差分干涉雷达技术用于不连续形变的监测研究.doc

1、大地测量学与测量工程专业毕业论文 精品论文 差分干涉雷达技术用于不连续形变的监测研究关键词：干涉测量 合成孔径雷达 不连续形变 裂缝灾害摘要：合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR)及差分 InSAR(D-InSAR)技术是近十几年来发展非常迅速的微波遥感技术。由于它具有全天候、全天时、覆盖面广和高精度获取地表信息的能力，因而在地球科学的诸多领域如地震、火山、矿区塌陷、地面沉降、滑坡、冰川等灾害中逐渐得到了广泛的应用。 在诸多灾害中多数表现为不连续形变，如地震、火山等构造断裂带形变、城市活动地裂缝、矿区塌陷裂缝、滑坡、冰

2、川活动等。因此专门研究不连续形变的监测理论与技术方法对于灾害机理的精确解释、防灾减灾以及防治有着重要的科学意义和实用价值。 不连续形变监测的主要内容包括不连续形变区域的定位和不连续形变量的获取，这将分别用于灾害的定性和定量研究。 根据不连续形变灾害的表现形式、影响范围和形变量级等不同特征，本文将其分三类来研究： (1)地震构造断裂：其延伸长度很长，形变影响宽度达公里级，且断裂带两侧形变的差异达米级； (2)城市地裂缝：其空间延伸长度相对较短，分布具有方向性，形变的影响宽度较窄，地裂缝两侧的形变差异也较小； (3)矿区塌陷裂缝：其空间分布的规模更小，一般呈规律曲线展布，但其塌陷的量级却很大。 本

3、文针对上述三类不连续形变在其不连续区域定位与监测两方面开展了理论和应用试验研究，其研究内容主要包括： 第一，分析了差分干涉雷达技术用于形变监测的原理、方法以及数据处理过程中的主要误差源、影响量级及其减弱措施。在干涉图噪音减弱方面重点提出了干涉图的迭代自适应滤波算法，并采用模拟干涉图和实际 SAR 干涉图分别进行了验证。 第二，重点研究了不连续形变区域定位的不同方法。对于活动地震构造断裂带的定位采用基于 SAR 强度图的偏移量信息来进行，并以 1997 年西藏玛尼地震为例进行了试验分析。对于城市地裂缝和矿区塌陷裂缝则首次提出采用差分干涉图的伪相干图来进行定位，分析了伪相干图进行地裂缝不连续形变区

4、域定位的理论基础和定位步骤，并分别选取西安地裂缝和陕北煤矿塌陷进行了实例验证。为了实现对小规模的地裂缝监测以及提高地裂缝定位的绝对精度，首次对用于地裂缝监测的人工角反射器(CR)进行探测试验，分析了 CR 探测的方法以及用于地理编码精度评定的方法，并将其用于西安地裂缝定位试验中。 第三，针对不连续形变的不同特征，研究了不连续形变监测的三类方法。 (1)对于地震构造断裂带附近的形变，采用基于偏移量信息来进行提取，并与常规差分 InSAR 监测形变进行了有效互补和组合，获取更全面的形变特征，同样以玛尼地震为例进行了实验分析； (2)对于矿区塌陷的监测，提出采用全分辨率干涉的方法来提高 InSAR

5、形变监测梯度的能力，并以陕北煤矿塌陷监测为例与常规多视监测进行了比较分析； (3)对于城市地裂缝形变监测，通过采用 L 波段的 ALOS/PALSAR 数据进行干涉计算以提高形变梯度的监测能力，这里重点提出了改进的基于地面控制点的基线精化方法，以及 DEM 精度对形变的影响，最后以西安地区 2007-2008 年内的 ALOS/PALSAR和 Envisat 干涉组合进行了比较分析。 第四，为减弱大气效应、计算误差等随机误差对差分干涉形变结果的影响，本文研究了采用干涉图堆叠技术(Stacking Interferograms)来提取线性形变速率的方法。采用西安地区 2005-2006 年间的

6、SAR 干涉图进行堆叠试验，并与同期 GPS 监测成果进行了比较分析，其监测精度优于 1cm/a。 第五，综合采用 ERS、Envisat 数据对西安地区1992-2008 年间的地裂缝进行了时序分析，获取了西安地区地裂缝的时空发育特征信息。 通过以上理论研究和大量的模拟和实例分析，本文在采用差分InSAR 技术进行不连续形变研究中取得了以下主要成果及创新点： 1、相位噪音是 InSAR 测量的一项主要误差，本文提出采用基于伪相干图的迭代自适应滤波算法。由于该算法能合理地确定滤波参数，从模拟和实际 SAR 干涉试验均验证了该方法比 Goldstain 滤波及其改进的 Baran 滤波两种方法的

7、滤波效果更好； 2、在不连续形变定位方面：针对不同类型的不连续形变需要采取不同的定位方法。对于大范围、大形变梯度的地震构造断裂可以采用精密配准偏移量信息进行高精度定位；对于城市活动地裂缝和矿区塌陷裂缝首次提出采用差分干涉的伪相干图来精确定位与提取，并且通过分析不同期的伪相干图可以揭示地裂缝的时空活动特征。对于较小尺度的地裂缝监测研究采用人工角反射器技术，基于强度信息的 CR 定位技术与 GPS 融合可用于对 InSAR 地理编码进行精度评定； 3、在不连续形变监测方面，提出了三类监测或改进方法。 第一，对于地震构造断裂附近的形变采用基于偏移量信息来获取形变，并与常规差分InSAR 成果进行互补

8、，从而获取更为全面的形变信息； 第二，提出采用全分辨率干涉法来提高差分 InSAR 监测形变梯度的能力，这里又可分为单干涉图的全分辨率干涉法和基于强相干点的多干涉图形变提取方法。前者在陕北补连塔煤矿塌陷监测中获取了常规多视差分难以监测到的形变量； 第三，针对 L 波段的 ALOS/PALSAR 进行差分干涉时基线残差效应的问题，本文提出一种改进的基于地面控制点的基线精化方法。在西安地裂缝监测中通过与同期 GPS 成果比较，经基线改正后的 ALOS InSAR 监测精度为 2cm/a； 4、干涉图堆叠技术能有效地减弱差分干涉中随机误差的影响，从而提高 InSAR 监测形变的精度。在西安地裂缝监测

9、中，采用该方法获取了 2005-2006 年间西安地区活动地裂缝的形变特征，通过与 GPS 监测成果比较，其精度优于 1cm/a，并首次发现一些新的地裂缝活动现象； 5、采用 InSAR 技术综合研究了西安地区 1992-2008 年间的地裂缝灾害活动特征，即 1996 年是西安地区地裂缝范围最广且活动最剧烈的时间段，包括 f3-f11 九条地裂缝均为活动地裂缝，而 2000 年以后，活动地裂缝主要集中在位于西安市南郊的 f10 和 f11，且在西安市现有地裂缝的南部又出现了新的地裂缝如 f12、f13 和 f14，该成果与工程地质调查结论具有很强的一致性。正文内容合成孔径雷达干涉测量(Syn

10、thetic Aperture Radar Interferometry，InSAR)及差分 InSAR(D-InSAR)技术是近十几年来发展非常迅速的微波遥感技术。由于它具有全天候、全天时、覆盖面广和高精度获取地表信息的能力，因而在地球科学的诸多领域如地震、火山、矿区塌陷、地面沉降、滑坡、冰川等灾害中逐渐得到了广泛的应用。 在诸多灾害中多数表现为不连续形变，如地震、火山等构造断裂带形变、城市活动地裂缝、矿区塌陷裂缝、滑坡、冰川活动等。因此专门研究不连续形变的监测理论与技术方法对于灾害机理的精确解释、防灾减灾以及防治有着重要的科学意义和实用价值。 不连续形变监测的主要内容包括不连续形变区域的定

11、位和不连续形变量的获取，这将分别用于灾害的定性和定量研究。 根据不连续形变灾害的表现形式、影响范围和形变量级等不同特征，本文将其分三类来研究： (1)地震构造断裂：其延伸长度很长，形变影响宽度达公里级，且断裂带两侧形变的差异达米级； (2)城市地裂缝：其空间延伸长度相对较短，分布具有方向性，形变的影响宽度较窄，地裂缝两侧的形变差异也较小； (3)矿区塌陷裂缝：其空间分布的规模更小，一般呈规律曲线展布，但其塌陷的量级却很大。 本文针对上述三类不连续形变在其不连续区域定位与监测两方面开展了理论和应用试验研究，其研究内容主要包括： 第一，分析了差分干涉雷达技术用于形变监测的原理、方法以及数据处理过程

12、中的主要误差源、影响量级及其减弱措施。在干涉图噪音减弱方面重点提出了干涉图的迭代自适应滤波算法，并采用模拟干涉图和实际 SAR 干涉图分别进行了验证。 第二，重点研究了不连续形变区域定位的不同方法。对于活动地震构造断裂带的定位采用基于 SAR 强度图的偏移量信息来进行，并以 1997 年西藏玛尼地震为例进行了试验分析。对于城市地裂缝和矿区塌陷裂缝则首次提出采用差分干涉图的伪相干图来进行定位，分析了伪相干图进行地裂缝不连续形变区域定位的理论基础和定位步骤，并分别选取西安地裂缝和陕北煤矿塌陷进行了实例验证。为了实现对小规模的地裂缝监测以及提高地裂缝定位的绝对精度，首次对用于地裂缝监测的人工角反射器

13、(CR)进行探测试验，分析了 CR 探测的方法以及用于地理编码精度评定的方法，并将其用于西安地裂缝定位试验中。 第三，针对不连续形变的不同特征，研究了不连续形变监测的三类方法。 (1)对于地震构造断裂带附近的形变，采用基于偏移量信息来进行提取，并与常规差分 InSAR 监测形变进行了有效互补和组合，获取更全面的形变特征，同样以玛尼地震为例进行了实验分析； (2)对于矿区塌陷的监测，提出采用全分辨率干涉的方法来提高 InSAR 形变监测梯度的能力，并以陕北煤矿塌陷监测为例与常规多视监测进行了比较分析； (3)对于城市地裂缝形变监测，通过采用 L 波段的 ALOS/PALSAR 数据进行干涉计算以

14、提高形变梯度的监测能力，这里重点提出了改进的基于地面控制点的基线精化方法，以及 DEM 精度对形变的影响，最后以西安地区 2007-2008 年内的 ALOS/PALSAR和 Envisat 干涉组合进行了比较分析。 第四，为减弱大气效应、计算误差等随机误差对差分干涉形变结果的影响，本文研究了采用干涉图堆叠技术(Stacking Interferograms)来提取线性形变速率的方法。采用西安地区 2005-2006 年间的 SAR 干涉图进行堆叠试验，并与同期 GPS 监测成果进行了比较分析，其监测精度优于 1cm/a。 第五，综合采用 ERS、Envisat 数据对西安地区1992-200

15、8 年间的地裂缝进行了时序分析，获取了西安地区地裂缝的时空发育特征信息。 通过以上理论研究和大量的模拟和实例分析，本文在采用差分InSAR 技术进行不连续形变研究中取得了以下主要成果及创新点： 1、相位噪音是 InSAR 测量的一项主要误差，本文提出采用基于伪相干图的迭代自适应滤波算法。由于该算法能合理地确定滤波参数，从模拟和实际 SAR 干涉试验均验证了该方法比 Goldstain 滤波及其改进的 Baran 滤波两种方法的滤波效果更好； 2、在不连续形变定位方面：针对不同类型的不连续形变需要采取不同的定位方法。对于大范围、大形变梯度的地震构造断裂可以采用精密配准偏移量信息进行高精度定位；对

16、于城市活动地裂缝和矿区塌陷裂缝首次提出采用差分干涉的伪相干图来精确定位与提取，并且通过分析不同期的伪相干图可以揭示地裂缝的时空活动特征。对于较小尺度的地裂缝监测研究采用人工角反射器技术，基于强度信息的 CR 定位技术与 GPS 融合可用于对 InSAR 地理编码进行精度评定； 3、在不连续形变监测方面，提出了三类监测或改进方法。 第一，对于地震构造断裂附近的形变采用基于偏移量信息来获取形变，并与常规差分InSAR 成果进行互补，从而获取更为全面的形变信息； 第二，提出采用全分辨率干涉法来提高差分 InSAR 监测形变梯度的能力，这里又可分为单干涉图的全分辨率干涉法和基于强相干点的多干涉图形变提

17、取方法。前者在陕北补连塔煤矿塌陷监测中获取了常规多视差分难以监测到的形变量； 第三，针对 L 波段的 ALOS/PALSAR 进行差分干涉时基线残差效应的问题，本文提出一种改进的基于地面控制点的基线精化方法。在西安地裂缝监测中通过与同期 GPS 成果比较，经基线改正后的 ALOS InSAR 监测精度为 2cm/a； 4、干涉图堆叠技术能有效地减弱差分干涉中随机误差的影响，从而提高 InSAR 监测形变的精度。在西安地裂缝监测中，采用该方法获取了 2005-2006 年间西安地区活动地裂缝的形变特征，通过与 GPS 监测成果比较，其精度优于 1cm/a，并首次发现一些新的地裂缝活动现象； 5、

18、采用 InSAR 技术综合研究了西安地区 1992-2008 年间的地裂缝灾害活动特征，即 1996 年是西安地区地裂缝范围最广且活动最剧烈的时间段，包括 f3-f11 九条地裂缝均为活动地裂缝，而 2000 年以后，活动地裂缝主要集中在位于西安市南郊的 f10 和 f11，且在西安市现有地裂缝的南部又出现了新的地裂缝如 f12、f13 和 f14，该成果与工程地质调查结论具有很强的一致性。合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR)及差分 InSAR(D-InSAR)技术是近十几年来发展非常迅速的微波遥感技术。由于它具有全

19、天候、全天时、覆盖面广和高精度获取地表信息的能力，因而在地球科学的诸多领域如地震、火山、矿区塌陷、地面沉降、滑坡、冰川等灾害中逐渐得到了广泛的应用。 在诸多灾害中多数表现为不连续形变，如地震、火山等构造断裂带形变、城市活动地裂缝、矿区塌陷裂缝、滑坡、冰川活动等。因此专门研究不连续形变的监测理论与技术方法对于灾害机理的精确解释、防灾减灾以及防治有着重要的科学意义和实用价值。 不连续形变监测的主要内容包括不连续形变区域的定位和不连续形变量的获取，这将分别用于灾害的定性和定量研究。 根据不连续形变灾害的表现形式、影响范围和形变量级等不同特征，本文将其分三类来研究： (1)地震构造断裂：其延伸长度很长

20、，形变影响宽度达公里级，且断裂带两侧形变的差异达米级； (2)城市地裂缝：其空间延伸长度相对较短，分布具有方向性，形变的影响宽度较窄，地裂缝两侧的形变差异也较小； (3)矿区塌陷裂缝：其空间分布的规模更小，一般呈规律曲线展布，但其塌陷的量级却很大。 本文针对上述三类不连续形变在其不连续区域定位与监测两方面开展了理论和应用试验研究，其研究内容主要包括：第一，分析了差分干涉雷达技术用于形变监测的原理、方法以及数据处理过程中的主要误差源、影响量级及其减弱措施。在干涉图噪音减弱方面重点提出了干涉图的迭代自适应滤波算法，并采用模拟干涉图和实际 SAR 干涉图分别进行了验证。 第二，重点研究了不连续形变区

21、域定位的不同方法。对于活动地震构造断裂带的定位采用基于 SAR 强度图的偏移量信息来进行，并以 1997 年西藏玛尼地震为例进行了试验分析。对于城市地裂缝和矿区塌陷裂缝则首次提出采用差分干涉图的伪相干图来进行定位，分析了伪相干图进行地裂缝不连续形变区域定位的理论基础和定位步骤，并分别选取西安地裂缝和陕北煤矿塌陷进行了实例验证。为了实现对小规模的地裂缝监测以及提高地裂缝定位的绝对精度，首次对用于地裂缝监测的人工角反射器(CR)进行探测试验，分析了 CR 探测的方法以及用于地理编码精度评定的方法，并将其用于西安地裂缝定位试验中。第三，针对不连续形变的不同特征，研究了不连续形变监测的三类方法。 (1

22、)对于地震构造断裂带附近的形变，采用基于偏移量信息来进行提取，并与常规差分 InSAR 监测形变进行了有效互补和组合，获取更全面的形变特征，同样以玛尼地震为例进行了实验分析； (2)对于矿区塌陷的监测，提出采用全分辨率干涉的方法来提高 InSAR 形变监测梯度的能力，并以陕北煤矿塌陷监测为例与常规多视监测进行了比较分析； (3)对于城市地裂缝形变监测，通过采用 L 波段的 ALOS/PALSAR 数据进行干涉计算以提高形变梯度的监测能力，这里重点提出了改进的基于地面控制点的基线精化方法，以及 DEM 精度对形变的影响，最后以西安地区 2007-2008 年内的 ALOS/PALSAR 和 En

23、visat 干涉组合进行了比较分析。 第四，为减弱大气效应、计算误差等随机误差对差分干涉形变结果的影响，本文研究了采用干涉图堆叠技术(Stacking Interferograms)来提取线性形变速率的方法。采用西安地区 2005-2006 年间的 SAR 干涉图进行堆叠试验，并与同期 GPS 监测成果进行了比较分析，其监测精度优于 1cm/a。 第五，综合采用 ERS、Envisat 数据对西安地区 1992-2008 年间的地裂缝进行了时序分析，获取了西安地区地裂缝的时空发育特征信息。 通过以上理论研究和大量的模拟和实例分析，本文在采用差分 InSAR 技术进行不连续形变研究中取得了以下主

24、要成果及创新点： 1、相位噪音是 InSAR 测量的一项主要误差，本文提出采用基于伪相干图的迭代自适应滤波算法。由于该算法能合理地确定滤波参数，从模拟和实际 SAR 干涉试验均验证了该方法比 Goldstain 滤波及其改进的 Baran 滤波两种方法的滤波效果更好； 2、在不连续形变定位方面：针对不同类型的不连续形变需要采取不同的定位方法。对于大范围、大形变梯度的地震构造断裂可以采用精密配准偏移量信息进行高精度定位；对于城市活动地裂缝和矿区塌陷裂缝首次提出采用差分干涉的伪相干图来精确定位与提取，并且通过分析不同期的伪相干图可以揭示地裂缝的时空活动特征。对于较小尺度的地裂缝监测研究采用人工角反

25、射器技术，基于强度信息的 CR 定位技术与GPS 融合可用于对 InSAR 地理编码进行精度评定； 3、在不连续形变监测方面，提出了三类监测或改进方法。 第一，对于地震构造断裂附近的形变采用基于偏移量信息来获取形变，并与常规差分 InSAR 成果进行互补，从而获取更为全面的形变信息； 第二，提出采用全分辨率干涉法来提高差分 InSAR 监测形变梯度的能力，这里又可分为单干涉图的全分辨率干涉法和基于强相干点的多干涉图形变提取方法。前者在陕北补连塔煤矿塌陷监测中获取了常规多视差分难以监测到的形变量； 第三，针对 L 波段的 ALOS/PALSAR 进行差分干涉时基线残差效应的问题，本文提出一种改进

26、的基于地面控制点的基线精化方法。在西安地裂缝监测中通过与同期 GPS 成果比较，经基线改正后的 ALOS InSAR 监测精度为 2cm/a； 4、干涉图堆叠技术能有效地减弱差分干涉中随机误差的影响，从而提高 InSAR 监测形变的精度。在西安地裂缝监测中，采用该方法获取了 2005-2006 年间西安地区活动地裂缝的形变特征，通过与 GPS 监测成果比较，其精度优于 1cm/a，并首次发现一些新的地裂缝活动现象； 5、采用InSAR 技术综合研究了西安地区 1992-2008 年间的地裂缝灾害活动特征，即1996 年是西安地区地裂缝范围最广且活动最剧烈的时间段，包括 f3-f11 九条地裂缝

27、均为活动地裂缝，而 2000 年以后，活动地裂缝主要集中在位于西安市南郊的 f10 和 f11，且在西安市现有地裂缝的南部又出现了新的地裂缝如f12、f13 和 f14，该成果与工程地质调查结论具有很强的一致性。合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR)及差分 InSAR(D-InSAR)技术是近十几年来发展非常迅速的微波遥感技术。由于它具有全天候、全天时、覆盖面广和高精度获取地表信息的能力，因而在地球科学的诸多领域如地震、火山、矿区塌陷、地面沉降、滑坡、冰川等灾害中逐渐得到了广泛的应用。 在诸多灾害中多数表现为不连续形变

28、，如地震、火山等构造断裂带形变、城市活动地裂缝、矿区塌陷裂缝、滑坡、冰川活动等。因此专门研究不连续形变的监测理论与技术方法对于灾害机理的精确解释、防灾减灾以及防治有着重要的科学意义和实用价值。 不连续形变监测的主要内容包括不连续形变区域的定位和不连续形变量的获取，这将分别用于灾害的定性和定量研究。 根据不连续形变灾害的表现形式、影响范围和形变量级等不同特征，本文将其分三类来研究： (1)地震构造断裂：其延伸长度很长，形变影响宽度达公里级，且断裂带两侧形变的差异达米级； (2)城市地裂缝：其空间延伸长度相对较短，分布具有方向性，形变的影响宽度较窄，地裂缝两侧的形变差异也较小； (3)矿区塌陷裂缝

29、：其空间分布的规模更小，一般呈规律曲线展布，但其塌陷的量级却很大。 本文针对上述三类不连续形变在其不连续区域定位与监测两方面开展了理论和应用试验研究，其研究内容主要包括：第一，分析了差分干涉雷达技术用于形变监测的原理、方法以及数据处理过程中的主要误差源、影响量级及其减弱措施。在干涉图噪音减弱方面重点提出了干涉图的迭代自适应滤波算法，并采用模拟干涉图和实际 SAR 干涉图分别进行了验证。 第二，重点研究了不连续形变区域定位的不同方法。对于活动地震构造断裂带的定位采用基于 SAR 强度图的偏移量信息来进行，并以 1997 年西藏玛尼地震为例进行了试验分析。对于城市地裂缝和矿区塌陷裂缝则首次提出采用

30、差分干涉图的伪相干图来进行定位，分析了伪相干图进行地裂缝不连续形变区域定位的理论基础和定位步骤，并分别选取西安地裂缝和陕北煤矿塌陷进行了实例验证。为了实现对小规模的地裂缝监测以及提高地裂缝定位的绝对精度，首次对用于地裂缝监测的人工角反射器(CR)进行探测试验，分析了 CR 探测的方法以及用于地理编码精度评定的方法，并将其用于西安地裂缝定位试验中。第三，针对不连续形变的不同特征，研究了不连续形变监测的三类方法。 (1)对于地震构造断裂带附近的形变，采用基于偏移量信息来进行提取，并与常规差分 InSAR 监测形变进行了有效互补和组合，获取更全面的形变特征，同样以玛尼地震为例进行了实验分析； (2)

31、对于矿区塌陷的监测，提出采用全分辨率干涉的方法来提高 InSAR 形变监测梯度的能力，并以陕北煤矿塌陷监测为例与常规多视监测进行了比较分析； (3)对于城市地裂缝形变监测，通过采用 L 波段的 ALOS/PALSAR 数据进行干涉计算以提高形变梯度的监测能力，这里重点提出了改进的基于地面控制点的基线精化方法，以及 DEM 精度对形变的影响，最后以西安地区 2007-2008 年内的 ALOS/PALSAR 和 Envisat 干涉组合进行了比较分析。 第四，为减弱大气效应、计算误差等随机误差对差分干涉形变结果的影响，本文研究了采用干涉图堆叠技术(Stacking Interferograms)

32、来提取线性形变速率的方法。采用西安地区 2005-2006 年间的 SAR 干涉图进行堆叠试验，并与同期 GPS 监测成果进行了比较分析，其监测精度优于 1cm/a。 第五，综合采用 ERS、Envisat 数据对西安地区 1992-2008 年间的地裂缝进行了时序分析，获取了西安地区地裂缝的时空发育特征信息。 通过以上理论研究和大量的模拟和实例分析，本文在采用差分 InSAR 技术进行不连续形变研究中取得了以下主要成果及创新点： 1、相位噪音是 InSAR 测量的一项主要误差，本文提出采用基于伪相干图的迭代自适应滤波算法。由于该算法能合理地确定滤波参数，从模拟和实际 SAR 干涉试验均验证了

33、该方法比 Goldstain 滤波及其改进的 Baran 滤波两种方法的滤波效果更好； 2、在不连续形变定位方面：针对不同类型的不连续形变需要采取不同的定位方法。对于大范围、大形变梯度的地震构造断裂可以采用精密配准偏移量信息进行高精度定位；对于城市活动地裂缝和矿区塌陷裂缝首次提出采用差分干涉的伪相干图来精确定位与提取，并且通过分析不同期的伪相干图可以揭示地裂缝的时空活动特征。对于较小尺度的地裂缝监测研究采用人工角反射器技术，基于强度信息的 CR 定位技术与GPS 融合可用于对 InSAR 地理编码进行精度评定； 3、在不连续形变监测方面，提出了三类监测或改进方法。 第一，对于地震构造断裂附近的

34、形变采用基于偏移量信息来获取形变，并与常规差分 InSAR 成果进行互补，从而获取更为全面的形变信息； 第二，提出采用全分辨率干涉法来提高差分 InSAR 监测形变梯度的能力，这里又可分为单干涉图的全分辨率干涉法和基于强相干点的多干涉图形变提取方法。前者在陕北补连塔煤矿塌陷监测中获取了常规多视差分难以监测到的形变量； 第三，针对 L 波段的 ALOS/PALSAR 进行差分干涉时基线残差效应的问题，本文提出一种改进的基于地面控制点的基线精化方法。在西安地裂缝监测中通过与同期 GPS 成果比较，经基线改正后的 ALOS InSAR 监测精度为 2cm/a； 4、干涉图堆叠技术能有效地减弱差分干涉

35、中随机误差的影响，从而提高 InSAR 监测形变的精度。在西安地裂缝监测中，采用该方法获取了 2005-2006 年间西安地区活动地裂缝的形变特征，通过与 GPS 监测成果比较，其精度优于 1cm/a，并首次发现一些新的地裂缝活动现象； 5、采用InSAR 技术综合研究了西安地区 1992-2008 年间的地裂缝灾害活动特征，即1996 年是西安地区地裂缝范围最广且活动最剧烈的时间段，包括 f3-f11 九条地裂缝均为活动地裂缝，而 2000 年以后，活动地裂缝主要集中在位于西安市南郊的 f10 和 f11，且在西安市现有地裂缝的南部又出现了新的地裂缝如f12、f13 和 f14，该成果与工程

36、地质调查结论具有很强的一致性。合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR)及差分 InSAR(D-InSAR)技术是近十几年来发展非常迅速的微波遥感技术。由于它具有全天候、全天时、覆盖面广和高精度获取地表信息的能力，因而在地球科学的诸多领域如地震、火山、矿区塌陷、地面沉降、滑坡、冰川等灾害中逐渐得到了广泛的应用。 在诸多灾害中多数表现为不连续形变，如地震、火山等构造断裂带形变、城市活动地裂缝、矿区塌陷裂缝、滑坡、冰川活动等。因此专门研究不连续形变的监测理论与技术方法对于灾害机理的精确解释、防灾减灾以及防治有着重要的科学意义和

37、实用价值。 不连续形变监测的主要内容包括不连续形变区域的定位和不连续形变量的获取，这将分别用于灾害的定性和定量研究。 根据不连续形变灾害的表现形式、影响范围和形变量级等不同特征，本文将其分三类来研究： (1)地震构造断裂：其延伸长度很长，形变影响宽度达公里级，且断裂带两侧形变的差异达米级； (2)城市地裂缝：其空间延伸长度相对较短，分布具有方向性，形变的影响宽度较窄，地裂缝两侧的形变差异也较小； (3)矿区塌陷裂缝：其空间分布的规模更小，一般呈规律曲线展布，但其塌陷的量级却很大。 本文针对上述三类不连续形变在其不连续区域定位与监测两方面开展了理论和应用试验研究，其研究内容主要包括：第一，分析了

38、差分干涉雷达技术用于形变监测的原理、方法以及数据处理过程中的主要误差源、影响量级及其减弱措施。在干涉图噪音减弱方面重点提出了干涉图的迭代自适应滤波算法，并采用模拟干涉图和实际 SAR 干涉图分别进行了验证。 第二，重点研究了不连续形变区域定位的不同方法。对于活动地震构造断裂带的定位采用基于 SAR 强度图的偏移量信息来进行，并以 1997 年西藏玛尼地震为例进行了试验分析。对于城市地裂缝和矿区塌陷裂缝则首次提出采用差分干涉图的伪相干图来进行定位，分析了伪相干图进行地裂缝不连续形变区域定位的理论基础和定位步骤，并分别选取西安地裂缝和陕北煤矿塌陷进行了实例验证。为了实现对小规模的地裂缝监测以及提高

39、地裂缝定位的绝对精度，首次对用于地裂缝监测的人工角反射器(CR)进行探测试验，分析了 CR 探测的方法以及用于地理编码精度评定的方法，并将其用于西安地裂缝定位试验中。第三，针对不连续形变的不同特征，研究了不连续形变监测的三类方法。 (1)对于地震构造断裂带附近的形变，采用基于偏移量信息来进行提取，并与常规差分 InSAR 监测形变进行了有效互补和组合，获取更全面的形变特征，同样以玛尼地震为例进行了实验分析； (2)对于矿区塌陷的监测，提出采用全分辨率干涉的方法来提高 InSAR 形变监测梯度的能力，并以陕北煤矿塌陷监测为例与常规多视监测进行了比较分析； (3)对于城市地裂缝形变监测，通过采用

40、L 波段的 ALOS/PALSAR 数据进行干涉计算以提高形变梯度的监测能力，这里重点提出了改进的基于地面控制点的基线精化方法，以及 DEM 精度对形变的影响，最后以西安地区 2007-2008 年内的 ALOS/PALSAR 和 Envisat 干涉组合进行了比较分析。 第四，为减弱大气效应、计算误差等随机误差对差分干涉形变结果的影响，本文研究了采用干涉图堆叠技术(Stacking Interferograms)来提取线性形变速率的方法。采用西安地区 2005-2006 年间的 SAR 干涉图进行堆叠试验，并与同期 GPS 监测成果进行了比较分析，其监测精度优于 1cm/a。 第五，综合采用

41、 ERS、Envisat 数据对西安地区 1992-2008 年间的地裂缝进行了时序分析，获取了西安地区地裂缝的时空发育特征信息。 通过以上理论研究和大量的模拟和实例分析，本文在采用差分 InSAR 技术进行不连续形变研究中取得了以下主要成果及创新点： 1、相位噪音是 InSAR 测量的一项主要误差，本文提出采用基于伪相干图的迭代自适应滤波算法。由于该算法能合理地确定滤波参数，从模拟和实际 SAR 干涉试验均验证了该方法比 Goldstain 滤波及其改进的 Baran 滤波两种方法的滤波效果更好； 2、在不连续形变定位方面：针对不同类型的不连续形变需要采取不同的定位方法。对于大范围、大形变梯

42、度的地震构造断裂可以采用精密配准偏移量信息进行高精度定位；对于城市活动地裂缝和矿区塌陷裂缝首次提出采用差分干涉的伪相干图来精确定位与提取，并且通过分析不同期的伪相干图可以揭示地裂缝的时空活动特征。对于较小尺度的地裂缝监测研究采用人工角反射器技术，基于强度信息的 CR 定位技术与GPS 融合可用于对 InSAR 地理编码进行精度评定； 3、在不连续形变监测方面，提出了三类监测或改进方法。 第一，对于地震构造断裂附近的形变采用基于偏移量信息来获取形变，并与常规差分 InSAR 成果进行互补，从而获取更为全面的形变信息； 第二，提出采用全分辨率干涉法来提高差分 InSAR 监测形变梯度的能力，这里又

43、可分为单干涉图的全分辨率干涉法和基于强相干点的多干涉图形变提取方法。前者在陕北补连塔煤矿塌陷监测中获取了常规多视差分难以监测到的形变量； 第三，针对 L 波段的 ALOS/PALSAR 进行差分干涉时基线残差效应的问题，本文提出一种改进的基于地面控制点的基线精化方法。在西安地裂缝监测中通过与同期 GPS 成果比较，经基线改正后的 ALOS InSAR 监测精度为 2cm/a； 4、干涉图堆叠技术能有效地减弱差分干涉中随机误差的影响，从而提高 InSAR 监测形变的精度。在西安地裂缝监测中，采用该方法获取了 2005-2006 年间西安地区活动地裂缝的形变特征，通过与 GPS 监测成果比较，其精

44、度优于 1cm/a，并首次发现一些新的地裂缝活动现象； 5、采用InSAR 技术综合研究了西安地区 1992-2008 年间的地裂缝灾害活动特征，即1996 年是西安地区地裂缝范围最广且活动最剧烈的时间段，包括 f3-f11 九条地裂缝均为活动地裂缝，而 2000 年以后，活动地裂缝主要集中在位于西安市南郊的 f10 和 f11，且在西安市现有地裂缝的南部又出现了新的地裂缝如f12、f13 和 f14，该成果与工程地质调查结论具有很强的一致性。合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR)及差分 InSAR(D-InSAR)技

45、术是近十几年来发展非常迅速的微波遥感技术。由于它具有全天候、全天时、覆盖面广和高精度获取地表信息的能力，因而在地球科学的诸多领域如地震、火山、矿区塌陷、地面沉降、滑坡、冰川等灾害中逐渐得到了广泛的应用。 在诸多灾害中多数表现为不连续形变，如地震、火山等构造断裂带形变、城市活动地裂缝、矿区塌陷裂缝、滑坡、冰川活动等。因此专门研究不连续形变的监测理论与技术方法对于灾害机理的精确解释、防灾减灾以及防治有着重要的科学意义和实用价值。 不连续形变监测的主要内容包括不连续形变区域的定位和不连续形变量的获取，这将分别用于灾害的定性和定量研究。 根据不连续形变灾害的表现形式、影响范围和形变量级等不同特征，本文

46、将其分三类来研究： (1)地震构造断裂：其延伸长度很长，形变影响宽度达公里级，且断裂带两侧形变的差异达米级； (2)城市地裂缝：其空间延伸长度相对较短，分布具有方向性，形变的影响宽度较窄，地裂缝两侧的形变差异也较小； (3)矿区塌陷裂缝：其空间分布的规模更小，一般呈规律曲线展布，但其塌陷的量级却很大。 本文针对上述三类不连续形变在其不连续区域定位与监测两方面开展了理论和应用试验研究，其研究内容主要包括：第一，分析了差分干涉雷达技术用于形变监测的原理、方法以及数据处理过程中的主要误差源、影响量级及其减弱措施。在干涉图噪音减弱方面重点提出了干涉图的迭代自适应滤波算法，并采用模拟干涉图和实际 SAR

47、 干涉图分别进行了验证。 第二，重点研究了不连续形变区域定位的不同方法。对于活动地震构造断裂带的定位采用基于 SAR 强度图的偏移量信息来进行，并以 1997 年西藏玛尼地震为例进行了试验分析。对于城市地裂缝和矿区塌陷裂缝则首次提出采用差分干涉图的伪相干图来进行定位，分析了伪相干图进行地裂缝不连续形变区域定位的理论基础和定位步骤，并分别选取西安地裂缝和陕北煤矿塌陷进行了实例验证。为了实现对小规模的地裂缝监测以及提高地裂缝定位的绝对精度，首次对用于地裂缝监测的人工角反射器(CR)进行探测试验，分析了 CR 探测的方法以及用于地理编码精度评定的方法，并将其用于西安地裂缝定位试验中。第三，针对不连续

48、形变的不同特征，研究了不连续形变监测的三类方法。 (1)对于地震构造断裂带附近的形变，采用基于偏移量信息来进行提取，并与常规差分 InSAR 监测形变进行了有效互补和组合，获取更全面的形变特征，同样以玛尼地震为例进行了实验分析； (2)对于矿区塌陷的监测，提出采用全分辨率干涉的方法来提高 InSAR 形变监测梯度的能力，并以陕北煤矿塌陷监测为例与常规多视监测进行了比较分析； (3)对于城市地裂缝形变监测，通过采用 L 波段的 ALOS/PALSAR 数据进行干涉计算以提高形变梯度的监测能力，这里重点提出了改进的基于地面控制点的基线精化方法，以及 DEM 精度对形变的影响，最后以西安地区 200

49、7-2008 年内的 ALOS/PALSAR 和 Envisat 干涉组合进行了比较分析。 第四，为减弱大气效应、计算误差等随机误差对差分干涉形变结果的影响，本文研究了采用干涉图堆叠技术(Stacking Interferograms)来提取线性形变速率的方法。采用西安地区 2005-2006 年间的 SAR 干涉图进行堆叠试验，并与同期 GPS 监测成果进行了比较分析，其监测精度优于 1cm/a。 第五，综合采用 ERS、Envisat 数据对西安地区 1992-2008 年间的地裂缝进行了时序分析，获取了西安地区地裂缝的时空发育特征信息。 通过以上理论研究和大量的模拟和实例分析，本文在采用差分 InSAR 技术进行不连续形变研究中取得了以下主要成果及创新点： 1、相位噪音是 InSAR 测量的一项主要误差，本文提出采用基于伪相干图的迭代自适应滤波算法。由于该算法能合理地确定滤波参数，从模拟和实际 SAR 干涉试验均验证了该方法比 Goldstain 滤波及其改进的 Baran 滤波两种方法的滤波效果更好； 2、在不连续