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重复轨道星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术已经成为监测地表形变的有力工具。由于SAR干涉对主从图像成像时刻的大气状况之间存在一定的差异,便会引起干涉结果中的“假象”位相(即大气位相),这对获取精确形变信息都造成了困难。而大气中的水汽是变化较快的参量,并且水汽对于雷达波的传播会造成一定延迟,于是大气中的水汽是InSAR测量地表形变应用中的重要的误差来源之一。InSAR大气校正就是消除或减弱水汽效应,提高InSAR的测量精度。其核心任务是获得SAR数据获取时刻的大气水汽场,利用它可以进行SAR干涉图水汽附加相位的改正。因此,大气效应成了限制InSAR技术应用的重要方面之一,InSAR大气校正研究是获取高精度形变测量结果的重要环节。本文在对InSAR测量中的现有的大气校正方法进行阐述分析的基础上,对InSAR大气水汽效应的定量分析进行全面系统深入的研究,并且对基于WRF模式的InSAR大气校正方法进行探索研究。 (1)本文首先根据InSAR几何关系,利用严格的数学推导分析了InSAR技术测量地表形变的基本原理,将InSAR干涉相位表达为参考面贡献项(又称平地相位)、DEM引起的地形相位、地表形变相位、大气相位与噪声相位五个相位组成部分,并指出其InSAR测量地表形变的误差来源为卫星轨道误差、DEM误差、大气延迟和热噪声等因素。 (2)从大气效应对InSAR测量的影响机制理论分析的角度,指出InSAR大气延迟的决定性因素为大气中的水汽含量,并给出了InSAR大气水汽效应的数学计算模型,为后续的InSAR大气水汽效应去除的相关研究工作奠定了理论基础。 (3)通过对现有InSAR大气校正方法的以往研究成果进行总结归纳,重点分析了各个方法在应用中的优势及劣势,并重点介绍了GPS、MERIS及MODIS这三种水汽数据来源,为本文后续的InSAR大气校正方法的探索研究提供了指导意义。 (4)本文在对InSAR测量中的现有的大气校正方法进行阐述分析的基础上,对多模式InSAR大气水汽效应的定量分析进行了全面系统深入的研究。其中,针对InSAR大气水汽效应的时空分布特性展开对比分析,并对水汽效应对常规InSAR处理的影响进行了全面比较,发现了水汽效应与残余轨道条纹耦合在一起的现象。本研究还提出了考虑大气效应后综合逐对分析方法,实现了无实测形变数据情况下地表形变信息的识别与提取。 (5)由于目前常用的各种校正方法都有其各自的缺陷与局限性,难以满足实际监测形变应用的需求,因此实际应用中还未能有一种通用且有效的大气水汽效应去除方法。本文还对基于WRF模式的InSAR大气校正方法进行探索研究,从InSAR大气校正的需求出发,对WRF模式进行了剖析,给出了适用于InSAR大气校正研究的WRF模式方案、水汽信息提取及检验方法,并提出了将WRF模式系统坐标系下水汽结果重采样并投影至雷达坐标系下的方法。 (6)本文提出了综合MERIS与WRF模式系统的InSAR大气校正方法,实现了多云情况下InSAR大气效应的去除。