基于压缩感知的InSAR数据地震震源特征反演研究

The earthquake source characteristics inverted from InSAR data have many important applications in earthquake scientific research and earthquake engineering. To obtain precise inversion results, it is crucial to select and design an optimal inversion method. This project aims to propose a new inversion method based on compressive sensing theory. We will investigate the sparse representation model for earthquake slip distribution, the method for designing InSAR sampling matrices, and the algorithm for recovering earthquake source parameters. The proposed inversion method will solve the over-smooth problem in traditional methods by taking advantage of the sparse characteristics of earthquake slip distribution. Also, this study will optimize the reduction process of InSAR data by designing a sparse-signal-recovery-oriented sampling matrix. The innovations of this project are two-folds: 1) the regularization on slip distribution is extended from smooth constraints to sparse constraints; 2) the InSAR downsampling method is extended from spatial gridding sampling to non-spatial compression. This project will enrich the existing inversion methods, improve the precision and reliability of inversion results, benefit further earthquake study, and shed lights on the earthquake prevention and disaster reduction.

InSAR数据地震震源反演结果在地震科学研究和防震减灾工程中都有重要的应用。为提高反演结果的精度，反演方法的设计显得十分关键。本课题拟提出基于压缩感知理论的InSAR数据地震震源特征反演方法，实现地震震源的精确可靠提取。主要研究内容包括地震滑动分布稀疏表示模型、面向稀疏参数恢复的采样矩阵设计方法及震源参数的求解算法。本课题通过研究地震滑动分布在特定变换域下的稀疏特性，解决现有震源反演方法中的过光滑问题。另外，本课题在稀疏信号恢复导向下设计InSAR 数据采样矩阵，使得数据降维同时极大保留滑动分布信号的完整性。该研究创新点在于：（1）将滑动分布先验信息建模从光滑约束拓展到稀疏约束；（2）将InSAR数据简化从传统空间网格采样扩展到非空间抽象压缩。研究成果将丰富现有地震震源反演理论与方法，有助于认清地震发生和发展规律，从而进一步为地震科学研究及防震减灾等各项工作提供理论和技术支持。

InSAR数据地震震源反演结果在地震科学研究和防震减灾工程中都有重要的应用。为提高反演结果的精度，反演方法的设计显得十分关键。本课题提出结合压缩感知理论的InSAR数据地震震源特征反演方法，实现地震震源的精确可靠提取。主要研究内容包括地震滑动分布正则化方法、InSAR数据分析处理方法、地震震源参数求解算法、地震实例研究四个部分。本项目主要取得以下成果：1）研究了地震滑动分布的稀疏表达模型和自适应正则化方法，挖掘滑动分布经过空间变换后的稀疏特性，拓展了传统滑动分布光滑先验约束的形式；2）研究了InSAR数据的简化方法和孤立条纹模糊度求解方法，有效节约了反演计算量，充分利用了孤立条纹信息；3）研究非负约束情况下稀疏系数的有效近似求解和基于总体最小二乘的滑动分布解和正则化矩阵同时求解的方法，实现有效的地震震源参数求解方法；4）开展了2011年土耳其Van地震、2016年意大利中部地震序列、2018年印尼Lombok岛地震序列的震源反演、海原断裂带现今应变模拟等四个案例研究。本项目研究成果丰富了现有地震震源反演理论与方法，有助于认清地震发生和发展规律，从而进一步为地震科学研究及防震减灾等各项工作提供理论和技术支持。