§6.13. радиолокационная интерферометрия
Радиолокационная интерферометрия представляет собой метод обработки радиолокационных изображений, позволяющий анализиро- вать разности фаз между двумя радиолокационными изображениями, полученными с очень короткого базиса съемки (порядка 200–300 м при высоте съемки около 780 км). Съемка может выполняться одновременно двумя антеннами или одной антенной последовательно. в любом случае величина базиса съемки В должна быть известна с высокой степенью точности.
На рис. 6.30 показана геометрия радиолокационной интер- ферометрии и пример съемки с помощью спутника TanDEM-X. Здесь D1, D2 — наклонные дальности до точки местности; S1, S2 — точ-
|
Z
S B S2
1 α
ΔD B0
φ
D2
H D1
M
h
Y
рис. 6.30
ки излучения радиоимпульсов; В — базис съемки; α — наклон базиса съемки; H — высота съемки; h — высота точки местности М.
Из рис. 6.30 следует, что
D2 - D2 - B2
sin (j - a) =
2 1 .
2D1B
(6.13.1)
все величины, входящие в (6.13.1), известны, за исключением угла φ, который и определяется по формуле (6.13.1). Тогда
h = H - D1 cos j.
(6.13.2)
Точность определения высоты точки местности по (6.13.2) от- носительно низкая и зависит прежде всего от точности определения наклонных дальностей. Для космической съемки это метры.
Обозначим через ∆D разность наклонных дальностей, тогда интер- ферометрическая фаза, которая регистрируется, может быть вычислена как:
DF = 4 p DD; (6.13.3)
l
|
sin j - a = DD2 + 2DDD - B2 ,
2DB
где D2=D + ∆D; D = D1; λ — длинна волны.
(6.13.4)
вычислив по (6.13.4) угол φ можно снова вычислить высоту точки по (6.13.2). в данном случае точность будет значительно выше, так как
∆D может быть определена с миллиметровой точностью. Точность вы- сот точек, которая может быть достигнута, зависит от величины шума интерферометрической фазы δΦ:
dh = Dlsin j dF.
4pB0
(6.13.5)
Из формулы (6.13.5) следует, что чем больше компонента базиса В0, тем лучше разрешение по высоте. Однако существует критический максимум базиса съемки, при котором интерферометрия становится невозможной:
Bêðèò = Dl tgj ,
(6.13.6)
|
0 2d
где δD — разрешение по дальности радиолокационной системы.
Например, для спутниковой радиолокационной системы Envisat длинна критического базиса составляет около 1100 м. Современные радиолокационные съемочные системы для каждого пикселя регистри- руют амплитуду и фазу. амплитуда, как правило, используется для формирования яркости радиолокационного изображения. Изображение фазы используется в радарной интерферометрии.
На рис. 6.31 схематично показана технология обработки радиоло- кационных изображений с целью построения цифровой модели рельефа описанным выше методом интерферометрии. Сначала по радиолока- ционным снимкам находят соответствующие точки. Поскольку базис
Радиолокационная
голограмма 1
Радиолокационные изображения
Радиолокационная
голограмма 2
Цифровая модель рельефа
рис. 6.31
съемки маленький по сравнению с наклонной дальностью, отождест- вление соответственных точек корреляционным методом не вызывает трудностей. Теперь зная координаты соответственных точек на снимках, по ним берут соответствующие фазы, которые фиксировались во время съемки. По формуле (6.13.3) вычисляют разность наклонных дально- стей ∆D, а по (6.13.4) — угол φ. Затем по формуле (6.13.2) вычисляют превышение h в данной точке. Таким образом можно поступить со все- ми пикселями радиолокационных изображений. в результате получим плотную цифровую модель рельефа (см. рис. 6.31).
в 2000 г. была создана цифровая модель рельефа для 80% всей суши земного шара по радиолокационным космическим снимкам (SRTM mission) с точностью ±16 м.
Радиолокационная интерферометрия часто применяется для оцен- ки изменений рельефа, вызванных различными причинами, например, сейсмическими подвижками, деформацией поверхности при разработке месторождений нефти, газа и т.д. Это направление называется д и ф - фе р е н ц и а л ь н о й и н т е р фе р о м е т р и е й. Метод позволяет измерять деформации поверхности с точностью долей длинны волны радиолокационной съемочной системы, т.е. с точностью порядка не- скольких миллиметров. Принципиальное преимущество дифференци- альной радиолокационной интерферометрии перед другими методами мониторинга вертикальных деформаций заключается в возможности прямой фиксации изменений рельефа, произошедших между съемками.