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滑坡是对人类社会生活和经济发展威胁最为严重的自然灾害之一,对滑坡的监测预警是减轻其危害的最主要手段。合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术具有全天候观测、很高的时间空间分辨率的特点,对地表形变监测能达到毫米级的精度,为滑坡体监测提供了良好的遥感手段。目前DInSAR的应用中,一个最大的局限性就是去相关的影响。当干涉像对的相关性很低时,不能生成理想的干涉条纹,干涉图相位无法准确的展开,得不到正确的绝对相位值,这样DInSAR技术就无法实施。滑坡通常发生在山区,对移动缓慢的滑坡体监测应用中,一般需要时间间隔很长的SAR图像序列,去相关的问题往往会显得更为突出,限制了DInSAR技术在滑坡监测中的广泛应用。本文在已往研究的基础上,设计了基于三角反射体的DInSAR(CRDInSAR)技术流程,并解决了其中的一些关键技术问题,使DInSAR技术能更好的适应低相关地区,增强该技术的适应能力,为复杂地区滑坡体的移动提供更为理想的监测手段。同时选取三峡地区树坪滑坡体为典型研究区,将CKDInSAR技术应用于该滑坡的移动监测,得到较为理想的监测结果。主要研究包括
(1)CRDInSAR算法的原理研究及技术流程设计。三角反射体在SAR图像上是一个点目标,在长时间内仍能保持相位及幅度的稳定性,这一特性被用于克服常规DInSAR对复杂地区去相关敏感的问题。通过对这些人工布设的稳定点相位进行有效提取,并选择合适的像对生成干涉相位,通过在一段时间间隔内进行相位变化探测,进而确定滑坡的位移量。
(2)研究了CRDInSAR的一些关键技术问题。本文首先探讨了三角反射体的几何设计和布设安装,采用距离一多普勒反向定位算法确定反射体在影像上的成像点。并提出基于采样率变换频域插值技术对三角反射体响应峰值相位进行有效提取,通过目标点几何定位的平地相位和高程相位去除,最后对三角反射体的稀疏网格构建Delaunay三角网,采用最小费用流算法进行相位展开,建立三角反射体的相位系统方程并求解,得出三角反射体的位移矩阵等。
(3)选取三峡地区树坪滑坡体作为典型研究对象,将CRDInSAR技术实例应用于该滑坡体的移动监测,比较有效地探测出三角反射体的移动趋势。树坪滑坡体由于地表自然环境的复杂性在一段时间间隔的SAR影像上表现出低相关的特点,为此在该滑坡体上布设12个三角反射体,并获取了5景该地区一段时间序列的ENVISAT ASAR影像。根据时间基线的分布,采取多幅主图像的干涉像对选取方法,得到三角反射体在四幅干涉像对的差分干涉相位值,最后获得2005年9月至2006年3月间各三角反射体的位移量。经过与实地GPS监测值进行对比分析发现,CRDInSAR的监测结果能较好地反映了三角反射体的实际位移。
(4)分析了CRDInSAR技术应用中的影响因素和误差产生的原因。讨论了距离一多普勒反向定位误差的特征,发现同一幅图像中定位误差具有一定的系统性。同时还推导了基线和基线角误差、斜距误差、入射角误差以及三角反射体高程测量误差对结果的影响表达式,并分析它们的影响方式,为更为精确地监测滑坡提供指导依据。
(5)大气折射是雷达干涉测量的一个重要的影响因素,推导了大气折射引起SAR成像点距离向漂移及视线向测量距离与真实距离的误差表达式,并通过实测的对流层折射率剖面和我国电离层中等电子浓度剖面,对ENVISAT ASAR成像点距离向漂移以及视线向测量距离与真实距离的误差进行了模拟计算。结果表明在一般的研究中成像点距离向漂移可以忽略不计;而测量距离与真实距离之间的误差显著,在高精度的滑坡监测研究中应予以考虑。最后讨论了雷达电磁波在色散介质电离层中折射率对频率的响应。