分类号 :P2210710-2010126035硕 士 学 位 论 文应 用 InSAR 时 序 分 析 方 法 对 大 同 地 区的 形 变 监 测 研 究王哲导师姓名职称 张菊清 副 教 授申请学位级别 硕士 学科专业名称 大 地 测 量 学 与 测 量 工 程论文提交日期 2013 年 5 月 25 日 论文答辩日期 2013 年 6 月 4 日学位授予单位 长安大学Study of Applying InSAR Time Sesies Analysis Method ToMonitor Deformation of DatongSurfaceA Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate： Wang ZheSupervisor： Prof. Zhang JuqingChangan University, Xian, China摘 要随 着 我 国 城 市 化 建 设 与 工 业 化 进 程 的 高 速 发 展 ， 城 市 地 面 沉 降 与 地 裂 缝 灾 害 越 来 越明 显 ， 并 不 断 地 威 胁 着 人 类 的 生 产 生 活 ， 因 此 对 地 面 沉 降 进 行 有 效 的 监 测 ， 对 防 灾 、 减灾具有十分重要的意义。合成孔径雷达干涉测量技术（I nSAR） 具 有 覆 盖 范 围 广 、 全 天侯 、 全 天 时 、 高 精 度 等 特 点 ， 但 易 受 空 间 失 相 干 、 时 间 失 相 关 和 大 气 效 应 等 因 素 的 影 响 。PS-InSAR、 SBAS-InSAR 时 间 序 列 分 析 方 法 是 对 该 法 的 一 种 扩 展 ， 本 文 主 要 围 绕 这 两 种方 法 ， 以 大 同 地 区 地 面 沉 降 监 测 为 实 验 区 进 行 分 析 与 讨 论 ：(1)阐 述 了 D-InSAR 技术的基本原理及数据处理流程；并从大气延迟误差、时间失相 干 、 空 间 失 相 干 、 多 普 勒 质 心 频 率 失 相 干 等 角 度 分 析 了 D-InSAR 的 误 差 源 ， 从 而 导出 了 传 统 D-InSAR 技 术 应 用 的 局 限 性 。(2)论 述 了 PS-InSAR 的 基 本 原 理 ， 并 就 其 中 的 关 键 环 节 SAR 影 像 辐 射 定 标 、 SAR影像精配准、P S 点目标识别、公共主影像优化选取等问题展开讨论；结合实际数据重点 分 析 了 公 共 主 影 像 的 优 化 选 取 问 题 ， 得 出 了 一 些 有 意 义 的 结 论 。(3)对 大 同 市 2008 年 8 月 至 2010 年 9 月 的 20 景 Envisat ASAR 影 像 进 行 PS-InSAR时 序 分 析 研 究 ， 得 到 了 该 地 区 三 年 间 外 部 DEM 误 差 、 LOS 方 向 年 均 形 变 速 率 、 大 气 噪声 误 差 相 位 和 轨 道 误 差 ； 并 与 同 时 间 段 内 的 3 个 GPS 形 变 监 测 结 果 进 行 了 对 比 ， 结 果基 本 吻 合 。(4)阐 述 了 SBAS-InSAR 的 原 理 和 数 据 处 理 流 程 ， 结 合 大 同 市 的 SAR 影 像 数 据 ， 应用 StaMPS 软 件 进 行 了 处 理 ， 获 取 了 2008 年 8 月 10 日 至 2010 年 9 月 19 日 的 沉 降 图 ，其 主 要 沉 降 区 域 位 于 白 马 城 地 区 和 大 同 机 车 厂 附 近 ， 三 年 最 大 累 计 沉 降 量 为 -4.8cm， 最大 平 均 年 形 变 速 率 为 -2.4cm/a。关 键 词 :PS-InSAR， SBAS-InSAR， InSAR 时序分析方法，地面沉降监测iAbstractWith the high-speed development of city construction and the process of industrialization,and ground fissures disaster has become more and more obvious city ground subsidence, andcontinue to threaten the human production and life, so on the surface subsidence monitoringcan effectively avoid the harm that the human prevention and. Interferometric syntheticaperture radar (InSAR) was born nearly 30 years, is a new technology with great potential inmicrowave remote sensing. Especially the differential interferometry synthetic aperture radar(D-InSAR) can make up for the other earth observation technologies such as GPS, very longbaseline interferometry measurement technology resolution is low, and can be long-term andslow deformation (such as ground subsidence) monitoring, and has a wide coverage,all-weather, all-day etc. Influence factors but by the spatial, temporal decorrelation andatmospheric effects, which has brought difficulties to the deformation monitoring, theD-InSAR cannot be effectively applied to the detection of ground deformation. In order tosolve this problem, the researchers conducted high coherence analysis method for time seriesbased on the PS/SBAS-InSAR. This paper has completed the following contents:1)Describes the basic principle of the traditional InSAR technology, through theinterferometry of SAR data processing flow and differential phase diagram of the interferencecomponents were analyzed by means of D-InSAR, prove the influence of the traditional timeand space baseline baseline decorrelation and atmospheric effects is unable to achieve themonitoring accuracy requirements. This study based on the necessity of the use of InSARtime series analysis method of ground settlement, deformation monitoring of cracks isproposed.2)Focuses on the analysis of basic principle and algorithm model proposed byAndyHooper PS-InSAR and SBAS-InSAR. The optimization of PS-InSAR technology incommon master image selection method, identification method of SAR image radiometriccalibration and PS point target is described in detail.3) Describes in detail the geological background of Datong, through the use ofSBAS-InSAR technology in the treatment of Datong 40 ENVISAT image data obtained fromAugust 17, 2003 to September 19, 2010, the main settlement, settlement area is located nearthe city of Whitehorse area and Datong Locomotive Factory, seven years maximumcumulative subsidence quantity is -15cm, the maximum average strain rate of -2cm/a, andcompared with GPS data, have better consistency.(4) the principles of SBAS-InSAR and data processing, combined with SAR image dataiiiof Datong, the StaMPS software was used to obtain the settlement of treatment, from August10, 2008 to September 19, 2010, the main settlement area is located in the White City areaand Datong Locomotive Factory near three years, the maximum cumulative subsidencequantity is -4.8cm, the maximum average shape the transmission rate of -2.4cm/a.Keywords: permanent scatterer interferometry; the small baseline subset InSAR technique;InSAR time series analysis method; the ground subsidence monitoringiv目 录第 一 章 绪 论 .11.1 研 究 背 景