X波段雙模式差分干涉雷達於地變形量測分析

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姓名

高郡汝(Jyun-Ru Kao) 查詢紙本館藏

畢業系所

太空科學研究所

論文名稱

X波段雙模式差分干涉雷達於地變形量測分析
(X-Band Dual-Mode Differential Interferometric Radar to Measurement of Ground Deformation)

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摘要(中)

隨著國際間的多顆X波段衛星雷達發射運作後，解析度達到5~3公尺，且重複軌道觀測週期的縮短，也就是時間解析度的提升。在干涉雷達應用上降低過去在觀測上常見的時間去相關(temporal decorrelation)。如德國TerraSAR-X衛星為11天週期，義大利COSMO-SkyMed星座衛星的4顆同規格雷達系統拍攝更可提高到1週3次重複軌道觀測。
本研究是以高雄市阿蓮與岡山區為研究區，使用德國TerraSAR-X與義大利COSMO-SkyMed衛星影像資料，採用升模與降模雙模式觀測方式，結合不同觀測角度不同方向軌道進行地表三維地變形分解，降低差分干涉雷達觀測上的水平和垂直方向模糊問題。由於X波段資料易受到大氣影響使訊號衰減，在影像對選取時，除基線條件外，需考慮影像拍攝當時的天氣狀況，使用雷達回波圖，將水氣影響的影像先予以剔除，避免水氣造成相位偏移影響後續地變形量分解的誤差。經過昇模與降模式觀測顯示在高鐵阿蓮段附近，於2011年1-5月約有3公分下陷量，並且在岡山市區靠近岡山交流道附近有工廠小區域的地變形，三維分解結果2011年8-11月約有0.6公分的下陷率；經過2011年8月現地調查發現在阿蓮、岡山區域確實有路面破裂，圍牆傾斜等現象。
本研究首次應用X波段雙模式差分干涉雷達於台灣地區進行小區域地變形觀測與成果驗証，展示干涉雷達遙測在高度開發的都會型地變形觀測應用。

摘要(英)

Currently several X-band satellite radar have been in orbit. As the spatial resolution up to 3 to 5 meters with shorter revisit time, meaning also the improvement of time resolution, it becomes more effective to apply the radar interferometry because the temporal decorrelation may be reduced. For example, the German TerraSAR-X satellite has 11 days cycle, and the four Italian COSMO-SkyMed constellation of satellites increase up to three times orbiting observation of repeated cycle in just one week..
This thesis uses the German TerraSAR-X and the Italian COSMO-SkyMed satellite image data to perform interferometric observation of subsidence prone areas of Alian and Gangshan districts in Kaohsiung. By integrating both ascending and descending observations at different observation angles and different directions, ground deformation decomposition is carried out to estimate the three dimensional surface displacement while reducing the ambiguity in the horizontal and vertical direction for the differential interferometry radar observations. Since X-band radar image may be influenced by the atmospheric screen effect, it is essential not only to consider baseline requirement, the phase shift due to atmospheric delay must be taken into account as well. From the ascending and descending observations, results reveal about 3 cm of subsidence near the Alian area during January-May 2011 and subsidence about 0.6 cm in factory region near in the Intersection of Gangshan area during August- November 2011. Through the ground truth survey in Aug. 2011, it is found that road surface rupture and the wall tilt occurred in Alian and Gangshan area.
For the first time in Taiwan, this study applies X-band dual-mode differential interferometry radar to observe three dimensional ground deformation in small area and demonstrates the applications of radar interferometry for surface subsidence mapping in metropolitan area.

關鍵字(中)

★ 合成孔徑雷達
★ 差分干涉雷達

關鍵字(英)

★ SAR
★ DInSAR

論文目次

摘要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第1章緒論 1
1-1. 研究動機與目的 1
1-2. 研究方法概述 2
1-3. 論文架構 3
第2章合成孔徑雷達概述與干涉雷達原理 4
2-1. 合成孔徑雷達概述 4
2-2. 干涉雷達原理 5
2-3. 差分干涉雷達原理 9
2-3-1. 原理概述 9
2-3-2. 地變形量測 10
2-4. 干涉的限制條件及影響因素 11
第3章研究方法與流程 13
3-1. X波段雙模式地變形處理流程 13
3-2. 三維地變形分解 16
3-3. X波段地變形干涉模擬探討 19
第4章成果與討論 24
4-1. X波段高解析雷達差分干涉探討 24
4-1-1. TerraSAR-X資料介紹 24
4-1-2. COSMO-SkyMed資料介紹 27
4-1-3. 數值高程誤差探討 30
4-1-4. X波段雷達影像受大氣影響探討 31
4-2. 研究區介紹 36
4-2-1. 研究區背景說明 36
4-2-2. 研究區資料說明 37
4-2-3. 基線分析與挑選 39
4-2-4. 輔助資料 41
4-3. 岡山地區地變形觀測成果與比較 41
4-3-1. TerraSAR-X與COSMO-SkyMed差分干涉成果 41
4-3-2. 成果比較與現地調查成果 48
第5章結論與未來展望 52
5-1. 結論 52
5-2. 未來展望 54
參考文獻 55

參考文獻

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指導教授

陳錕山(Kun-shan Chen)

審核日期

2012-7-31

推文