基于insar技术的dem重建理论与应用研究

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1、分类号:P2210710-2015126041硕士学位论文基于InSAR技术的DEM重建理论与应用研究张文婷导师姓名职称张勤教授朱武副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称大地测量学与测量工程论文提交日期2018年4月1日论文答辩日期2018年6月6日学位授予单位长安大学TheoryandapplicationofhighaccuracyDEMconstructedbyInSARtechnologyAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangWe

2、ntingSupervisor：Prof.ZhangQinAssociate.Prof.ZhuWuChang‘anUniversity,Xi‘an,China摘要数字高程模型（DigitalElevationModel,DEM）是用一组有序数值阵列表示地面高程的一种实体地面模型，其可以有效地对地形地貌等地面特性进行空间描述，在科学研究及工程建设中起着重要的作用。InSAR（SyntheticApertureRadarInterferometry，合成孔径雷达干涉测量）作为一种先进的空间对地观测技术，能

3、够克服常规DEM获取方法的低效率、高成本、易受天气影响等问题，在构建DEM方面展现了巨大潜力与优势。特别地，随着SAR数据的不断丰富，目前InSARDEM重建的常用方法有基于多基线InSAR的DEM重建和基于串联TanDEM的DEM重建，已有众多学者进行了相关研究，然而这两种方法在DEM重建过程中仍存在一些关键问题未能解决，限制了其进一步的推广应用。基于此，本文从InSAR重建DEM的基本原理及其精度影响因素出发，提出改进的基于多基线InSAR和TanDEM的DEM重建理论与技术，旨在提高InSAR构

4、建DEM的精度。主要研究内容和成果如下：（1）从常规两轨法、多基线法以及串联TanDEM三部分系统地阐述了近二十年来InSAR技术在DEM重建方面的研究进展，对已经取得的成果及仍然存在的问题进行综述。（2）介绍了InSAR重建DEM的基本原理和数据处理流程，分析了InSARDEM数据处理过程中的主要误差来源以及各类误差对DEM精度的影响特性，给出常用的误差减弱措施，作为后续研究的理论基础。（3）介绍了传统多基线InSARDEM重建理论及其数据处理方法，使用覆盖甘肃省黑方台地区的TerraSAR-X数据

5、进行实验，对实验结果进行分析，指出了传统多基线InSARDEM重建方法在获取DEM时存在的问题。（4）针对多基线InSAR进行DEM重建的低精度、失相干以及雷达侧视成像导致的空值问题，本文提出了顾及系数矩阵优化、临时相干点以及升降轨融合的综合数据处理方案，从而有效减少DEM中的空值区域，同时提高了DEM的构建精度。为了验证方案的合理性，使用模拟数据和真实数据进行了实验。模拟实验表明通过控制垂直基线和干涉对数目能够有效提高多基线InSAR构建DEM的精度。真实实验结果显示本文方法得到的DEM的精度较SR

6、TM提高了35%，较传统算多基线法提高了20%，有效像元数量较传统多基线算法提高了73%，表明方法的有效性。i（5）针对串联TanDEM-X数据在时序DEM获取中的解缠误差问题，提出了一套优化的时序DEM生成方案，该方法采用自适应相干性估计、相位掩模以及外部DEM精化来改善地形坡度较大区域的解缠误差问题，进而获得高精度时序DEM。为了验证方法合理性，以美国阿留申群岛克利夫兰火山为研究区域，以2012-2014年的14景TerraSAR-X/TanDEM-X为数据源，使用本文提出的方法获取了2012-2

7、014年间克利夫兰火山熔岩的DEM变化情况，结果显示其DEM变化趋势与SAR强度图呈现很好的一致性，表明方法的合理性。关键字：InSAR，DEM，多基线，TanDEM-XiiAbstractDEM(Digitalelevationmodel)isadiscretedigitalrepresentationofground-surfacetopography,itcandescribethegroundfeatureseffectivelyandplaysanimportantroleinscienti

8、ficresearch,engineeringconstructionandmanyotherfields.InSAR（SyntheticApertureRadarInterferometry）,asanadvancedspace-to-earthobservationtechnique,canovercometheproblemsoflowefficiency,highcost,andweather-affectingproblemsinconvent