WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Сравнение данных ENVISAT\ASAR и ALOS\PALSAR показало, что за счет большей длины волны (23см) и, как следствие, лучшего проникновения в растительные покровы корреляция интерферометрических пар снимков PALSAR значительно выше. Сравнение карт когерентности пар кадров PALSAR на территорию Самотлорского месторождения с разными пространственными базами, показало значительное разрушение фазы интерферограммы в виду пространственной декорреляции. В связи с этим не удается построить ЦМР лесной территории, т.к. для этого используются пары с базовой линией более 3000м. Кроме того, у пары снимков с большой пространственной базой когерентность снижается при увеличении угла съемки. Среднее значение в дальней зоне обзора на 0.134 меньше чем в ближней, поэтому точность расчета высот рельефа падает при удалении от антенны РСА. В отличие от снимков ASAR для интерферометрических пар PALSAR при съемке снежной поверхности возможно получить устойчивую интерферограмму даже при временной базе до года. Величины деформаций, полученные по результатам интерферометрической обработки зимней съемки, точнее отражают подвижки блоков земной коры в виду меньшего влияния сезонных изменений уровня торфяных болот.

Анализ зависимости когерентности от типов ландшафтов применительно ко всем сенсорам показал, что для территорий занятых густым лесом происходит значительное разрушение интерферометрической фазы. Тогда как для заболоченных областей с низкой растительностью, которая легко просвечивается электромагнитной волной, и техногенных объектов корреляция значительно выше. В случае повышенной влажности вследствие атмосферных осадков во время одного из пролетов КА снижение когерентности при использовании данных РСА ALOS\PALSAR незначительно.

Таким образом, применение сенсора с большей длиной волны (ALOS\PALSAR) исключает маскирующее влияние мелких растительных покровов и позволяет получить более устойчивые к временной декорреляции интерферограммы. Высокая точность ЦМР достигается при использовании интерферометрических пар снимков бесснежной территории с углом съемки от 36.6° до 38.7° (ближняя зона). Для оценки долговременных деформаций земной поверхности предпочтительнее использовать данные зимней съемки.

Третья глава описывает метод совместного анализа трех интерферограмм, рассчитанных с разными параметрами некогерентного усреднения соседних пикселов и обладающих различной информативностью, который позволяет получать результаты для областей с низкой когерентностью. Также в разделе предложены методы адаптирующие процесс интерферометрической обработки для территории Западной Сибири.

Для получения качественных результатов интерферометрии необходима точная привязка РСА снимков к земной поверхности, при совмещении с опорным рельефом в процедуре устранения мешающей фазы и указании истинных высот элементов рельефа на этапе уточнения параметров орбиты и построении ЦМР в абсолютных величинах. При стандартной обработке данных привязка осуществляется при помощи орбитальных элементов, находящихся в служебной информации кадра, что не всегда обеспечивает требуемую точность. Другой способ – набор достаточного количества наземных опорных точек, географические координаты которых известны, и их можно идентифицировать на РСА кадре. Для этого используются металлические уголковые отражатели (УО) устанавливаемые на исследуемой территории перед съемкой, при помощи GPS приемников определяются их координаты и затем яркие точки от УО детектируются на изображении. Геопривязка РСА снимков производится на основе орбитальной информации и параметров съемки, при таком подходе достаточно одной наземной опорной точки на кадр. В ходе исследований проанализирована величина превышения обратного отражения над фоновым уровнем от УО разных конструкций (двухгранный, трехгранный треугольный, трехгранный квадратный), а также для спутниковых антенн приемных комплексов ЮНИИ ИТ и Кируна (Швеция). В таблице 1 приведены значения превышения обратного отражения относительно фона, определенные по снимкам с различных РСА, для специально установленных и техногенных УО.

Таблица 1 Превышение уровня отражения от различных уголковых отражателей Уголковый Эффективная Конструкция и Превышение отражения для отражатель площадь рассеяния размер УО разных РСА Трехгранный Не определился 4a4 треугольный = с ребром 1м Двухгранный ERS-2\SAR – в 2 раза a4 с ребром 1м = Трехгранный ERS-2\SAR – в 4 раза квадратный с aребром 2.5м = 2 Трехгранный с ERS-2\SAR – в 13 раз квадратный ALOS\PALSAR – в 2 раза ребром 1.25м TerraSAR-X – в 147 раз Антенна ERS-2\SAR – в 74 раза r4 ЮНИИ ИТ ALOS\PALSAR – в 74 раза = 2 диаметр 9м Объекты ERS-2\SAR – в 12 раз нефтедобычи ENVISAT\ASAR –в 12 раз ALOS\PALSAR – в 11 раз TerraSAR-X – в 73 раза В случае применения в качестве УО антенны ЮНИИ ИТ производилось наведение на конкретный радиолокационный спутник. В результате анализа РСА данных за 2007-09 гг. установлено, что наиболее оптимальным является трехгранный квадратный УО с ребром 1.25м, его площади достаточно для детектирования даже на снимке ALOS\PALSAR, а небольшие размеры позволяют легко сделать устойчивую конструкцию.

Установка большого числа УО на длительный период довольно трудоемкий и дорогостоящий процесс, к тому же для получения мощности обратного рассеяния, достаточного для успешной идентификации на снимке, необходима трехгранная конструкция с ребром не менее 2м при использовании ALOS\PALSAR с длинной волны 23см. Поэтому предлагается использовать для привязки кадров яркие точки от металлических объектов нефтедобычи, являющиеся техногенными УО (рис. 2).

а б в Рис. 2. Техногенные уголковые отражатели на радарных и оптических космоснимках:

а - ALOS\PALSAR (4.10.07), б - ALOS\AVNIR2 (17.07.07), в - кустовая площадка При таком подходе на РСА изображении находится яркая точка (2а), сравнивается для контроля с оптическими снимками (2б) и при помощи GPS приемника определяются точные географические координаты соответствующие этому объекту на местности (2в). Применение данного метода при интерферометрической обработке РСА снимков ENVISAT\ASAR, ERS-2\SAR и ALOS\PALSAR на территории Федоровского, Самотлорского месторождений и г. Ханты-Мансийск позволило достичь точной геопривязки и получить качественные результаты.

При идеальных условиях интерферометрическая фаза зависит только от разности расстояний от антенны РСА до точки на отражающей поверхности при разновременной съемке. Однако в реальных условиях вследствие Релеевского рассеяния при отражении от поверхности интерферометрическая фаза является стохастической величиной, распределенной по закону Гаусса, с математическим ожиданием равным идеальной фазе и дисперсией, зависящей от когерентности. В условиях низкой когерентности предлагается использовать некогерентное усреднение комплексной выборки в направлении наклонной дальности, для расчета интерферограмм с разной степенью информативности. Для исходной комплексной интерферограммы I размером M N рассчитывается среднее значение пикселов внутри окна размера m n :

m(i+1)-1 n( j+1)- IMLC (i, j) = I(k,l) /(m*n) (6) k =m*i l =n* j где IMLC – усредненная интерферограмма (Multi-Look Complex), k,l – индексы внутри окна, i, j – индексы обработанной интерферограммы.

В результате размер и разрешение интерферограммы снижается в m раз в направлении наклонной дальности и в n раз в направлении азимута. Известно, что некогерентное усреднение позволяет снизить шум на интерферограмме в m*n раз.

В ходе обработки рассчитываются три интерферограммы с различными параметрами некогерентного усреднения, для которых выполняются этапы выравнивания, фильтрации и развертки фазы в соответствие со схемой, приведенной на рисунке 3.

Первый снимок (master) Второй снимок (slave) Совмещение снимков Расчет когерентности Расчет интерферограмм Опорная ЦМР Модель опорного высокого эллипсоида разрешения Интерферограмма Интерферограмма Интерферограмма Синтезирование усреднение 1х1 усреднение 2х2 усреднение 3хфазы Выравнивание Выравнивание Выравнивание Наземные опорные интерферограммы интерферограммы интерферограммы точки Фильтрация Фильтрация Фильтрация интерферограммы интерферограммы интерферограммы Развертка фазы Развертка фазы Развертка фазы Смещения пунктов геодинамического полигона Совмещение интерферограмм Опорная ЦМР Устранение топографической Расчет относительных Построение карты смещений в высокого компоненты смещений абсолютных величинах разрешения Рис. 3. Схема дифференциальной интерферометрической обработки с использованием некогерентного усреднения соседних пикселов Необходимым этапом процесса обработки (рис. 3) является выравнивание интерферограммы, которое производится путем вычитания синтезированной фазы. Информацией для синтеза фазы может служить цифровая модель рельефа низкого разрешения, в качестве которой можно использовать ЦМР Global TOPO 30 или векторизованные топографические карты масштабов 1:100000, 1:200000.

Размер пиксела модели Global TOPO 30, доступной для данной территории, составляет около 500м для средних широт; неточность привязки и искажения в местах сшивки отдельных частей карт делают этот рельеф грубым и могут испортить интерферометрическую фазу. Оцифровка изолиний и отметок высот на топографических картах и дальнейшая интерполяция с целью получения однородной сетки – достаточно трудоемкий процесс, что увеличивает время построения ЦМР. В ходе интерферометрической обработки данных разных спутников установлено, что наилучшим вариантом опорного рельефа является поверхность с постоянной высотой, значение которой вычисляется как среднее из ЦМР Global TOPO 30 на область, покрываемую радарным снимком, и корректируется на основе визуального анализа интерферограммы. В этом случае не возникает необоснованных резких всплесков фазы, а остаточные неопределенности, вызванные диапазоном регистрации фазы отраженного сигнала радаром от 0 до 2, устраняются на этапе развертки фазы.

Выровненная интерферограмма содержит значительный уровень шума в областях с низкой когерентностью, который необходимо отфильтровать, не потеряв при этом информации о рельефе поверхности. В программном обеспечении, разработанном для интерферометрической обработки, реализованы наиболее распространенные адаптивные фильтры. Применение данных методов фильтрации позволяет снизить шум на интерферограмме, вызванный не полной компенсацией фазы переотражения. При этом производится усреднение разности фаз, что является полезным при решении задачи построения сглаженной ЦМР.

Однако в этом случае также происходит удаление высокочастотных колебаний интерферометрической фазы, вызванных перепадами рельефа, что является неприемлемым при построении опорных ЦМР, которые в дальнейшем применяются для устранения топографической составляющей при расчете смещений. При помощи пакета MATLAB программно реализован фильтр, разработанный в университете New South Wales, Сидней. Особенность данного метода фильтрации заключается в том, что устраненный шум также подвергается фильтрации, а затем возвращается в интерферограмму. На первом этапе к исходной интерферограмме I размера M N пикселов применяется фильтр опорной медианы, который устраняет шум с высокой магнитудой.

Результирующее значение интерферометрической фазы для каждого пиксела рассчитывается по следующей формуле:

I (k,l) out = median-1) / 2 arg( ) + arg(Isum ), (7) -(n-1) / 2k (n Isum -(n-1) / 2l(n-1) / где median – значение медианы для пикселов окна, arg – фазовая компонента комплексного числа;

(n-1) / 2 (n-1)/ I(k,l) I (k,l) = Isum = I (k,l),, (8) I(k,l) k =-(n-1) / 2 l=-(n-1) / где I(k,l) – комплексное значение пиксела интерферограммы, k,l – индексы пикселов внутри скользящего окна размером n n, который выбирается на основе значения локальной когерентности.

К обработанной на первом этапе интерферограмме применяется фильтр Lee с использованием направленного окна, которое позволяет сгладить близко расположенные фринги (изменение значения соседних пикселов на 2) и сохранить мелкие детали. Полученная в результате применения двух фильтров интерферограмма I вычитается из исходной I. К полученной компоненте fil шума In применяется фильтр опорной медианы с фиксированным окном, который устраняет оставшийся шум и выделяет информацию о рельефе, которая была бы потеряна при использовании стандартного адаптивного фильтра. В итоге результирующая интерферометрическая фаза рассчитывается по формуле:

I = I + Idet (9) fin fil где I – отфильтрованная и сглаженная интерферограмма, Idet – детальная fil информация о рельефе.

На рисунке 4 для сравнения приведены результаты применения стандартного адаптивного фильтра (4 б) и предложенного метода фильтрации (4 в) к исходной интерферограмме (4 а), полученной на основе обработки пары кадров ALOS\PALSAR на территорию Белоярского района ХМАО с сильно расчлененным рельефом за 10.06.2008 и 26.07.2008. Цветовой переход от черного до белого отражает изменение разности фаз от - до +. Опорные ЦМР, построенные с использование реализованного метода фильтрации комплексных интерферограмм, наиболее точно отражают рельеф поверхности и позволяют лучше устранить топографическую составляющую формулы (3) в ходе дифференциальной обработки.

а б в Рис. 4. Фильтрация интерферометрической фазы:а – исходная интерферограмма; б – применение стандартного адаптивного фильтра в – применение предложенного метода фильтрации После этапа фильтрации интерферограммы при помощи метода растущих областей (region growing) выполняется развертка фазы путем добавления значения 2 k, где k – целое число. Однако значительный уровень шума приводит к некорректной работе алгоритма, приводящей к разрывам фазы.

Развертка интерферограммы, полученной при некогерентном усреднении размером 3x3 вследствие низкого уровня шума, проходит с минимальным количеством разрывов фазы, которые могут быть устранены вручную. Остальные развернутые интерферограммы корректируются в соответствии с предложенной формулой:

33,abs (i, j), 1 > (i, j) cr (i, j) = (i, j)mod2 + 2 33,abs (i, j)/ 2, 2 > (i, j) 1 (10) fin 22,abs (i, j)mod2 + 2 33,abs (i, j)/ 2, (i, j) 11,abs где mod – обозначает операцию взятия остатка от деления; – целая часть [ ] числа; 11,abs, 22,abs, 33,abs – развернутые фазы при некогерентном усреднении размером 1x1, 2x2 и 3x3 соответственно; (i, j) – когерентность, соответствующая данному значению интерферометрической фазы; cr, 1, 2 – пороговые значения когерентности ( 0 < cr < 1 < < 1). Окончательное значение фазы (i, j) в данной точке выбирается на основе карты когерентности. Данная fin формула составляет основу метода совместной обработки трех комплексных интерферограмм.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»