高级时序InSAR地面形变监测及地震同震震后形变反演

摘要

差分干涉测量技术(Differential interferometry technique，D-InSAR)是在InSAR技术基础上发展起来的，主要应用于测量地表微小形变。随着差分干涉测量技术在地震形变，火山活动，冰川运动，城市沉降以及山体滑坡等监测领域的广泛应用，实际研究中存在很多局限性，比如轨道参数误差、地形数据误差、大气延迟误差、时空去相关引起的相位解缠误差以及系统噪音误差等。这些因素成为InSAR高精度形变探测应用主要限制。InSAR时序分析方法是目前解决常规D-InSAR处理过程中各种精度制约因素的主要方法之一。本文以InSAR时序分析中几个关键技术问题为研究目标，开展InSAR时序关键技术研究，本文取得的创新点如下:
　　(1)在传统相干点提取方法的基础上，提出了一种新的提取方法:满秩相干点。该方法将干涉冗余网络图中节点和边结合起来构建满秩矩阵，并依此作为相干点提取指标。实验结果表明满秩相干点提取法不仅能有效提高相干点的空间分布密度，而且能保留相干点的最优测量精度。
　　(2)本文将大气延迟相位分成三种分量，即长波长大气相位，短波长大气相位以及地形相关的大气相位。在此基础上，利用网络法分别对三种类型大气延迟相位进行校正。网络法可以估算出每个时刻的大气延迟误差，再重构每一幅干涉图的大气延迟误差。实验结果分析表明，采用网络法能精确模拟每个时刻大气延迟误差和每幅干涉图中的大气延迟相位。
　　(3)离散点相位解缠误差是时序分析过程中主要误差源之一，直接影响后续时序分析结果的精度。本文提出一种利用网络闭合环残差方法，对离散相干点相位解缠误差进行检测和校正。该方法可以有效识别出离散相干点解缠相位中相位跳变，同时，本文也介绍了离散相干点解缠相位跳变校正的方法。
　　(4)本文基于相干矩阵满秩条件提出一种新的InSAR时序反演策略。利用干涉冗余网络图中各条边和节点之间的关系，采用最小二乘方法解算各个时刻点的形变特征，以有效解决传统InSAR时序反演过程中的秩亏问题。从Barn地震震后时序形变场提取，羊八井电站地热开采地下水引起地面沉降监测以及北京市地面沉降监测几种类型应用中验证该方法高效性和精确性。
　　在关键技术突破的基础上，本文利用提出的新方法获取了2008年10月6日西藏当雄Mw6.3地震同震形变和震后地表形变时序。研究发震断层参数和震后运动过程的动力学机制。利用同震形变反演得到断层几何参数及滑动分布模型为先验知识，以InSAR时序方法获得震后形变时序资料为约束，分别利用震后余滑模型和震后黏弹性松弛模型研究当雄地震震后断层的运动过程，同时对青藏高原南部中低地壳或者上地幔的黏性系数进行估计，并给出了最优拟合解。

目录

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摘要

图例索引

表格索引

缩略词

第一章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 相关研究现状

1．3 亟需解决的关键问置

1．4 主要研究内容和章节安排

1．4．1 论文主要研究内容

1．4．2 论文组织结构

第二章 InSAR及InSAR误差源分析

2．1 概述

2．2 InSAR技术概况

2．3 D-InSAR技术概况

2．4 主要InSAR卫星系统

2．5 InSAR主要误差源概述

2．5．1 轨道误差

2．5．2 大气延迟误差

2．5．3 相位解缠误差

2．5．4 DEM误差

2．6 本章小结

第三章 InSAR时序分析方法

3．1 概述

3．2 层叠法

3．3 PSInSAR时序分析技术

3．4 SBAS时序分析技术

3．5 其他时序分析算法

3．5．1 StaMPS

3．5．2 STUN

3．5．3 DePSI

3．5．4 InSAR TS+AEM

3．5．5 PI-RATAE

3．5．6 MInSAR

3．6 时序分析中部分关键技术

3．6．1 相干点及其提取方法概述

3．6．2 轨道误差去除方法概述

3．6．3 大气相位误差去除方法概述

3．6．4 离散点相位解缠方法概述

3．6．5 新一代InSAR处理算法-ISCE

3．7 本章小结

第四章 InSAR时序关键技术研究

4．1 量佳网络构建方法

4．2 矩阵满秩相干点的提取

4．3 离散点相位解缠及误差探测与校正

4．3．1 多分辨率离散点相位解缠

4．3．2 离散点相位解缠误差的识别校正

4．4 勒道误差校正

4．5 大气相位误差校正

4．5．1 大气相位分类

4．5．2 网络法大气相位去除方法

4．6 本章小结

第五章 高级InSAR时序分析处理策略研究

5．1 FR AM-SBAS时序分析处理策略

5．1．1 时序方程组反演方法

5．1．2 满秩方程组量小二乘反演

5．1．3 FRAM-SBAS时序反演流程

5．2 Bam地震震后形变场

5．3 羊八井热电站地面沉降

5．4 北京市地面沉降监测

5．5 本章小结

第六章 当雄地震同震及震后形变场反演

6．1 地震周期

6．2 同震形变场及断层滑动分布反演

6．2．1 同震形变场反演概述

6．2．2 同震位错反演

6．3．3 PSO反演策略

6．2．4 当雄同震形变场断层参数反演

6．3 震后形变及余滑和黏滑模型研究

6．3．1 震后形变反演概述

6．3．2 震后余滑和震后黏滑模型

6．3．3 InSAR震后形变场

6．3．4 震后余滑模型反演

6．3．5 震后黏弹性模型反演

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要工作与结论

7．2 后续工作与展望

参考文献

附录

致谢

作者简介

攻读博士期间主要参与的课题

攻读博士学位期间发表的文章