Environmental monitoring with ground-based interferometric radar systems

Abstract

The need for environmental monitoring is increasing with climate changes and natural resources exploitation, but the monitoring possibilities are also improving with the technological development enabling high spatial and temporal resolution. In this thesis, we address the accuracy and use of interferometric ground-based radar for detecting and monitoring of sub-millimetre surface displacements for geotechnical applications. We have focused on monitoring of rock slope failures, and glacier flow and calving events. We have used two different radar-systems in these two applications. The radar used to monitor rock slopes has a real aperture antenna, while the radar used for glacier flow monitoring has an electronically steered phased-array antenna. The latter makes it possible to scan the surface of the glacier with high temporal and spatial resolution. Both radars are designed and implemented by the radar company ISPAS AS. The radar used for mountain monitoring was developed and installed before this Ph.D.-project was undertaken, but the electronic scanning radar was built during this thesis. The design and development of the radar is not addressed this thesis.

Vi vil i fremtiden se et økende behov for miljøovervåkning som en følge av klimaforandringer og utvinning av naturressurser. Samtidig vil den teknologiske utviklingen gi oss sensorer med høyere kapasitet og bedre oppløsning i tid og rom. I denne oppgaven har fokus vært å analysere målenøyaktigheten til bakkebasert interferometrisk radar med hensyn til deteksjon og overvåkning av submillimeter bevegelser for geologisk overvåkning. Vi har gjort målinger og analysert data fra overvåkning av en ustabil fjellside, og vi har gjort målinger av strømningshastighet på en isbre. Til disse målingene har vi brukt to forskjellige radarsystemer. Radaren som er brukt til overvåkning av den ustabile fjellsiden har en antenne med fast åpning, mens radaren brukt til målingene av strømningshastighet på isbreen har en antenne som styres elektronisk. Den elektronisk styrte antennen gjør det mulig å avbilde isbreens overflate med en høy oppløsning i tid og rom. Begge radarene er utviklet av radarfirmaet ISPAS AS. Radaren som er brukt til overvåkning av den ustabile fjellsiden er utviklet og installert før denne oppgaven ble påbegynt, mens radaren som ble brukt til isbremålingene er utviklet i tiden denne oppgaven er gjennomført.