Interpretacja danych ENVISAT/ASAR o przemiennej polaryzacji na obszarach zurbanizowanych w kontekście charakterystyki stabilnych rozpraszaczy (Persistent Scatterers)

• Autorzy: Perski Z. , Ketelaar G. , Mróz M.

Warianty tytułu

EN

SAR Persistent Scatterers: targets characterization in urbanized areas with ENVISAT alternating polarisation data

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono próbę wykorzystania danych ENVISAT/ASAR zarejestrowanych w różnych trybach polaryzacji przemiennej i przy różnej geometrii padania wiązki radarowej do scharakteryzowania rozpraszaczy stabilnych (Persistent Scatterers - PS) w kontekście określenia ich mechanizmu odbicia. Rozpraszacze stabilne wykorzystuje się w satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR) w tzw. metodzie interferometrii rozpraszaczy stabilnych (Persistent Scatterers SAR Interferometry - PSInSAR). Zagadnienie to jest szczególnie istotne dla określenia charakteru mierzonej metodą PSInSAR deformacji w danym punkcie. Największe skupiska PS (pow. 100 PS/km²) spotyka się na obszarach zabudowanych, gdzie pozwala na to geometria obiektów składająca się z płaszczyzn, materiał, brak rozpraszania objętościowego powodowanego przez roślinność, a także stabilność w czasie. Dla przeprowadzenia omawianych badań wytypowano miasto Malbork z uwagi na niewielkie rozmiary (łatwa identyfikacja obiektów) i dobre pokrycie danymi ASAR w trybach polaryzacji przemiennej uzyskane w projekcie ESA AO-783. Zbiór rozpraszaczy stabilnych dla obszaru Malborka uzyskano metodą PSInSAR na podstawie serii 55 rejestracji ERS-1/2 SAR pozyskanych w ramach projektu ESA C1P.3915. Łącznie wyznaczono 5 683 punkty a następnie przeprowadzono analizę amplitudy i fazy dla wybranych obiektów na obrazach ASAR. Badano zależności fazy auto-interferogramów obrazów AP (alternate polarization) oraz zależności amplitudy od zmiany kąta padania wiązki. Otrzymane wyniki porównano z modelami odbicia fali radarowej od 3 elementarnych typów reflektorów: jednościennych, dwuściennych i trójściennych. Wstępne wnioski potwierdzają przydatność obrazów o polaryzacji przemiennej i różnym kącie padania wiązki do rozpoznawania charakterystyki PS.

EN

The scope of presented work was to apply the ENVISAT/ASAR data acquired in different alternating polarization modes and under different viewing geometry to characterize Persistent Scatterers (PS) in the context of their scattering mechanism. Persistent Scatterers are explored by SAR interferometry (InSAR) in the Persistent Scatterers Interferometry (PS-InSAR) method. This technique is nowadays one of the most actively developing branches of InSAR. It utilizes coherent natural "radar reflectors" with a consistent reflectivity pattern in time. The PS-InSAR method is the first one to allow the exploration of almost all archived SAR data over a certain area and can retrieve a long-term series of the observations of the individual PS points. Despite this, PS-InSAR used as an operational method of the scattering mechanisms of individual PS is still not fully explored. It is usually not known if the scatterer has specular, dihedral or trihedral geometry and if the reflection comes from one individual strong target or a set of targets located within the resolution cell. Knowledge about scatterer characteristics is very important to separate scatterers representing different deformation regimes: e.g. subsidence, deformations of the construction, soil compaction. This problem becomes crucial if spatial interpolation of the deformation signal is required. A high density of PS is typical for densely urbanized areas (> 100 PS/km²). Urban areas are also ones of the highest interests, in terms of inhabitants’ safety. For purposes of this study, Malbork City in Northern Poland was selected because of its very good coverage of ASAR alternating polarization data acquired under different modes and incidence angles. The specific various ASAR acquisitions have been designed for the purposes of the ESA AO-783 project which was focused on environmental and agricultural classification. A set of Persistent Scatterers has been collected by processing a stack of 55 ERS-1/2 SAR scenes (ESA C1P.3915 project) using Delft University of Technology’s implementation of the PSI method. The 5683 PS points have been obtained that have a coherent behavior. ASAR scenes were calibrated and an analysis of auto-interferogram phase and image amplitudes was performed. Further analysis of the ASAR data is focused on the relationship between incidence angle variations and amplitude, and on the change of polarization. The results were compared with the scattering models of canonical scatterers (specular, dihedral and trihedral). Preliminary results show that applications of variable incidence angle and alternating polarization data are a promising technique regarding scatterer characterization. However, to fully quantitatively analyze the data, precise coregistration is required.

Słowa kluczowe

PL

interferometria SAR; persistent scatterer; polarymetria; ERS; ENVISAT

EN

persistent scatterers; SAR interferometry; SAR polarimetry; incidence angle; urban area

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 16
• Strony: 467--482
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Perski Z.

• Delft Institute of Earth Observation and Space Systems, Delft University of Technology, [phone]

autor

Ketelaar G.

• Delft Institute of Earth Observation and Space Systems, Delft University of Technology, tel. [phone]

autor

Mróz M.

• Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, tel. [phone]

Bibliografia

• 1. Bamler R., Hartl, 1998. Synthetic aperture radar interferometry. Inverse problems, 14, R1-R54.
• 2. Feigl, Massonet D.1998. Radar interferometry and its application to the changes in the Earth's surface. Rev. Geophys, 36(4), s. 441–500.
• 3. Ferretti A., Prati C., Rocca F., 2000. Nonlinear subsidence rate estimation using permanent scatterers in differential SAR Interferometry. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 38, s. 202-2212.
• 4. Ferretti A., Prati C., Rocca F., 2001. Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 39, s. 8-20.
• 5. Ferretti A., Perissin D., Prati C., Rocca F., 2005. On the physical nature of SAR permanent scatterers. Proceedings of URSI Com. Symposium - URSI 2005, Ispra (Italy). s. 20-21.
• 6. Franceschetti G., Iodice A., Ricco D., 2002. A canonical problem in electromagnetic backscattering from buildings. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 40, s. 1787-1801.
• 7. Gehlot S., Perski Z., Hanssen R., 2006. Web-based framework for PS-INSAR data interpretation assisted by geo-spatial information fusion. ISPRS Mid-term Symposium Enschede (Netherlands) 8-11 May 2006.
• 8. Henderson F.M., Lewis A.J., 1998. Principles and applications of imaging radar. Manual of remote sensing, 3rd edn, Vol. 2. John Wiley, New York.
• 9. Inglada J., Souyris J-C., Henry C., 2004. ASAR multi-polarization images phase difference: assessment in the framework of persistent scatteres interferometry. Proceedings of the ENVISAT & ERS Symposium, 6-10 September 2004, Salzburg (Austria).
• 10. Inglada J., Souyris J-C Henry C., 2006. Incoherent SAR polarimetric analysis over point targets. IEEE Geosci. Remote Sens. Letters 3, s. 246-249.
• 11. Kampes B., Hanssen R., Perski Z., 2003. Radar Interferometry with Public Domain Tools. In: Proceedings of FRINGE 2003, Frascati (Italy) 1-5 December 2003.
• 12. Ketelaar G, Hanssen R., 2003. Separations of different deformations regimes using PS-INSAR data. Proceedings of FRINGE 2003, Frascati (Italy) 1-5 December 2003.
• 13. Ketelaar G., van Leijen F., Marinkovic P., Hanssen R., 2005. On the use of point target characteristics in the estimation of low subsidence rates due to gas extraction in Groningen, The Netherlands. Proceedings of FRINGE 2005, Frascati (Italy) 28 Nov.- 2 Dec. 2005.
• 14. Kimura H., Papathanassiou K., Hajnsek I., 2005. Polarization orientation effects in urban areas on SAR data. Proceedings of IGARSS 2005, Seoul (Korea), 25-29 July 2005.
• 15. Mróz M., Ciołkowska M., 2004. Interpretacja satelitarnych obrazów radarowych ENVISAT-1/ASAR typu IMG i APG wykonanych dla obszarów zurbanizowanych. XI Sesja Naukowa "Aktualne problemy naukowe i techniczne prac geodezyjnych" UWM Olsztyn/AGH/OPGK Gdańsk, Olsztyn 16-17.09. 2004.
• 16. Mróz M., Perski Z., 2003. Interferometric processing of ENVISAT-1 / ASAR / Image Mode and Alternating Polarisation Mode for application in land cover mapping. Proceedings of FRINGE 2003, Frascati (Italy) 1-5 December 2003.
• 17. Perissin D., 2006. SAR super-resolution and characterization of urban targets. PhD thesis. Politechnico di Milano (Italy), s. 1-121.
• 18. Perissin D., Prati C., Engdahl, M., Desnos Y.L., 2005. Validating the SAR Wavenumber Shift Principle With the ERS–Envisat PS Coherent Combination. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 44, s. 2343 – 2351.
• 19. Perski, Jura 1999. ERS SAR interferometry for land subsidence detection in coal mining areas. Earth Observ Quart, 63, s. 25–29.
• 20. Schneider R., Papathanassiou K., Hajnsek I., Moreira A., 2006. Polarimetric and interferometric characterization of coherent scatterers in urban areas. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., s. 44971-984.