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GPS与INSAR融合

发布时间:2020-03-03 15:26:24 来源:范文大全 收藏本文 下载本文 手机版

1、GPS-InSAR合成方法进行地面沉降研究与展望

2、SAR差分干涉测量技术及其在地表形变监测中应用现状

3、基于EMD-小波随机消噪模型的GPS/INS组合导航

4、构筑物变形短期预警与完备性监测算法研究

5、虚拟参考站多路径与空间相关误差模型研究(王坚老师)

6、测量误差对概率积分法参数精度影响

7、基于Kriging算法与曲面拟合的三维激光扫描点云数据插值研究

8、三维激光扫描技术在建筑物变形监测的应用(吴侃 矿山开采沉陷 防护)

GPS和InSAR技术具有很强的互补性,一方面GPS为解决InSAR对于大气参数的变化敏感和轨道误差校正提供了途径,另一方面,可以利用InSAR技术提高GPS的空间分辨率,并能以毫米级的精度监测地表形变。

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是20世纪50年代研制成功的一种新型微波传感器,作为有源系统,SAR具有全天候、全天时工作的能力,可以在不同的微波频段、不同的极化状态下得到地面目标的高分辨率遥感图像,是近几年迅速发展起来的微波遥感新技术。基于SAR发展起来的合成孔径雷达干涉测量技术(SAR Interferometry,InSAR)是利用SAR的相位信息提取地表的三维信息和高程变化信息的一项极具潜力的空间对地观测技术错误!未找到引用源。-错误!未找到引用源。。在InSAR基础上扩展的差分干涉技术(Differential InSAR, DInSAR)更可测量微小的地表形变,已经在地表形变监测、火山运动、冰川漂移、城市沉降以及山体滑坡等方面表现出极好的前景。

InSAR和GPS集成方法

InSAR受对流层延迟、电离层延迟、卫星轨道误差、地表状况和时间几何失相关性等影响,容易导致InSAR图像解释错误,造成在山区、植被覆盖区形变测量失败或大大降低形变测量的精度。而水利枢纽工程库区地形起伏大、植被覆盖茂密,且气候潮湿,这使得应用InSAR提取DEM以及监测地表形变存在更多的困难,InSAR方法自身无法彻底解决这些问题。此外,GPS用于形变监测也存在不足,具体表现为:

由于水利枢纽工程特有的地形和交通条件不便等原因,在库区大范围内使用GPS方法布网观测是相当困难的,一方面劳动强度很大,另一方面监测系统的成本非常昂贵。

GPS方法是点观测系统,因而监测数据的空间分辨率很低,很难满足大范围形变监测的要求。

由于库区一般位于深山峡谷,GPS接收机天线受到遮挡,使得接收到的GPS卫星数减少,导致GPS定位精度大大下降,达不到形变观测精度要求。

将InSAR和GPS进行综合具有如下互补性:

GPS是一种高精度的点定位系统,但是GPS的空间分辨率较低、成本高,不能满足库区大范围形变监测的需求;而InSAR技术则可以弥补其不足,它提供的是整个区域面上的连续信息,能更直观地提供地表形变的全貌,其空间分辨率可以达到20m×20m,随着SAR技术的不断发展,这个空间分辨率还可以进一步提高。

GPS获得的是高精度的绝对坐标,而InSAR仅提供相对坐标,二者集成可满足库区大范围形变监测的观测精度需求。

GPS在水平方向的定位精度较高,但在垂直方向GPS定位精度较差;而InSAR对垂直方向的高程信息特别敏感,可获得高精度的高程信息。

GPS允许长时间连续观测,但InSAR是瞬时观测;GPS可提供时间分辨率很高的观测数据(采样率可高达20Hz),而SAR卫星提供数据通常35天左右的重复周期,很难保证足够的时间分辨率。因此,InSAR与GPS二者集成在时间上可将连续观测与瞬时观测结合,从而获取库区形变场和应变场的动态变化。

由上述分析可以看出,将GPS与InSAR集成,将突破单一技术应用的局限,发挥其各自优势。一方面利用GPS来改正InSAR本身难以消除的误差;另一方面充分利用InSAR与GPS的互补性,实现GPS高时间分辨率与InSAR高空间分辨率的有机统一。

合成孔径雷达差分干涉 测量技术(D—INSAR)是以合成孔径雷达复数据 提取的相位信息为信息源,利用复雷达图像的相 位差信息来精确地测量出图像上每一点的三维位 置和提取地面自标微小地形变化或测量地表形变 等。由于它可以穿过各种大气云层,全天候、全天时获取地面高程及形变信息,现已成为一种极具 潜力的空间对地观测技术。

发展展望

从InSAR技术的发展历程、研究现状以及应 用的情况可以看出,InSAR技术的发展主要体现 在四个方面:一是探测技术的发展。从早期的并 非专门针对SAR干涉测量而设计的ERS一

1、ERS-

2、JERS一

1、Radarsat,到新一代充分考虑SAR干 涉测量应用的Envisat、Radarsat一2等;从机载双 天线发展到机载、星载重复路径干涉;从单一波段 发展到多波段组合;从单极化、固定入射角、单模 式向多极化、变入射角、多模式发展。为获得丰富

的SAR数据资源奠定了基础。二是InSAR技术应用范围的发展。从早期InSAR技术的应用主 要是地形制图,到开展形变比较明显的地震形变、地壳形变、火山活动、冰川移动等大面积监测研 究,随着InSAR技术的不断成熟和研究工作的不 断深入,又逐渐转向地面沉降、山体滑坡等引起细 微持续的地表位移。另外,在森林调查与制图、海 洋测绘以及土地利用与分类、水文、地质等方面也 得到成功应用。三是InSAR与GPS的数据融 合。GPS精密定位可以确定地面离散点上的精 确位置和高程变化,可以较为精确地确定电离层、对流层参数,而InSAR提供的是整个区域面上连 续的信息,特别是GPS允许长时间连续观测,而 InSAR可被看作瞬时测量。因此,InSAR与GPS 两种技术,具有很好的互补性,可以相互结合,不 仅保证时间连续性和空间连续性,而且利用GPS 改善InSAR卫星轨道的确定精度减少大气效应 的影响,改善InSAR图像质量。四是数据处理方 面的发展。针对InSAR技术中的关键数据处理, 配准、相干性分析、降噪滤波、相位解缠等,出现了大量数据处理理论与分析方法、算法设计,使得该 技术从早期粗略、宏观的理论研究转变为目前精 细、微观的应用研究。 InSAR的数据处理涉及诸多内容,与探测技术以及应用的发展相比,数据处理与分析的发展更加广泛、深入和迫切。其中复值图像配准、相干性分析、抑制干涉相位图中的噪声以及相位解缠、精化电离层延迟与对流层延迟等理论与方法以及 相应的最优数值解算等问题的研究还需要进一步深入。随着InSAR技术应用范围的不断扩展,InSAR技术中的数据处理与分析及其相应的算法设计等还有诸多问题需要进一步的深入研究。

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