关键词：
分布式散射体
极化最优
相位连接
特征值分解
滑坡
摘要：
合成孔径雷达干涉(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)测量技术凭借其全天时、全天候、覆盖范围广和精度高等优势,已成为一种重要的滑坡形变监测手段。为使InSAR技术更好地应用于非城区地表形变监测,一些学者提出了相位连接(Phase Linking,PL)技术,该技术通过处理分布式散射体(Distributed Scatterer,DS),并利用所有干涉组合重建等效单主(Equivalent Single Master,ESM)干涉图以提高相位质量和监测点数量。PL技术主要依赖于空间样本数量和时序相干幅度来决定ESM相位的重构性能。但是,很多滑坡位于植被覆盖茂密的山区,植被的生长及季节性物候变化等会导致严重的失相干现象,对干涉相位造成较大的扰动并导致重构能力降低,影响最终形变产品的质量和覆盖密度。随着时序极化SAR(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,Pol SAR)数据的丰富,每个极化通道的时序观测量都包含了干涉信息以增加多余观测次数,使得对DS相位质量进一步优化成为可能。本文基于PL技术,通过引入极化信息来提高干涉相位质量。本文的研究内容主要分为以下三点:(1)针对植被覆盖区容易产生失相干导致相位质量较差的问题,提出了基于全极化特征值分解的时序极化相位连接方法(Quad Polarization-Phase Linking,QP-PL)。传统的穷举搜索极化最优(Exhaustive Search Polarimetric Optimization,ESPO)方法由于统计特性不稳定、运算成本过高的问题限制了相位优化的性能。本文通过引入全极化信息,利用Pauli基各极化通道的多余观测,执行联合对角化特征值分解算法,同时从全极化的时序相干矩阵中提取ESM干涉相位。为了验证该方法的有效性,采用了模拟数据实验和真实数据实验比较了单极化、ESPO和QP-PL三种方法的时序干涉相位质量。结果表明,本文提出的新方法在相干斑降噪、干涉相位恢复、计算效率等方面均有更好的性能,能够提高DS的相位质量,为后续的反演和应用提供更精确的ESM干涉图。(2)针对现有SAR卫星主要以双极化观测模式为主、对于地物完整极化信息观测缺失的问题,提出了一种基于双极化特征值分解的时序极化相位连接方法(Dual Polarization-Phase Linking,DP-PL)。相对于全极化而言,双极化SAR数据所构建的时序极化散射矩阵、时序极化相干矩阵等均有所不同,导致相位优化的性能也有所不同。因此,有必要深入研究双极化SAR时序相位连接方法。本文利用上述真实数据验证了DP-PL方法在不同双极化组合的相位优化性能,包括HH&HV、HH&VV、VV&VH三种双极化组合。实验结果表明,在相同条件下,本文所提出的新方法在不同双极化组合下,干涉相位恢复能力和相位质量上均优于HH或VV、ESPO方法,说明了本文方法在不同极化组合下具有稳健的相位优化能力。此外,本文还将该方法应用到新铺滑坡,采用33景Sentinel-1A双极化(VV&VH)数据进行了相关实验,实验结果与前述相同,说明了DP-PL方法在各区域的适用性。(3)以三峡植被覆盖区新铺滑坡为实验区,验证了DP-PL形变监测方法的有效性,并获取了新铺滑坡的时序形变结果,揭示了新铺滑坡2019～2022年期间的形变规律。新铺滑坡属于特大型古滑坡,近年来由于三峡库区蓄水、降雨以及人类活动的影响有复活的趋势,将严重威胁人类的生命财产安全。因此,本文采用Sentinel-1A双极化数据(VV&VH),基于DP-PL的时序极化形变监测方法获取了新铺滑坡2019年1月至2021年12月的时序形变,并根据该地区降雨量、地形地貌、三峡库区水位变化分析了新铺滑坡的稳定性。实验结果表明,滑坡体的LOS向平均形变速率约为70 mm/y,最大累积形变量超过200 mm。此外,在库区水位下降、降雨量增加时,滑坡体整体形变速率加快;而在水库蓄水期、降雨量较少时,滑坡体形变速率趋缓。目前新铺滑坡仍具有明显的变形趋势,有必要对相关滑坡进行预警预报与防灾减灾。图44幅,表7个,参考文献94篇
万方期刊数据库
同方期刊数据库
详细信息
