的MERIS水蒸汽数据改正同步获取的ASAR干涉图,可以显著地降低大气水汽对干涉图相位的影响,从而更真实地反映地表形变等地球物理信号.     

CR、 PS干涉测量联合解算算法研究

由于时间去相干、 空间去相干和大气扰动等因素的影响, 传统InSAR技术在形变监测中存在着很大的局限性, 而当今新兴发展起来的CRInSAR、 PSInSAR技术则不受这些因素的限制, 从而大大提高了InSAR技术在形变监测尤其是在微量形变监测中的精度。 该文首先分析了传统InSAR技术所存在的局限性; 引入了CR、 PS高相干性散射体基本概念, 并介绍CRInSAR、 PSInSAR技术在当前国际上的研究进展情况; 通过PSInSAR算法的应用研究, 得出将CR与PS进行联合解算的必要性与优势, 并提出高相干性散射体联合解算算法。     

基于InSAR技术的淮南矿区DEM重建及精度分析

对于易发生地表形变的区域,传统DEM模型如SRTM,逐渐失去其时效特性,不能准确的描述地质特征,亟待更新重建.本文基于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)采用SAR影像复数据相位信息提取地面三维信息的新技术,介绍了合成孔径雷达干涉测量数字高程模型建立的原理和方法.在此基础上,选取研究区,获取了Envisat ASAR SLC雷达影像数据,采用InSAR算法对研究区的数字高程模型进行了重建.并在研究区的形变区内外分别选取控制点,对重建DEM和SRTM进行比较分析.结果表明:对于易发生形变的特殊区域,传统DEM因失去其时效性,无法准确的描述地形特征;合成孔径雷达干涉测量可以作为此类地区DEM定期重建的有效手段.最后对重建的DEM实现三维可视化,提高了读图效率和成图质量.     

一种InSAR大气相位建模与估计方法

为了削弱大气延迟对干涉结果的影响以提高InSAR的测量能力,本文在InSAR大气相位特征分析的基础上,研究了一种新的InSAR大气相位建模与估计方法.首先采用稳健估计确定大气垂直分层部分的模型参数,然后利用基于Matern模型的Kriging插值估计大气紊流部分,最后应用估计的大气垂直分层和紊流资料改正InSAR测量结果.利用覆盖河南义马地区的ASAR数据对本文提出的方法进行了验证,结果表明去除大气影响后,InSAR重建的DEM与参考DEM的高程差异的均方误差由19.5m降至5.3m,精度提高了约72%.同时,改正后的干涉图更合理地揭示了义马矿区的沉降漏斗情况,进一步验证了本文方法的有效性.     

海洋地磁参量实时测量野值的在线辨识与改正

地磁参量实时测量野值的在线辨识与改正是影响地磁导航算法定位概率和精度的重要因素.地磁导航定位的研究目前主要集中于匹配定位算法,地磁参量实时测量数据处理的研究较少.本文将多层递阶非平稳时间序列预测模型引入海洋地磁参量实时测量野值在线辨识与改正,利用多层递阶模型对实时测量值进行一步预测,根据迪克松准则进行野值辨识,利用中值滤波和一步预测值对野值进行改正.仿真数据和实测数据的实验室仿真结果表明,本文提出的野值在线辨识与改正算法不仅可以检测全部孤立型野值而且对多数斑点型野值也有较好的辨识效果,对产生野值处信号的复原误差小于5%.     

基于高分辨率SAR数据的子带干涉测量技术及其在地震同震形变场中的应用研究

正目前常规合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)在地形测绘和形变监测方面的发展已经非常成熟,其成功应用的关键取决于数据处理中的一些关键步骤,相位解缠是其处理中的关键步骤之一。相位解缠是指由干涉纹图的相对相位解算出地表绝对相位,从而得到高程或地表形变场的过程。针对解缠问题,众多学者提出了不同的解缠算法,这些解缠算法的提出,极大地推动了InSAR测量技术的发展。但在     

多轨PSInSAR监测华北平原地表垂直形变场

针对PSInSAR技术监测大空间尺度地表垂直形变场的不足,提出通过基准转换与数据拼接、融合不同轨道多个独立片区(Frame)获取大空间尺度地表垂直形变场方法.由于不同轨道主影像选取的参考基准不一致、不同轨道垂直基线不同、不同片区相位解缠的参考PS不同等因素影响,使得PSInSAR获得的不同轨道地表垂直形变场的空间基准存在差异,提取的地表形变信息不具有可比性.利用两个相邻片区重叠区域的PS点集,根据迭代最近点算法提取两片区公共区域内同名点,并兼顾同名点距离的权,精确计算两片区的配准参数,实现两片区的"无缝"连接,最后使各独立片区拼接成一个连续的大空间尺度地表垂直形变场.本文推导了多轨PSInSAR技术获得的不同片区形变场基准转换与数据拼接的数学模型,并以华北平原(115.32°E—118.79°E, 36.81°N—40.58°N)为实验区,解析了3个不同轨道共12个片区PS目标,获取了研究区2006—2010年地表垂直形变速度场.分析表明:(1)研究区大范围处于下沉状态,形成以北京、廊坊、天津、沧州、泊头—德州等城市为中心向外扩展的地表沉降发展态势,几个沉降中心的平均沉降速率分别达到-34.7 mm/a、-26.3 mm/a、-64.2 mm/a、-34.6 mm/a和-37.7 mm/a;(2)地表沉降的空间分布特征表明,城市工业生产和生活抽取地下水是地表沉降的主要诱因,农业灌溉和油气开采是导致华北平原大范围地表沉降的另一个重要因素;(3)研究区最大沉降带沿北北东向展布,与区内断裂分布一致,表明沉降的空间分布受到断裂带控制;(4)利用地表同期一等水准测量成果检验了本研究结果,精度达到4.72 mm,表明本文提出的数据处理策略能够满足大时空尺度地表形变监测的需求.     

基于PSInSAR技术的海原断裂带地壳形变初步研究

常规差分干涉测量(DInSAR)受时间、空间失相干的严重制约和和大气延迟等相位误差的影响,难以实现对长期累积微小地壳形变场的有效探测.PSInSAR技术克服了常规DInSAR的局限性,能够高精度监测微小地壳形变.本文首先介绍了PSInSAR技术的算法模型和处理方法.该方法通过二维线性相位模型,对时序干涉图象上相干点目标...     

区域网GPS观测得到的汶川大地震前后的地壳垂直运动

中国地壳运动观测网络1000个观测站的GPS非连续观测区域网分别在1999年、 2001年、 2004年、 2007年和2009年作了5次观测。 2008年5月12日汶川8.0 级地震震中(31.0°N, 103.4°E)恰好在区域网GPS观测站密集的地区。 区域网长期、 多期GPS观测可降低年周期变化影响, 有利于获取此次地震前后的垂直位移趋势变化。 简要讨论了GPS垂直位移观测的精度。 分析了垂直位移观测的主要干扰地面沉降, 特别是华北地区因大量抽取地下水产生的严重地面沉降。 为获取汶川地震前垂直运动信息, 首先剔除因大量抽取地下水产生的大幅度沉降干扰结果, 通过趋势面分析中国大陆垂直位移空间分布, 显示了3个垂直位移沉降最显著区域。 对比分析表明, 临近汶川震区的沉降区, 未见大量抽取地下水干扰影响。 汶川地震前1999—2007年区域网GPS观测站得到的垂直位移表明, 汶川地震紧临显著沉降区的西北侧, 龙门山断层北段垂直运动闭锁。 该沉降区与另两个沉降区的时空变化明显不同, 也与区域网水平应变异常区的空间分布不同, 但该沉降区与区域网水平应变异常区同时出现。 大幅度同震垂直位移集中在龙门山断层北段震前垂直位移闭锁区。 这些事实表明, 汶川地震前GPS观测到的紧临震中的沉降区及垂直运动闭锁区与汶川地震的发生存在密切关系。     

东北地区的新构造运动特征分析及新构造运动分区

东北地区包括辽宁，吉林省，黑龙江三省，由于横跨华北和东北两个不同的断块区，东北地区的新构造运动具有显著的区域分异特点，晚第三纪以来，东北地区的构造运动继承了早期构造运动的特点，以断块差异升降运动为主要运动形式。     

由滨海相沉积样品反映的东南沿海海岸升降速率

收集了闽、粤、桂、琼4省（区）海岸带的^14C测年自45000aB.P.以来共490个演海相样品，依据文献[1]广东中山石歧45000aB.P，以来的渐进上升水动型海平面变化曲线，计算了相应地区晚更新世及全新世以来海岸地壳的升降速率，结果表明，除粤西和粤东一些地区及海南省外，东南沿海海岸部份地壳的升降速率，结果且明，除粤西和粤东一些地区及海南省外，东南沿海海岸份地区晚更新世及全新世时期和中期地壳主要表现为下沉，全新世中晚期特别是晚期主要反映为上升，珠江三角洲晚更新世中晚期以来主要表现为继承性下沉，现代地壳形孪测量反映的地壳升降较多地区与一述趋向大致相似，广东惠来县东60km下新礁海域及珠江三角洲灯笼沙等15个地区，是地壳升降异常速率较高地区。     

PROCESSING OF PS-REFLECTION DATA APPLYING A COMMON CONVERSION-POINT STACKING TECHNIQUE1

Converted waves require special data processing as the wave paths are asymmetrical. The CMP concept is not applicable for converted PS waves, instead a sorting algorithm for a common conversion point (CCP) has to be applied. The coordinates of the conversion points in a single homogeneous layer can be calculated as a function of the offset, the reflector depth and the velocity ratio v_P/ v_s. For multilayered media, an approximation for the coordinates of the conversion points can be made. Numerical tests show that the traveltime of PS reflections can be approximated with sufficient accuracy for a certain offset range by a two-term series truncation. Therefore NMO corrections can be calculated by standard routines which use the hyperbolic approximation of the reflection traveltime curves. The CCP-stacking technique has been applied to field data which have been generated by three vertical vibrators. The in-line horizontal components have been recorded. The static corrections have been estimated from additional P- and SH-wave measurements for the source and geophone locations, respectively. The data quality has been improved by processes such as spectral balancing. A comparison with the stacked results of the corresponding P- and SH-wavefield surveys shows a good coherency of structural features in P-, SH- and PS-time sections.