Radarová interferometrie

illustration.description

Na rozdíl od skenerů nebo fotografických kamer, které pracují v optickém oboru spektra a měří odražené sluneční záření nebo záření vyzářené Zemí, je radarová aparatura vybavena vlastním zdrojem záření. Radar používá mikrovlnné záření na vlnové délce 1 mm až 1 m. Mnohem nižší frekvence použitého záření dovoluje získání dat i přes mlhu, oblaka i mírný déšť. Radarové vlny také více pronikají porostem, do půdy a nebo do sněhové pokrývky, takže dovolují získat informace i o podpovrchové vrstvě. Geometrie radarového měření je rovněž odlišná od většiny optických měření, protože se používá šikmý pozorovací úhel namísto vertikálního pohledu obvyklého u optických skenerů.

Pro praktické aplikace se užívají zobrazovací radary, pracující se syntetickou aperturou (Synthetic Aperture Radar – SAR). Velikost naměřené zpětně odražené energie se může znázornit v podobě černobílého obrazu. Naměřené hodnoty intenzity odraženého elektromagnetického záření mají větší dynamický rozsah než analogické hodnoty optického záření. Jsou proto ukládány s radiometrickým rozlišením 16 bit (oproti 8 bitům u optických dat).

Zobrazovací radar obvykle vyzařuje vlnu horizontálně polarizovanou a přijímá signál buď ve stejné polarizační rovině (označení HH) nebo ve vertikální rovině (označení HV) nebo v obou rovinách současně. Důvodem k tomu je rozdílná intenzita přijatých signálů obou polarizací od jednoho objektu. Tento rozdíl lze také využít jako rozpoznávací příznak některých objektů.

Metoda interferometrie

Radarové aparatury, na rozdíl od optických skenerů, pořizují data obsahující kromě intenzitní složky (popisující zejména odrazivé vlastnosti povrchu) také složku fázovou, která představuje informaci o okamžité vzdálenosti radaru a každého ozářeného bodu na zemském povrchu. Fázový rozdíl zjištěný ze dvou radarových snímků stejného území umožňuje určit incidenční úhel, pod kterým dopadá záření na zemský povrch. Údaje o vzdálenosti, incidenčním úhlu a poloze radaru pro oba přelety nad zájmovým územím pak umožňují počítat třírozměrný model zemského povrchu.

Možnosti a úspěšnost použití metody interferometrie ovlivňuje několik hlavních faktorů:
  • prostorová vzdálenost míst, ve kterých se nacházela družice v okamžiku pořízení obou snímků

Vhodná vzdálenost základny (baseline) by se měla pohybovat v rozmezí desítek metrů až dvou kilometrů podle typu radarových dat.

  • časový odstup mezi pořízením prvního a druhého snímku

Veškeré změny na zemském povrchu ( např. růst vegetace, změna vlhkosti, zemědělská činnost) snižují koherenci a nepříznivě tak ovlivňují nebo znemožňují určení fázových rozdílů dvojice snímků a tím i výpočet digitálního modelu terénu.

  • stabilita a kontrola oběžné dráhy družice nesoucí radarovou aparaturu

Přesná znalost polohy družice v době pořízení dat je nezbytným předpokladem pro použití této metody.

  • horizontální rozlišení radarových dat

Tento údaj představuje velikost plošné jednotky, ke které se vztahují výsledné výškové hodnoty.

 

Využití interferometrie


Metoda radarové interferometrie nachází své využití v řadě aplikací. Jedná se zejména mapování výškových poměrů terénu a sledování krátkodobých (zemětřesení, sopečné erupce, sesuvy půdy, sedání vlivem důlní činnosti, ...) i dlouhodobých (tektonická činnost) terénních deformací.

  • tvorba DMT

Typickým příkladem produkčního nasazení interferometrického zpracování je vytvoření celosvětového digitálního modelu terénu SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Podrobnosti najdete zde.

  • změny DMT (diferenční interferometrie)

Možnosti mapování změn zemského povrchu ukazují na jedinečnost této metody. Při použití diferenčního přistupu (porovnání fazové složky dvou a více radarových snímků) lze při vhodných podmínkách provádět mapování výškových změn a deformací zemského povrchu s přesností lepší než 1 cm. Tento postup byl dále rozpracován v rámci metody „trvalých odražečů“ (permanent scatterers), která je založena na vyhodnocení dlohodobé časové řady (min. 20 snímků) pomocí identifikace husté sitě bodů s dostatečně vysokou koherencí.

  • tématická klasifikace

Vývoj fázové koherence v čase umožňuje při použití vhodné časové řady více snímků tématickou klasifikaci typu land cover, případně detailnější mapování např. zemědělských kultur.

 

nahoru