Podstawy Geomatyki Wykład IX SAR

Podobne dokumenty
Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. wykład IV

Teledetekcja w ochronie środowiska. Wykład 4

Teledetekcja w kartografii geologicznej. wykład II

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład IV + ćwiczenia IV

ZASTOSOWANIE ZOBRAZOWAŃ SAR W OCHRONIE ŚRODOWISKA. Wykład V

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 1

Teledetekcja w ochronie środowiska. wykład III

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 4

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Ćwiczenia (III)

Teledetekcja z elementami fotogrametrii Wykład VIII

Teledetekcja z elementami fotogrametrii. Wykład 3

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 3

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 2

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. ćwiczenia II

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 2

PROBLEMATYKA OBLICZEŃ MASOWYCH W NAUKACH O ZIEMI. Satelitarny monitoring środowiska

Menu. Obrazujące radary mikrofalowe

Teledetekcja w ochronie środowiska. Wykład 3

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Korzyści wynikające ze wspólnego opracowania. z wynikami uzyskanymi techniką GNSS

Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

RAPORT. Kraków, MONITORING OSIADANIA TERENU NA OBSZARZE GMINY PSZCZYNA. Zleceniodawca: Gmina Pszczyna

Podstawy Geomatyki Wykład VI Teledetekcja 2. Remote sensing methods based on multispectral satellite images (passive methods)

Piotr Koza Politechnika Warszawska Wydział Geodezji i Kartografii

Potencjalne możliwości zastosowania nowych produktów GMES w Polsce

PRZETWARZANIE OBRAZÓW RADAROWYCH TECHNIKĄ PSINSAR RADAR IMAGE PROCESSING USING PERMANENT SCATTERERS TECHNIQUE. Stanisława Porzycka, Andrzej Leśniak

zapisz te wartości, będą potrzebne po wykonaniu analizy interferometrycznej.

= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

GEOMATYKA program podstawowy. dr inż. Paweł Strzeliński Katedra Urządzania Lasu Wydział Leśny UP w Poznaniu

Numeryczne dane wysokościowe misji TanDEM-X

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

Dane teledetekcyjne. Sławomir Królewicz

Zjawisko interferencji fal

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

TELEDETEKCJA W MIEŚCIE CHARAKTERYSTYKA SPEKTRALNA RÓŻNYCH POKRYĆ DACHÓW, CZYLI ZMIANA FACHU SKRZYPKA NA DACHU

Zjawisko interferencji fal

Projekt Tandem-X radarowych obserwacji powierzchni Ziemi prowadzonych z pułapu satelitarnego założenia i status misji

PROPOZYCJA WYKORZYSTANIA TEMATYCZNYCH DANYCH SATELITARNYCH PRZEZ SAMORZĄDY TERYTORIALNE

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

dr hab. inż. P. Samczyński, prof. PW; pok. 453, tel. 5588, EIK

Zjawisko interferencji fal

Rozwój teledetekcji satelitarnej:

EWOLUCJA TECHNIK INTERFEROMETRII RADAROWEJ-PRZEGLĄD METOD NA PRZYKŁADZIE OPRACOWANIA DANYCH ERS-1/2 SAR

Własności światła laserowego

Teledetekcyjne monitorowanie zmian ukształtowania powierzchni terenu na obszarach objętych erozją wodną

Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki. wzmocnienie. fale w fazie. fale w przeciw fazie zerowanie

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI I DANE OBSERWACYJNE

Automatyczne tworzenie trójwymiarowego planu pomieszczenia z zastosowaniem metod stereowizyjnych

Bartosz Kulawik Koordynator Projektu Centrum Badań Kosmicznych PAN Zespół Obserwacji Ziemi

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Rejestracja i rekonstrukcja fal optycznych. Hologram zawiera pełny zapis informacji o fali optycznej jej amplitudzie i fazie.

Charakterystyka danych teledetekcyjnych jako źródeł danych przestrzennych. Sławomir Królewicz

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

SATELITARNA INTERFEROMETRIA RADAROWA (INSAR) WYSOKIEJ ROZDZIELCZOŚCI Z WYKORZYSTANIEM DANYCH TERRASAR-X

PRZESTRZENNE BAZY DANYCH

w diagnostyce medycznej III

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

MONITORING PRZESTRZENI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

Interferencja promieniowania

Radioodbiornik i odbiornik telewizyjny RADIOODBIORNIK

Wpływ wilgotności gleby i roślinności na sygnał mikrofalowy w paśmie C zastosowanie Sentinel1

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Rys. 1 Geometria układu.

Koncepcja pomiaru i wyrównania przestrzennych ciągów tachimetrycznych w zastosowaniach geodezji zintegrowanej

Podstawy transmisji sygnałów

Systemy i Sieci Radiowe

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 3. Pomiar drgao przy pomocy interferometru Michelsona

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

SINGLE-IMAGE HIGH-RESOLUTION SATELLITE DATA FOR 3D INFORMATIONEXTRACTION

Linia pozycyjna. dr inż. Paweł Zalewski. w radionawigacji

Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

Anteny i Propagacja Fal

Dyfrakcja. Dyfrakcja to uginanie światła (albo innych fal) przez drobne obiekty (rozmiar porównywalny z długością fali) do obszaru cienia

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

Wstępna analiza danych satelitarnej interferometrii radarowej z południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

GWIEZDNE INTERFEROMETRY MICHELSONA I ANDERSONA

Zobrazowania satelitarne jako źródło danych obrazowych do zarządzania obszarami chronionymi

1 Płaska fala elektromagnetyczna

Teledetekcja w kartografii geologicznej. wykład I

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

POLARYZACJA ŚWIATŁA. Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E B). światło niespolaryzowane

Interferencja. Dyfrakcja.

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Podstawy Geomatyki. Wykład XIII Sattelite Missions II

FACULTY OF ADVANCED TECHNOLOGIES AND CHEMISTRY. Wprowadzenie Podstawowe prawa Przetwarzanie sygnału obróbka optyczna obróbka elektroniczna

Pomiary w instalacjach światłowodowych.

Systemy nawigacji satelitarnej. Przemysław Bartczak

FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA

Wyznaczanie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Transkrypt:

Podstawy Geomatyki Wykład IX SAR Metody aktywne Metody pasywne

Radar klasyczny - SLR Obraz optyczny (Atlanta, Ikonos) Obraz radarowy (Waszyngton, SIR-C/X-SAR )

Promień mikrofalowy wysyłany przez antenę oświetla obszar na powierzchni Ziemi (nazywany śladem anteny). W obrazowaniu radarowym zarejestrowana energia sygnału zależy od energii mikrofalowej rozproszonej wstecznie przez cele naziemne wewnątrz tego śladu. Zwiększenie długości anteny spowoduje zmniejszenie szerokości (śladu) footprintu Satelita nie może być wyposażony w bardzo długą antenę, która jest wymagana do zapewnienia wysokiej rozdzielczości obrazowania powierzchni Ziemi. Aby przezwyciężyć to ograniczenie, SAR wykorzystuje ruch statku kosmicznego do emulacji dużej anteny (około 4 km dla ERS SAR) z wykorzystniem małej anteny (10 m na satelicie ERS), w którą faktycznie jest wyposażony.

Początkowo radary SLAR miały rozdzielczość azymutalną uzależnioną od odległości azymutalnej satelity od oświetlanego obszaru r(t). Szerokość kątowa impulsu falowego o długości λ nadawanej przez antenę o długości d a wynosi: λ 0.03m Θ a = = = 0.01rad d 3m a δ a = Θa r0 = 0.01rad 5000m = 50m Rozdzielczość azymutalna δ a jest iloczynem szerokości kątowej i odległości r 0. da Dla anten z syntetyzowaną aperturą rozdzielczość ta wynosi δ a = = 3m 2 = 1.5m 2 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) jest to radar z anteną syntetyzowaną, który wysyła w kierunku Ziemi promieniowanie elektromagnetyczne i rejestruje sygnał powracający do anteny. System SAR: jest to system aktywny; wykorzystuje mikrofale; jest koherentny umieszczany jest na pokładach satelitów i samolotów; jest to radar bocznego wybierania (SLAR- Side Looking Airborne Radar) Satelity z systemem SAR są umieszczane na orbitach najczęściej około 700-800 km nad powierzchnią Ziemi i krążą po orbitach okołobiegunowych.

Długości fal najczęściej wykorzystywane przez system SAR: pasmo X (2,5 3,8 cm) Pasmo C (3,8 8 cm) Pasmo L (15 30 cm) Rozdzielczość obrazów: -czasowa (repetition time): od 1 dnia (TANDEM-X) do kilkudziesięciu dni (46 dni dla ALOS) -przestrzenna: od kilku metrów (TerraSAR-X) do przeszło 100 m Obraz bezpośrednio rejestrowany przez system SAR to tzw. hologram mikrofalowy, który po skomplikowanej obróbce i wizualizacji daje obraz radarowy. Każdy piksel obrazu radarowego zawiera informacje zarówno o amplitudzie (A), jak i o fazie (φ) sygnału powracającego do anteny. Informacja ta zapisana jest w postaci liczby zespolonej: Amplituda Dla każdego piksela obrazu radarowego wartość z SAR może zmieniać się podczas kolejnych przelotów satelity, w zależności od : odległości satelity od obiektu, charakteru zmian czasowych obiektu niejednorodności atmosfery Faza

Satelity wyposażone w system SAR: SEASAT-1: 1978 (SAR pracował jedynie 70 dni) ERS-1 (ESA): 1991-2002 ERS-2 (ESA): 1995-2011 ENVISAT (ESA):2002-2012 ALOS (JAXA):2006-2011 RADARSAT-2(CSA): 2007 TERRASAR-X (DLR & ASTRIUM): 2007 TANDEM-X (DLR & ASTRIUM):2010 Sentinel-1 (ESA): 2013 ALOS-2 (JAXA): 2013 Samoloty wyposażone w system SAR: AIRSAR (NASA/JPL, USA) ESAR (DLR, Niemcy) SAR-580 (CSA, Kanada) ESA European Space Agency JAXA Japan Aerospace Exploration Agency DLR - German Aerospace Center CSA Canadian Space Agency Najczęściej wykorzystywane metody przetwarzania obrazów SAR: * Analiza amplitudy InSAR (Interferometry SAR) - tworzenie DEM (Digital Elevation Model) DInSAR (Differential InSAR) - detekcja deformacji terenu PSInSAR (Permanent/Persistent Scatterer InSAR) - detekcja deformacji terenu dla stabilnych rozpraszaczy radarowych POLSAR (Polarymetry SAR) - badanie mechanizmu odbicia

Analiza amplitudy W przeciwieństwie do fazy, z obrazu amplitudy można wyciągnąć istotne informacje o obrazowanej powierzchni. Możliwa jest m.in. klasyfikacja typów pokrycia terenów. Analiza amplitudy obrazów dotyczących tego samego obszaru a wykonanych w różnym czasie pozwala na badanie zmian zachodzących na monitorowanym terenie. Poniżej: Mapa klasyfikacji uzyskana metodą hierarchiczną dla 3 klas (niebieski: woda; zielony: roślinność; czerwony: obszar miejski). Port-au-Prince (Haiti) Źródło: http://raweb.inria.fr/rapportsactivite/ra2011/ariana/uid42.html http://www.un-spider.org/advisory-support/recommendedpractices/recommended-practice-flood-mapping/step-by-step

InSAR(Interferometry SAR) Metoda InSAR (Interferometry SAR) służy do tworzenia cyfrowego modelu terenu na podstawie dwóch obrazów radarowych. Obrazy muszą być pozyskane przez tego samego satelitę w tym samym trybie zobrazowania. Obrazy SAR są nakładane na siebie i dla każdego piksela wyznaczana jest różnica faz. Różnica faz = składowa odpowiedzialna za deformacje + składowa odpowiedzialna za topografię + błędy W metodzie InSAR wykorzystuje się zobrazowania SAR, które wykonano w niedługim odstępie czasu. Pozwala to wyeliminować składnik związany z deformacjami terenu. Różnica faz zależna jest wtedy w głównej mierze od topografii. Różnica faz przedstawiona jest za pomocą prążków interferencyjnych. Na ich podstawie wyznacza się topografię. Wartość różnicy fazy zmienia się w zakresie od 0 do 2π (jeden zakres kolorów). λr sinθ ha = 2B n INTERFEROGRAM R - wysokość orbity; B odległość pomiędzy satelitami; θ - kąt patrzenia satelity λ - długość fali

DInSAR(Differential InSAR) Metoda DInSAR służy do detekcji deformacji terenu, które wystąpiły w czasie pomiędzy wykonaniem dwóch wykorzystanych zobrazowań radarowych. Podobnie jak w metodzie InSAR wykorzystuje się dwa obrazy radarowe. Obrazy nakłada się na siebie i dla każdego piksela wyznacza się różnicę faz. Różnica faz = składowa odpowiedzialna za deformacje + składowa odpowiedzialna za topografię +błędy W metodzie DInSAR wykorzystuje się DEM w celu wyeliminowania składowej odpowiedzialnej za topografię. DEM zamieniany jest na interferogram (tzw. interferogram syntetyzowany) i odejmowany jest od głównego interferogramu.

Aby para obrazów SAR mogła być wykorzystana w metodzie DInSAR to musi spełniać następujące wymagania: musi być pozyskana przez tego samego satelitę z tymi samymi parametrami zobrazowania; odległość bazowa (perpendicular baseline) pomiędzy miejscami, z których pozyskane zostały obrazy nie może przekraczać pewnej wartości (critical baseline). Dla satelitów ESA wartość ta wynosi około 300-400 m /im mniejsza odległość bazowa tym mniejszy wpływ topografii na wartość różnicy faz/ najlepiej aby obrazy wykonane były w trybach: ascending oraz descending Po odjęciu od głównego interferogramu interferogramu syntetyzowanego otrzymujemy interferogram różnicowy. Interferogram różnicowy składa się z prążków interferencyjnych. Przyjęty zakres kolorów (najczęściej od czerwonego do niebieskiego) reprezentuje deformacje terenu odpowiadające połowie długości fali wykorzystywanej przez system SAR.

Właściwości metody DInSAR Bardzo dobra rozdzielczość przestrzenna wyników. Bardzo dobra rozdzielczość czasowa wyników. Możliwość monitoringu deformacji terenu na obszarach o powierzchni kilkuset km 2. Możliwość detekcji deformacji z centymetrową (milimetrową) dokładnością. Możliwość detekcji deformacji terenu nie większych niż połowa długości fali wykorzystywanych przez system SAR. Względny pomiar deformacji. Mniejsze możliwości zastosowania metody DInSAR dla obszarów zielonych (spadek koherencji sygnału radarowego).

Etapy analizy DInSAR 1. Dołączenie informacji o orbitach. 2. Koregistracja obrazów. 3. Tworzenie spłaszczonego interferogramu. 4. Tworzenie obrazu koherencji. 5. Filtracja fazy interferogramu. 6. Tworzenie interferogramu różnicowego (odejmowanie topografii).* 7. Multilooking. 8. Nadawanie geoodniesienia. /*odpakowanie fazy, wyznaczenie deformacji terenu w LOS (Line os Sight) Analizowanie całej sceny radarowej jest czasochłonne obliczeniowo (szczególnie etapy filtracji fazy, koregistracji i usuwania topografii). Każdy z wymienionych etapów może trwać nawet od kilka do kilkunastu godzin. Analiza DInSAR Wykorzystywane metody i parametry większości etapów analizy DInSAR należy ustalać indywidualnie dla każdej analizowanej pary obrazów SAR. Nie ma ustalonych wartości, które są odpowiednie choćby dla obrazów SAR pozyskanych z określonych satelitów. Często aby dobrać odpowiednie metody/parametry niezbędne jest wykonanie kilkudziesięciu prób i przeprowadzenie oceny otrzymanych wyników. Przy wybieraniu metod i parametrów należy kierować się: Informacją na temat sprzętu komputerowego, którym dysponujemy. Czasem realizacji zadania. Wymaganą dokładnością wyników analizy.

Interferogram pokazuje ruch naziemny związany z trzęsieniem ziemi w Bam w Iranie w dniu 26 grudnia 2003 r. The interferogram was created by combining an Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) Wide Swath Mode (WSM) image with an Image Mode (IM) image. Metoda PSInSAR Metoda PSInSAR (ang. Permanent/Persistent Scatterer InSAR) służy do detekcji niewielkich, długookresowych deformacji terenu. Cechy charakterystyczne metody PSInSAR: Wykorzystuje zestaw kilkunastu/kilkudziesięciu obrazów radarowych. Dostarcza informacje o deformacjach terenu tylko dla punktów PS (Permanent/Persistent Scatterer), które odpowiadają takim obiektom na powierzchni ziemi jak budynki, wiadukty, wychodnie skał itp. Pozwala na pomiar tylko niewielkich deformacji terenu (nie większych niż kilka/kilkanaście centymetrów na rok). Pozwala na detekcję deformacji terenu rzędu 1 mm/rok. Nie sprawdza się w monitoringu deformacji terenu na obszarach niezabudowanych. Metoda znalazła zastosowanie m.in. w monitoringu stabilności pojedynczych budynków, aktywności wulkanicznej, badaniu ruchów neotektonicznych itp.

Analiza obrazów SAR Mapa punktów PS nałożona na mapę topograficzną

Polarymetria radarowa (PolSAR- Polarimetry SAR) Polarymetria radarowa zajmuje się analizą polaryzacji fali wysłanej i zarejestrowanej przez system SAR. Polaryzacja fali odbitej od obiektu na powierzchni Ziemi niesie informacje m.in. o: strukturze geometrycznej obiektu kształcie obiektu, orientacji obiektu, współczynniku odbicia

Dekompozycja polarymetryczna PolInSAR wysokość drzew