无人机差分干涉SAR监测地壳形变的关键技术研究

UAV interferometric SAR measurement technology has significant potential for monitoring crust deformation. This application will integrate the latest achievements of UAV SAR technology at home and abroad, and carry out key technologies for crustal deformation monitoring based on UAV differential interferometric SAR. Proposed UAV interferometric SAR system indicators (working mode, deformation interferometric mode), identified crustal deformation processing analysis process and key technology solutions, improved heavy rail flight precision control and heavy rail route planning methods; set up UAV differential interferometric SAR crustal deformation monitoring system prototype (miniSAR, POS610 and csm130 stable platform and cw100 UAV), demonstrate the feasibility and adjustment measures of this construction project, special study motion estimation and compensation, attitude error estimation and compensation and signal high coherence maintaining method, perfect UAV differential interferometric SAR processing software.The crustal deformation monitoring experiment was conducted in the earthquake-hazard area of the Kangding section of the Xianshuihe fault, and obtainedthe long-term multi-phase crustal deformation data.Verify the key technologies and accuracy of this application by using ground-based radar and spaceborne SAR measurements And availability.Accurate fault location, analyze fault movement patterns and slip behavior during inter-seismic periods, and exploration of a new model for monitoring crustal deformation in seismic hazard areas.

无人机差分干涉SAR测量技术在地壳形变监测方面具有显著应用潜力。本申请将吸收国内外UAV SAR技术最新成果，开展基于UAV差分干涉SAR的地壳形变监测关键技术研究。提出UAV差分干涉SAR体制指标（工作模式、形变干涉模式），确定地壳形变处理分析流程和关键技术解决方案，改进重轨飞行精确控制、重轨航线规划方法；搭建UAV差分干涉SAR地壳形变监测系统样机（miniSAR，POS610+csm130稳定平台+cw100无人机），论证此搭建方案的可行性及性能保障措施，研究运动和姿态误差的估计和补偿、信号高相干性保持方法，完善UAV差分干涉SAR处理软件；选取鲜水河断裂康定段地震危险区进行地壳形变监测试验，获取较长时间多期地壳形变数据，借助陆基InSAR、星载InSAR等测量结果，验证本申请关键技术、精度及可用性；精确断层定位，分析断层运动方式及震间期滑移行为，探索地震危险区地壳形变监测的新模式。

无人机（UAV）具有体积小、重量轻、能耗低、轻便灵活、测量周期短、测线设计以及信息采集方式灵活可控等诸多优点。无人机（UAV）通过结合差分干涉测量技术，可以获得高空间分辨率和高密度覆盖的地壳形变场，可以有效规避时间失相关等一系列技术难题。针对我国地震断裂带地壳形变监测的现实需要，可利用无人机SAR重轨干涉测量技术实现地质、地震灾害的全天时、高精度、高密度监测，进而实现各类地质、地震灾害的近实时监测需求，最终为灾害预防及灾情速报等决策提供指导依据。.本课题开展了基于小型UAV差分干涉SAR测量地壳形变监测的关键技术研究，建立了适应于UAV差分干涉SAR的技术体制，梳理相应的关键技术，制定系统样机搭建和试验验证方案，并可应用于断裂震间形变监测。主要内容包括：.1）UAV差分干涉SAR技术体制调研分析；.2）系统样机搭建方案及关键技术论证：结合已有的微型SAR系统、无人机、高精度POS、稳定平台，经系统集成形成原理样机。重点研究了制定的搭建方案中无人机高精度重轨飞行保持，以及高精度信号相干性保持方法的可行性；.3）分别在四川北川等地区进行了4次飞行试验，取得了无人机SAR飞行试验数据；.4）研究了无人机SAR差分干涉技术，机载SAR运动估计和补偿方法，无人机干涉SAR数据干涉处理方法，形成机载干涉SAR处理软件，在此基础上对试验飞行数据进行了处理，获得了系列的成果。.5）设计了基于X-UAVSAR系统的断层形变测量系统的硬件构成、软件处理步骤、重要的技术参量，梳理出了断层形变测量主要工作流程。.本课题所建立的无人机载SAR系统，涉及到从雷达信号处理到差分干涉处理，再到形变特征提取等多项关键技术，使该技术真正服务于重点地震危害区的形变监测工作，最终形成基于UAV SAR 差分干涉的缓慢变形测量为主要目标的处理技术系统，为无人机SAR 技术用于防震减灾工作探索出一条新路子。