InSAR同震形变提取关键技术研究及其应用

发布时间：2020-06-03 20:44

【摘要】：大震发生后,如何快速获取同震形变和震源参数对服务抢险救灾决策意义重大。而雷达干涉测量技术能够克服恶劣的天气环境,为地震形变信息快速获取提供了有效途径。联合地震形变与地震参数(如断层参数、震源机制解等)的震情综合研判能更好确定救灾重点区域,从而有效降低震后人员伤亡及经济财产损失。目前,InSAR技术在地震学的应用主要集中在地震同震形变场获取,而对于静态形变与地震动力学过程的联合分析较少。如何突破传统遥感技术静态观测局限性,使雷达干涉技术服务于地震动力学研究,实现大地测量学与地震学的交叉,更加高效、快速获取地震震情信息是当前亟需解决的问题。本文基于InSAR技术,立足于地震应急的震害信息获取需求,主要研究了InSAR高精度形变场提取及其应用关键技术,包括:失相干恢复技术,地震三维形变场解算,基于InSAR形变场高精度断层滑动分布反演方法等。概述如下:(1)失相干是当前InSAR处理技术中不可避免的问题,形变场失相干容易导致极震区形变信息缺失。本论文分析了InSAR形变场失相干的不同成因,结合地震形变场的特殊空间形态,提出了一种顾及发震断层性质、形变场特征的非线性支持向量机失相干恢复流程和方法,克服Kriging插值缺少断层性质约束的不足,提高了失相干恢复的可靠性。(2)InSAR技术可直接获取视线向形变信息,其轨道姿态决定InSAR对南北向形变不敏感,因而对地震造成的地表立体形变观测维度有限。本论文引入最小二乘平差理论,基于InSAR技术进行高精度三维同震形变场解算,提升InSAR在南北向形变的观测精度。针对只有SAR数据情况,基于多种InSAR技术联合进行三维形变场解算;针对多源数据情况,对InSAR、GPS以及强震数据归一化处理,顾及形变、轨道误差对形变场影响建模定权,再用最小二乘方法获取高精度三维形变场。(3)当前InSAR在地震学中的应用主要集中在地表形变观测,而与地震深部响应过程相结合的研究较少,如何基于InSAR结果进一步探索地震深部构造与破裂过程是当前迫切需要解决的问题。本论文建立了InSAR地表形变场与GPS、强震观测等多源数据融合的发震断层运动模式反演方法,探讨了多源异构数据融合中的定权问题,并引入层次分析法给出合适的定权参数,基于改进的随机搜索粒子群优化算法,建立静态地表形变场与地震波观测数据的联合反演方法,获取断层滑动分布模型及震源机制解。并针对传统伪三维形变场(“视线向+方位向”分解)输入数据的误差会在震源滑动模型反演中不断积累的问题,提出了一种基于真三维(垂直向+东西向+南北向)形变场约束的震源滑动反演改进方法,通过三维形变场约束获取高精度断层滑动分布模型,有效降低反演过程中模型参数的不确定度,提高反演结果的可靠性。(4)基于断层滑动分布反演结果,探索了同震库仑应力变化与余震的相关性;基于反演结果使用随机振动有限断层模型进行区域地震动模拟,并经强震台站数据验证和约束,产出了具有较高精度、细节清楚的烈度模拟图,克服传统仪器烈度获取面临的台站密度稀疏、空间分布细节特征不显著等局限,为震情信息的快速研判提供参考依据。
【图文】：

图 2-1 二轨法 D-InSAR 干涉几何示意图如图 2-1 所示，在雷达第一次和第二次成像期间，地面目标 P 移动到 P’间形变量为losd 。对于任意目标观测点，，干涉相位 可以表示为公式 24 4 4= - - - 2sinlos atmo noiseB hB d kR （2式中， 为雷达波长，R 表示 SAR 传感器与观测点之间的距离； 表示射角；B 为两幅 SAR 图像获取时传感器空间位置之间距离 B 的水平分量平行基线；B 为两幅 SAR 图像获取时传感器空间位置之间距离 B 的垂也称为垂直基线。h表示地面目标 P 的高程。等式右边第一项为平地相位分量，该分量主要受 SAR 影像对基线影响，地形起伏影响，该项与像元位置之间存在函数关系。第二项表示地形相第三项为形变相位分量， 表示观测点在获取 SAR 影像时间间隔内沿形变量值，相对于选定的参考点，正值表示靠近卫星方向运动，负值表卫星方向运动。atmo 表示大气引起的相位分量。noise 表示噪声引起的

图 2-2 D-InSAR 数据处理流程图根据流程图 2-2 可以看出，地形相位模拟需要的 DEM，可以是外部 DEM 或者其他 SAR 影像干涉得到的 DEM，当使用外部 DEM 进行 D-InSAR 处理时，称为二轨差分法，当通过增加 SAR 数据干涉获取 DEM 进行 D-InSAR 处理时，称为三轨法或者四轨法。2.2 InSAR 主要误差源通过上一节中差分干涉 SAR 原理可以看出，在进行 D-InSAR 数据处理中，主要步骤为影像配准、干涉处理、相位滤波、相位解缠、去平地效应、相位转形变并进行地理编码。一般定义形变发生前的影像为主影像，形变发生后的影像为从影像。对主从影像进行 D-InSAR 处理时，会有很多误差的存在影响最终获取的形变结果，常见的 InSAR 误差源主要有：轨道误差、大气误差、相位解缠误差、地形误差、失相干误差等，下面将对这几种误差的来源和去除方法进行介绍。2.2.1 轨道误差
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P237;P315.7

【参考文献】

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本文编号：2695376