Обзор современных радиолокационных данных дзз и методик их обработки с использованием ПК SARscape

0

Ю.И. Кантемиров

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ДАННЫХ ДЗЗ

Радиолокационная космическая съемка выполняется в ультракоротковолновой (сверхвысокочастотной) области радиоволн, подразделяемой на X-, C-, и L-диапазоны (табл. 1).

Таблица 1

Диапазоны радиоволновой области электромагнитного спектра, в которых выполняется (или выполнялась) космическая съемка

Диапазон Частоты, ГГц Длины волн, см Спутниковые системы
X 5.20 – 10.90 2.75 – 5.77

(2.4 – 3.8)

USGS SLAR, TerraSAR-X, TanDEM-X

COSMO-SkyMed-1-3

C 3.9 – 6.2 3.8 – 7.6 ERS-1,2; ENVISAT/ASAR; RADARSAT-1,2
L 0.39 – 1.55 19.3 – 76.9

(15 – 30)

SIR-A,B, ALOS/PALSAR

 

Широкое применение спутниковых радиолокационных данных началось в 1991 г. с запуском спутника ERS-1 (Европейское космическое агентство) с радиолокатором на борту. Первоначальная цель запуска этого первого гражданского спутникового радиолокатора определялась довольно узко и ограничивалась решением морских задач (мониторинг ледовой обстановки, айсбергов,  судоходства, течений, нефтяных пятен и т. д.). Однако уже после прохождения спутником первого десятка полных циклов повторения орбиты выяснилось, что у этого радиолокатора имеется большой потенциал и для выполнения различных задач на суше.

На опытных участках были успешно построены цифровые модели рельефа (ЦМР) по результатам интерферометрической обработки пар радарных снимков, выполненных с временным интервалом, равным кратному числу полных циклов повторения орбиты. Однако, для большинства типов ландшафтов (кроме пустынь) когерентность (мера корреляции фаз радарных снимков) для построения ЦМР оказывалась недостаточной, поскольку минимально возможный период между интерферометрическими съемками составлял один полный цикл повторения орбиты, то есть 35 дней.

Поэтому в пару к ERS-1 был запланирован запуск спутника ERS-2, а вместе они должны были составить тандемную пару, способную выполнять интерферометрическую съемку одной и той же территории с временным интервалом в 1 сутки. В тандемном режиме пара этих спутников проработала около года (1995-1996 гг.). Затем, с выходом из строя определенного оборудования на спутнике ERS-1 тандемная миссия официально закончилась. Фактически же тандемные съемки продолжались до марта 2000 г., когда прекратилась эксплуатация ERS-1, хотя в интерферометрической обработке тандемных пар после 1996 г. возникают некоторые дополнительные трудности. Всего тандемом ERS-1 — ERS-2 отснята большая часть земного шара, иногда по несколько раз.

Еще одним важным практическим применением спутниковых радиолокаторов стал мониторинг смещений земной поверхности по результатам дифференциальной интерферометрической обработки. Если учесть, что спутник ERS-2 находится на орбите и выполняет съемку до сих пор, то на значительную часть земного шара имеются многопроходные интерферометрические цепочки снимков за период с 1991 по 2010 гг. Так, например, многие европейские города снимались каждый месяц с 1995 г. (а с 1991 г. — по 5–10 раз в год). То есть, в настоящее время имеются 100- или 200-проходные цепочки радарных снимков, которые, в случае достаточной когерентности, могут быть обработаны всеми возможными дифференциальными интерферометрическими методиками, описанными ниже, с получением на выходе карт смещений земной поверхности и деформаций зданий и сооружений за период до 20 лет. На территорию России и стран СНГ нередко имеются 30–40-проходные, и практически всегда 15–20-проходные цепочки таких снимков.

В 2002 г. Европейским космическим агентством был запущен спутник ENVISAT, с радиолокатором ASAR на борту, который представлял собой следующее поколение спутников типа ERS-1 и ERS-2. Этот спутник характеризуется большим количеством углов и режимов съемки, возможностью съемки в разных поляризациях (в т. ч. в двух одновременно) и в широкополосном режиме. При этом снимки, сделанные в режиме Image Mode в полосе съемки IS2 и с поляризацией VV интерферометрически совместимы со снимками ERS-1 и ERS-2. Эта особенность позволила в течение нескольких временных периодов организовать тандемную съемку ERS-2 — ENVISAT с временным интервалом в 30 минут на больших базовых линиях. Съемка в таком режиме характеризуется крайне высоким фазовым разрешением интерферограмм по высоте и при этом довольно высокой когерентностью фаз этих снимков, что позволяет строить ЦМР высокой точности (но среднего пространственного разрешения 20 м).

Кроме того, спутник ENVISAT также вел повторную съемку значительных территорий, в том числе, России и стран СНГ, что позволяет выстраивать интерферометрические цепочки снимков для мониторинга смещений земной поверхности.

Компания MDA (Канада) в 1995 г. запустила радиолокационный спутник RADARSAT-1 несколько иной концепции. Спутник мог вести съемку с пространственным разрешением от 100 до 7 м, под многими углами съемки и с разными площадями кадра. Наличие большого количества режимов съемки позволяло выполнять мониторинговые задачи, поскольку одна и та же территория могла сниматься не только через полный цикл орбиты (как в случае ERS-1 и ERS-2), но и через каждые 2–3 дня (но под разными углами съемки). Другим принципиальным отличием от спутников Европейского космического агентства являлась ориентация на съемку на заказ (в отличие от ERS и ENVISAT, ведущих более или менее регулярную съемку всего земного шара). Поэтому для RADARSAT-1 архивные снимки как правило есть только на те территории, где выполнялась съемка на заказ.

Логическим продолжением спутника RADARSAT-1 стал запущенный в 2007 г. спутник RADARSAT-2 (MDA, Канада). Этот спутник характеризуется пространственным разрешением от 100 до 3 м, возможностью съемки во всех возможных поляризационных режимах, широким диапазоном площадей кадров и очень высокой производительностью, а также возможностью мониторинговой съемки через 2–3 дня. На сегодняшний день данные с этого спутника можно считать наиболее актуальными и подходящими для решения практически любых задач, которые вообще могут быть решены с помощью спутниковых радиолокаторов (за исключением уверенного построения интерферометрических ЦМР — метод работает для пустыни или степи, но не всегда работает для тундры, тайги или джунглей, поскольку не предусмотрен режим тандемной съемки).

Спутники сверхвысокого пространственного разрешения TerraSAR-X, TanDEM-X  (Infoterra GmbH, Германия) и COSMO-SkyMed-1-3 (E-GEOS, Италия) также предлагают все возможные режимы съемки и комбинации поляризаций сигнала, а также большой диапазон площадей кадров и углов съемки. Однако данные COSMO-SkyMed-1-3 на данный момент представляются не очень подходящими для гражданских потребителей, поскольку не всегда соблюдаются сроки и периодичность съемок. Спутник TerraSAR-X значительно надежней в плане поставок и соблюдения сроков. Среди важных особенностей этого спутника следует отметить крайне высокую точность определения орбиты, а следовательно и крайне низкую (субпиксельную) ошибку геолокации снимков (естественно, это соблюдается только при использовании ЦМР в процессе геокодирования). Для мониторинга смещений земной поверхности и деформаций сооружений данные TerraSAR-X могут быть использованы только в условиях пустынь, степей и застроенных территорий, поскольку при съемке в X-диапазоне уже незначительная растительность резко ухудшает когерентность даже между соседними по времени съемками (полный цикл орбиты — 11 дней). Очень перспективным представляется запуск 21 июня 2010 г. в пару к TerraSAR-X спутника TanDEM-X для выполнения одновременной тандемной съемки. Этот вариант позволит получить ЦМР сверхвысокого разрешения интерферометрическим методом, в том числе, и на территории с наличием растительности.

Радиолокатор PALSAR, расположенный на спутнике ALOS, является единственным в данный момент радиолокатором L-диапазона. Он выполняет съемку всей поверхности Земли ежегодно по нескольку раз, поэтому на любую точку на Земле, скорее всего, найдется архив в 5–7 проходов (а на некоторые участки и по 20 проходов). Данные ALOS/PALSAR пригодны для построения рельефа и мониторинга смещений интерферометрическим методом, для мониторинговых задач лесного и сельского хозяйства и т. д. L-диапазон позволяет дольше сохранять когерентность, и, в некоторой степени, компенсировать ее падение, вызванное влиянием растительности. Плотный лес и джунгли, все же являются ограничением для интерферометрии, даже в L-диапазоне. Значительным недостатком ALOS/PALSAR является отсутствие возможности съемки на заказ.

Важной тенденцией в развитии спутниковых радиолокационных систем (помимо повышения пространственного разрешения и увеличения числа режимов съемки) является расширение поляризационных возможностей, и, в особенности, одновременная съемка в четырех поляризациях (которая позволяет в дальнейшем генерировать так называемую полную поляризационную матрицу, о преимуществах которой будет подробно сказано ниже). В табл. 2 приведены данные о наличии такой возможности у всех вышеперечисленных радиолокационных спутников.

Таблица 2

Появление режима съемки в полной поляризационной матрице на спутниковых радиолокационных системах

Спутник Год

запуска

Возможность съемки в полной поляризационной патрице
ERS-1 1991 нет
ERS-2 1995 нет
RADARSAT-1 1995 нет
ENVISAT 2002 нет
ALOS (PALSAR) 2006 есть
TerraSAR-X 2007 есть
RADARSAT-2 2007 есть
COSMO-SkyMed-1,2,3 2007-2008 есть
TanDEM-X 2010 есть

 

Компания «Совзонд» поставляет данные со всех вышеперечисленных радиолокационных спутников, а также предоставляет программное обеспечение для обработки радарных данных SARscape (SARMAP, Швейцария) и оказывает услуги по тематической обработке данных радарных съемок, а также по обучению работе в SARscape. Ниже приводятся основные методики обработки данных радиолокационных съемок, их реализация в программном комплексе SARscape и примеры практического применения этих методик.

ИМПОРТ ДАННЫХ

Программный комплекс SARscape в настоящее время поддерживает импорт данных практически со всех радиолокационных спутников, включая все режимы съемки и все возможные форматы поставки.

Помимо стандартного меню импорта, в SARscape имеется возможность импорта и некоторых менее распространенных форматов. Так, для данных ERS-1, ERS-2, ENVISAT и ALOS имеется возможность как импорта из стандартных форматов, так и фокусировки голограмм нулевого уровня. Для первых трех спутников эта возможность актуальна, поскольку нередко снимки, составляющие одну интерферометрическую цепочку, принимались и фокусировались на различные станции с различными процессорами фокусировки, что приводит к дополнительным проблемам при интерферометрической обработке. Если же сфокусировать все эти данные в одном процессоре фокусировки SARscape — то из интерферограмм будут изначально убраны соответствующие помехи. Что касается данных ALOS/PALSAR, то стандартный формат SLC, поставляемый Японским аэрокосмическим агентством, представляет собой данные, не приведенные в процессе фокусировки к нулевой доплеровской частоте, в то время как процессор фокусировки SARscape — приводит эти данные к нулевой доплеровской частоте. Это позволяет избежать в интерферограммах фазовых помех, вызванных вращением Земли.

Кроме того, SARscape позволяет импортировать данные с некоторых авиационных радарных систем, таких как TELAER, OrbiSAR, E-SAR, RAMSES.

БАЗОВЫЕ ФУНКЦИИ

Меню базовых функций SARscape позволяет выполнять некогерентное накопление комплексных данных с задаваемыми коэффициентами, геокодирование амплитудных данных, их фильтрацию (есть как базовый набор фильтров, так и дополнительный набор Гамма-Гауссианских фильтров), получение мозаик изображений, сегментацию, корегистрацию, вычисление файла средних значений произвольного параметра (например, средняя амплитуда по серии снимков), файла стандартных отклонений, файла максимальных и минимальных значений и т. д. К удобным особенностям базовых функций SARscape можно отнести возможность перевода геокодированных растровых и векторных файлов (или координат точек) в координаты ряд-колонка (азимут-наклонная дальность) конкретного снимка, что очень удобно при интерферометрической обработке.

ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ

Возможности радиолокационной интерферометрии представлены в SARscape максимально широко и реализованы в четырех отдельных модулях. Рассмотрим их по порядку.

Модуль Interferometry позволяет выполнять интерферометрическую обработку радарных данных с получением на выходе ЦМР либо карты смещений земной поверхности. Модуль позволяет выполнять:

  • автоматическую трехэтапную корегистрацию радарных снимков с точностью до 1/10 пикселя (возможна обычная корегистрация и корегистрация с использованием опорной ЦМР);
  • двухпроходную интерферометрию (на входе интерферометрическая пара радарных снимков; на выходе ЦМР);
  • двухпроходную дифференциальную интерферометрию (на входе используется интерферометрическая пара радарных снимков и опорная ЦМР; на выходе — смещения, произошедшие за период между съемками первого и второго снимков пары);
  • трехпроходную дифференциальную интерферометрию (по первому и второму снимкам трехпроходной интерферометрической цепочки строится интерферометрический рельеф, фаза которого затем вычитается из интерферограммы, построенной по первому и третьему снимкам цепочки; на выходе — смещения за период между первым и третьим снимками; смещениями между первым и вторым снимками пренебрегают);
  • четырехпроходная дифференциальная интерферометрия (строятся интерферограммы по первому и второму, а также по третьему и четвертому снимкам четырехпроходной цепочки; затем оцениваются смещения для первой и второй пары, и вычисляется средняя скорость смещений;
  • компенсация набега фазы по высоте с использованием опорной ЦМР, модели эллипсоида или адаптивного алгоритма, основанного на вычислении средней по площади снимка частоты интерференционных циклов;
  • фильтрация интерферограмм и расчет когерентности между фазами снимков интерферометрической пары тремя различными фильтрами на выбор (усредняющий, адаптивный и фильтр Голдстейна);
  • развертка фазы двумя различными методами (метод растущей области и метод потока минимальной стоимости);
  • коррекция орбиты по точкам с известной высотой, либо с использованием опорной ЦМР;
  • возможность второй итерации компенсации набега фазы по высоте (может быть выполнена после коррекции орбиты);
  • пересчет фазовых значений в высоты с получением на выходе ЦМР;
  • пересчет фазовых значений в смещения и деформации, с получением на выходе карты смещений и деформаций;

Также отметим серию удобных для интерферометрической обработки инструментов, позволяющих, например, рассчитывать базовые линии для всех возможных парных комбинаций снимков цепочки; вырезать одну и ту же область, задаваемую на одном из снимков цепочки (с выполнением корегистрации); редактировать развернутую фазу и удалять артефакты развертки; выполнять сшивку ЦМР различного разрешения между собой с помощью вейвлет-алгоритмов и др.

Дополнительные возможности представлены в модуле интерферометрии широкополосного режима. Этот модуль позволяет интерферометрически обрабатывать данные широкополосного режима съемки ENVISAT/ASAR WideSwath. Выходным продуктом данного модуля является дифференциальная интерферограмма, рассчитанная по интерферометрической паре широкополосных снимков ENVISAT/ASAR WideSwath. Далее, обработка этой интерферограммы может быть продолжена в модуле Interferometry. Преимущество интерферометрии широкополосного режима состоит в том, что можно рассчитывать интерферограммы по снимкам площадью 400х400 км с пространственным разрешением 75 м.

Еще один вариант интерферометрии представлен в модуле интерферометрии постоянных рассеивателей. Входными данными для этого модуля являются 20–40-проходные серии снимков. На выходе — не только карта смещений, но и графики развития смещений во времени для каждой точки этой карты (т.е. анализ динамики происходящих смещений). Для метода характерна повышенная чувствительность к малым смещениям, к выявлению трендов смещений. К преимуществам данного метода также можно отнести меньшую зависимость от величины базовой линии (смещения достоверно выявляются даже при больших базовых линиях) и отсутствие сложностей, связанных с разверткой фазы. К ограничениям метода можно отнести необходимость наличия значительного количества высококогерентных точек (не менее 100-200 на площадь 50х50 пикселей). Такая плотность постоянных отражателей достигается на застроенных территориях и на территориях без растительности. Метод более отлажен для данных C-диапазона, чем для данных L- и X-диапазонов.

ПОЛЯРИМЕТРИЯ И ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ

Отдельно рассмотрим модуль поляриметрии и поляриметрической интерферометрии. Данный модуль специально предназначен для обработки радиолокационных снимков, сделанных в четырехполяризационном режиме, позволяющим генерировать полную поляризационную матрицу. Уникальная особенность полностью поляриметрических данных состоит в возможности классификации объектов на снимке по физическому типу отражения. Основной функцией модуля Polarimetry является Polarimetric entropy alpha anisotropy classification, которая и позволяет выполнять классификацию объектов на поверхности по типу отражения. Физический смысл такой классификации можно пояснить следующим образом: из четырехполяризационного радарного снимка генерируется полная поляризационная матрица (рис. 1), и в

Рис. 1 Полная поляризационная матрица
Рис. 1 Полная поляризационная матрица

зависимости от того в какую область этой матрицы попадает каждый конкрентный пиксель радарного снимка — ему присваивается определенный класс. В SARscape в настоящее время реализован метод поляриметрической классификации, позволяющий выделять 9 классов объектов (рис. 2). Есть и другие методы позволяющие выделять другое (большее или меньшее) число классов.

Рис. 2. Классы объектов, различающиеся по физическому типу отражения, выделяемые SARscape
Рис. 2. Классы объектов, различающиеся по физическому типу отражения, выделяемые SARscape

Еще одна возможность, представленная в SARscape, позволяет выполнять интерферометрическую обработку полностью поляризационных данных (так называемый PolInSAR).

Конкретно этот модуль позволяет получить оптимизированную дифференциальную интерферограмму и оптимизированную когерентность, если на входе используется интерферометрическая пара четырехполяризационных снимков. В дальнейшем, эти интерферограмма и когерентность могут быть использованы в качестве входных данных в модуле Interferometry для последующего расчета по ним ЦМР или карты смещений.

Такая технология позволяет, в частности, при мониторинге смещений снять вопрос об изменении отражающей поверхности (земля влажная — земля сухая, голая земля — подросшая трава, голые ветки — распустившиеся листья) и другие варианты изменений, произошедших между съемками снимков интерферометрической пары, которые могли вызвать «ложные смещения», обусловленные разными отражающими поверхностями. Теперь, при использовании полностью поляриметрических снимков, можно классифицировать объекты по типу отражения на первом снимке пары, затем на втором снимке пары, и проследить проявляются ли систематические или локальные изменения классов отражающих объектов (не переходит ли гладкая поверхность на первом снимке в шероховатую поверхность на втором, шероховатая поверхность в растительность, растительность в кустарник, редкий лес в плотный лес и т. д.). Если такие изменения классов пространственно совпадают со смещениями на карте смещений, рассчитанной по этой же паре снимков, то это — ложные смещения, вызванные изменением отражающей поверхности. Если же классы не изменяются, а на карте смещений есть смещения, то это — действительно произошедшие смещения одной и той же отражающей поверхности.

При построении ЦМР по полностью поляриметрическим данным аналогично можно определять по какой конкретно отражающей поверхности построена ЦМР (высоты чего конкретно определяются).

Еще одна вариация поляриметрической интерферометрии — это построение поляриметрических фазовых разностей, то есть интерферограмм по разным поляризациям одного и того же снимка. Особенность таких интерферограмм заключается в том, что между «снимками» (а фактически каналами одного снимка) интерферометрической пары абсолютно нулевая базовая линия и отсутствует временной промежуток между «снимками». Поэтому в такой интерферограмме в принципе отсутствует топографическая компонента фазы, а поскольку между съемками нет временного промежутка (в обработке участвуют каналы одного и того же снимка), то нет и реальных смещений. Однако на практике, особенно между ко- и кросс-поляризациями часто в таких интерферограммах все же присутствуют фазовые разности, которые обусловлены различными механизмами отражения одного и того же объекта в разных поляризациях. Анализ таких интерферограмм совместно с результатами поляриметрической классификации позволяет дополнительно проанализировать отражающую поверхность, ее изменения (при мониторинговых съемках), и ее влияние на построение рельефа и анализ смещений интерферометрическим методом.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Еще одной дополнительной (и очень удобной) частью SARscape является меню Tools, которое предоставляет возможности обрабатывать как радарные снимки, так и просто растровые и векторные файлы. Рассмотрим эти функции подробнее.

Картографическая трансформация — функция позволяющая пересчитывать радарный снимок или любой растровый либо векторный файл из одной картографической проекции в другую. Также можно пересчитать координаты точки, в том числе, ее высоту. Для растрового файла есть функция вырезки одного файла (или нескольких файлов) по другому файлу, причем выходной файл (выходные файлы) будут точно обрезаны по этому первому файлу и приведены к его пространственному разрешению, также все выходные файлы будут иметь одинаковое число рядов и колонок с опорным файлом.

Возможно также разделять комплексные данные (например, радарный снимок или интерферограмму) на фазовую и амплитудную составляющую. А можно из амплитудной и фазовой составляющих, наоборот, создать комплексный файл. Это применимо, например, для дифференциальной интерферограммы и амплитудного радарного снимка, которые вместе, в виде комплексного файла, представляют собой интересный объект для анализа.

Есть возможность расчета уклонов по имеющейся ЦМР.

Также присутствует очень удобная функция загрузки ЦМР из сети Интернет. В этом меню доступны для загрузки следующие глобальные ЦМР: ACE, GLAS/ICESat, GTOPO30, RAMP, SRTM. Функция позволяет ввести имеющиеся радарные снимки на нужную территорию, затем выбрать нужную глобальную ЦМР, установить выходное разрешение этой ЦМР и ее выходную географическую проекцию, а также вычесть из этой ЦМР геоид (для интерферометрии необходимо использовать возвышения над эллипсоидом WGS-84), рассчитать уклоны. Выходной файл ЦМР будет обрезан так, чтобы покрывать всю территорию введенных снимков. Вместо входных снимков можно просто задать квадрат координат.

Утилита статистики позволяет ввести радарный снимок (или снимки, или участок снимка либо снимков) и рассчитать для входных данных следующие параметры: количество пикселей, минимальное и максимальное значение амплитуды отражения, моду, стандартное отклонение, фактор нормализации, медиану, среднее значение, радиометрическое разрешение (в дБ), эквивалентный коэффициент некогерентного накопления.

Имеется возможность создания различных видов цветных RGB-композитов. Например, цветное радарное изображение, где в цветовых каналах — различные поляризации одного радарного снимка. Или цветовую комбинацию multidifference, где в красном канале — разница амплитуд отражений первого и второго снимков, а в зеленом и синем каналах – соответственно, амплитуда второго и амплитуда первого снимка. На результирующем RGB-изображении, красным цветом будут видны произошедшие изменения, зеленым – преобладание амплитуды второго снимка над первым, и синим — наоборот.

Еще один вариант RGB-композита, рассчитываемого по разновременным радарным снимкам – это ILU (Interferometric Land Use Image). Здесь в красном канале когерентность, в зеленом — средняя амплитуда и в синем — разница амплитуд двух снимков. В таком случае, зеленые участки на ILU композите представляют собой леса, плотную растительность и участки «переналожения»; синие участки соответствуют поверхности воды; красные участки соответствуют почве без растительности, оголенным горным породам, либо сельскохозяйственным полям, на которых не произошли изменения в растительном покрове за период между съемками; желтым цветом на ILU композите будут выглядеть застроенные участки, что обусловлено сочетанием эффекта переналожения (зеленый канал) и стабильных отражателей (красный канал). Таким образом, этот очень распространенный RGB-композит в какой-то степени визуально напоминает оптический снимок в видимом диапазоне.

Следующая возможность позволяет создать *kml файл для визуализации снимков и результатов их обработки в Google Earth.

Функция создания файла наземных контрольных точек реализована таким образом, что точки можно вводить как вручную, так и интерактивно — из просмотрщика программного комплекса ENVI. Также точки могут быть импортированы из имеющегося *shp или *evf  векторных файлов.

Функция Generate tiff позволяет сгенерировать из интерферограммы или дифференциальной интерферограммы цветной RGB-композит, причем он генерируется таким образом, что каждый полный спектр цветов (цветовой цикл) на этом RGB-композите соответствует перепаду фазовых значений на интерферограмме, равному 2p. Другие типы данных (радарные снимки, когерентность, развернутая фаза и т.д.) с помощью этой функции могут быть сохранены в виде 8-битного *tiff файла, что позволяет составлять из них произвольные RGB-композиции.

Image interpolation позволяет выполнить усредняющую фильтрацию произвольного растрового файла и интерполяцию его значений в области фоновых значений.

Geolocalization correction и PRF correction позволяют скорректировать параметр частоты повторения импульса, неправильная запись которого, например, на спутнике RADARSAT-1, вызывает значительные ошибки геолокализации. С помощью названных инструментов можно, определив на снимке как минимум две контрольные точки с известными координатами и высотой и максимально возможно разделенные между собой по направлению азимута, скорректировать значение частоты повторения импульса. Затем, с помощью этих же контрольных точек можно выполнить корректное геокодирование снимка.

Quality analysis позволяет выполнять валидацию ЦМР, построенной интерферометрическим методом. Валидация может быть выполнена относительно имеющейся опорной ЦМР либо относительно серии опорных контрольных точек. Результат валидации относительно опорной ЦМР — файл статистики отклонений в форматах *txt и *xls. Результат валидации относительно опорных точек с известными высотами — векторный файл с отклонениями высот для каждой опорной точки. Также существует возможность использовать на входе файл классификации типов ландшафта (полученный по результатам оцифровки соответствующих карт или, например, по результатам поляриметрической классификации полностью поляризационного радарного снимка). Если такой файл используется — файл статистики величин отклонений высот от опорных значений вычисляется отдельно для различных типов ландшафта.

Sample selection позволяет вырезать из серии снимков, характеризующихся неполным перекрытием, максимально возможную общую область, которая полностью покрывается всеми введенными снимками, либо вырезать из серии введенных геокодированных снимков одну и ту же область, определяемую квадратом координат либо векторным файлом. Можно вместо геокодированных снимков использовать корегистрированные снимки в координатах азимут-наклонная дальность (тогда квадрат координат или векторный файл также должны быть в этой системе координат).

Update orbital data позволяет значительно уточнить орбиты для спутников ERS-1, ERS-2 и ENVISAT с помощью поставляемых через интернет файлов коррекции орбиты. Одна из коллекций файлов коррекции орбиты ведется голландским институтом Delft Institute for Earth-Oriented Space Research (DEOS orbits) [1,2]. Вторая коллекция ведется германским аэрокосмическим агентством DLR. Уточнение орбит с помощью этих файлов коррекции наиболее актуально для задач интерферометрии, поскольку пиксельная точность геолокации для вышеназванных спутников присутствует и без коррекции орбиты. В случае же интерферометрической обработки важно уточнение геолокации на субпиксельном уровне. Такая коррекция орбиты как правило сразу же четко визуализируется при построении интерферограмм, поскольку из них в случае более корректной записи орбитальных параметров удаляется диагональная фазовая помеха.

ПРИМЕРЫ ОБРАБОТКИ

Ниже представлена серия типовых результатов обработки радарных данных, выполненной в программном комплексе SARScape.

На рис. 3 представлена амплитуда исходного и фильтрованного радарного изображения. На рис. 4 — геокодированный RGB-композит типа Interferometric Land Use.

Рис. 3. Исходная (сверху) и фильтрованная мультивременным фильтром (снизу) амплитуда радарного снимка TerraSAR-X. Использованы функции импорта, некогерентного накопления, корегистрации и мультивременной фильтрации (Компания «Совзонд», 2010)
Рис. 3. Исходная (сверху) и фильтрованная мультивременным фильтром (снизу) амплитуда радарного снимка TerraSAR-X.
Использованы функции импорта, некогерентного накопления, корегистрации и мультивременной фильтрации (Компания «Совзонд», 2010)
Рис. 4. Геокодированный RGB-композит типа Interferometric Land Use, рассчитанный по двум снимкам TerraSAR-X. Растительность — зеленая, вода — темно синяя, здания — желтые и красные, дороги и поверхности без растительности — красные. Использованы функции импорта, расчета когерентности, некогерентного накопления, геокодирования и расчета RGB-композита ILU (Компания «Совзонд», 2010)
Рис. 4. Геокодированный RGB-композит типа Interferometric Land Use, рассчитанный по двум снимкам TerraSAR-X.
Растительность — зеленая, вода — темно синяя, здания — желтые и красные, дороги и поверхности без растительности — красные. Использованы функции импорта, расчета когерентности, некогерентного накопления, геокодирования и расчета RGB-композита ILU (Компания «Совзонд», 2010)

На рис. 5 представлена ЦМР на всю территорию Швейцарии, построенная специалистами SARMAP по данным тандемной интерферометрической съемки со спутников ERS-1 и ERS-2 в конце 1990-х гг. Использованные функции: фокусировка радиолокационных голограмм, интерферометрическая обработка с получением на выходе ЦМР, создание мозаики выходных ЦМР, вырезка по векторному файлу государственной границы Швейцарии [3]. Точность ЦМР варьируется от 7 до 15 м по высоте. Пространственное разрешение — 25 м.

Рис. 5. ЦМР, построенная специалистами SARMAP (разработчиками SARscape) по данным тандемной интерферометрической съемки со спутников ERS-1 и ERS-2 в конце 1990-х гг.
Рис. 5. ЦМР, построенная специалистами SARMAP (разработчиками SARscape) по данным тандемной интерферометрической съемки со спутников ERS-1 и ERS-2 в конце 1990-х гг.

На рис. 6 приведены смещения, рассчитанные по данным дифференциальной интерферометрической обработки серии снимков TerraSAR-X [4], а на рис. 7 — сползание в Северный ледовитый океан ледников за период всего в 30 минут (тандемная интерферометрия ERS-2 — ENVISAT) [5]. На рис. 8 показаны оседания земной поверхности над Уренгойским нефтегазовым месторождением (север Тюменской области) [6-8].

Рис. 6. Осадка в зоне строительства здания, рассчитанная по данным дифференциальной интерферометрической обработки серии снимков TerraSAR-X. Под каждой интерферограммой указан временной интервал между снимками пары. Каждый цветовой цикл на интерферограммах соответствует оседаниям, равным половине длины волны (т.е. 1,5 см). Использованы функции модулей Basic и Interferometry
Рис. 6. Осадка в зоне строительства здания, рассчитанная по данным дифференциальной интерферометрической обработки серии снимков TerraSAR-X. Под каждой интерферограммой указан временной интервал между снимками пары. Каждый цветовой цикл на интерферограммах соответствует оседаниям, равным половине длины волны (т.е. 1,5 см). Использованы функции модулей Basic и Interferometry
Рис. 7. Сползание ледников в Северный ледовитый океан по данным тандемной интерферометрии ERS-2 — ENVISAT за период всего в 30 минут. Сползание ледников показано синими стрелками, амплитуда оползания – десятки сантиметров (каждый цветовой цикл — 2,75 см). Белыми стрелками показаны границы ледовых массивов в бухте Баффин, движущихся относительно друг друга. Справа — изображение из Google Earth. Использованы функции модулей Basic и Interferometry, а также утилита создания *kml файла для Google Earth
Рис. 7. Сползание ледников в Северный ледовитый океан по данным тандемной интерферометрии ERS-2 — ENVISAT за период всего в 30 минут. Сползание ледников показано синими стрелками, амплитуда оползания – десятки сантиметров (каждый цветовой цикл — 2,75 см). Белыми стрелками показаны границы ледовых массивов в бухте Баффин, движущихся относительно друг друга. Справа — изображение из Google Earth. Использованы функции модулей Basic и Interferometry, а также утилита создания *kml файла для Google Earth
Рис. 8. Дифференциальная интерферограмма, показывающая смещения земной поверхности на Уренгойском нефтегазовом месторождении за период 2007-2008 гг. по результатам обработки данных RADARSAT-1 (изолинии показывают оседания в см). Использованы функции модулей Basic и Interferometry, а также утилита коррекции значения «частоты повторения импульса»
Рис. 8. Дифференциальная интерферограмма, показывающая смещения земной поверхности на Уренгойском нефтегазовом месторождении за период 2007-2008 гг. по результатам обработки данных RADARSAT-1 (изолинии показывают оседания в см). Использованы функции модулей Basic и Interferometry, а также утилита коррекции значения «частоты повторения импульса»

На рис. 9 показаны результаты поляриметрической классификации полностью поляриметрических данных ALOS/PALSAR.

Рис. 9. Результаты поляриметрической классификации четырехполяризационного снимка ALOS/PALSAR. 1 — амплитуда поляризации ГГ; 2 — выделение воды и гладкой поверхности; 3 — выделение растительности; 4 — выделение диполей (столбов, опор ЛЭП и т. д.); 5 — выделение участков суши без растительности или с невысокой растительностью. Использованы функции модуля Polarimetry и Polarimetric Interferometry
Рис. 9. Результаты поляриметрической классификации четырехполяризационного снимка ALOS/PALSAR.
1 — амплитуда поляризации ГГ; 2 — выделение воды и гладкой поверхности; 3 — выделение растительности; 4 — выделение диполей (столбов, опор ЛЭП и т. д.); 5 — выделение участков суши без растительности или с невысокой растительностью. Использованы функции модуля Polarimetry и Polarimetric Interferometry