Interferometrisk nedsynkningsanalyse og superoppløsning av SAR satellittbilder

Abstract

I denne oppgaven er det utført en nedsynkningsanalyse av Oslo og omegn, basert på ERS SAR satellittbilder fra perioden 1992 til 2000. Analysene er utført med PSInSAR-teknikken som muliggjør interferometriske undersøkelser på enkelte stabile punkter i områder som ellers er preget av dekorrelasjon. Disse punktene kjennetegnes ved at de reflekterer radarsignalet på en stabil måte over lengre tid, selv fra forskjellige vinkler, under ulike værforhold og upåvirket av andre dekorrelerende effekter. Punktene kalles for stabile tilbakespredere eller permanent scatterers (PS). Resultatene av disse undersøkelsene er videre analysert for å bestemme hvor pålitelige og anvendelige de er. Og ikke minst for å se hvordan disse egenskapene utvikler seg ettersom mengden inngangsdata reduseres. Motivasjonen bak disse undersøkelsene er at mengden inngangsdata ofte er begrenset i mange praktiske sammenhenger. Dette kan enten skyldes at det er gjort få opptak av det aktuelle området, eller at det kun gis begrenset tid til undersøkelsene. Resultatene viser at for dette aktuelle datasettet kreves det mellom 15 og 19 satellittbilder for å oppnå tilfredsstillende resultater. Det er også blitt utviklet et program som forbedrer satellittbildenes oppløsning ved å kombinere to ERS SAR satellittbilder spektralt. Metoden kalles superoppløsning. Et av resultatene var at et punktmål fikk redusert sin bredde med 33 % når to SAR-bilder med en baselinje på 600 meter ble kombinert. Det tilsvarer en forbedring av oppløsningen i ERS SAR-bildets slant range retning fra 9,7 meter til 6,5 meter. Dette kan legge grunnlaget for mer presis geografisk plassering av stabile tilbakespredningspunkter, og muligens også identifisering av hvilke typer objekter som gir denne tilbakespredningen.

This thesis includes a subsidence analysis of Oslo and the surrouding areas. The analysis is based on ERS SAR satellitte images recorded between 1992 and 2000, using the PSInSAR techique. This technique allows interferometric investigations in decorrelated areas, by utilizing the persistent backscattering of stabile point targets or permanent scatterers. Such points are recognized by their stabile reflection of the radar signal, even with a significant temporal baseline, from different veiwing angels, and under changing weather conditions and other decorrelating effects. The subsidence results are further analysed to decide their reliability and also their applicability. One of the main intentions is to describe how these characteristics change when the amount of input data is reduced. This is motivated by the fact that there is often a limited access to input data in many applications, due to a limited number of recordings over the area in question, or a limited timeframe assigned to the project. The results of this thesis shows that for this particular data set, an input of 15-19 SAR images is required to provide satisfactory results. There is also developed a program that enhances the resolution of the satellites images by spectral combination of ERS SAR images. This method is called superresolution. One of the results shows that after the combination of two SAR images of a 600 meter baseline, the width of a point target was reduced by 33 %, which amounts to a 9,7 to 6,5 meter resolution enhancement in the slant range direction of the ERS SAR image. This may result in a more precise geographical definition of point targets, and possibly also identification of the permanent scatter object.