К вопросу мониторинга смещений природных объектов методами радарной спутниковой интерферометрии

При мониторинге территорий с малым количеством техногенных, хорошо отражающих спутниковый сигнал объектов, критически важно уметь выделять отражения от природных объектов, которые характеризуются невысокой амплитудой отраженного сигнала и невысокой когерентностью (мерой корреляции фаз радарных снимков) на отдельных временных интервалах [1,2]. C использованием современного программного обеспечения (SBAS. StaMPS/MTI) временные серии смещений в направлении видения спутника могут быть получены даже для тех природных объектов, для которых обычными (PS INSAR, DePSI) методами не может быть идентифицировано ни одного доминирующего (устойчивого) отражателя в пределах разрешающего элемента [3]. Плотность полученных таким образом отражателей на природных ландшафтах обычно невелика и составляет менее 10-20 PS/кв. км, в зависимости от порога когерентности, использованного при их определении, по сравнению с плотностью устойчивых отражателей в населенных пунктах и на промышленных территориях, которая достигает более 100 PS/кв. км при использовании данных со спутников С-диапазона ENVISAT, ERS-1.2, RADARSAT. Низкая плотность выделенных отражателей ухудшает качество выполнения процедуры развертки фазы и следовательно качество полученного в результате поля смещений (напомним, что фазовый сдвиг определяется с точностью до двух пи и для оценки полей смещений необходимо выполнить развертку фазы путем добавления нужного числа периодов).

Один из возможных подходов к решению данной задачи, заключается в следующем. Отражатели на природных ландшафтах часто обнаруживаются в областях с невысокой (на отдельных временных интервалах) когерентностью фаз, в которых многие соседние пиксели показывают схожую отражательную способность, так как они принадлежат одному и тому же природному объекту. Поэтому прежде всего проводится процедура адаптивной фильтрации амплитуды стека снимков и выделяются пространственно связанные множества статистически однородных пикселей. После того, как для данного пикселя определено множество статистически однородных "соседей", выполняется фильтрация значения амплитуды во всей временной цепочке снимков в данном пикселе. На следующем этапе проводится фильтрация значений интерферометрической фазы. И, наконец, на заключительном этапе проводится анализ полученных таким образом интерферограмм с помощью уже существующих техник выделения устойчивых отражателей (PS InSAR, StaMPS, DePSI, SBAS), вводятся атмосферные поправки, поправки за неточное знание орбиты и цифровой модели рельефа. В результате определяются поля смещений в направлении на спутник. Подобные методики реализованы в некоторых коммерческих программных пактах (SqueeSAR).

В докладе приводятся первые результаты, полученные авторами в ходе разработки алгоритма и создания соответствующего программного обеспечения для решения задачи выделения пространственно связанных кластеров статистически однородных пикселей на природных ландшафтах на основе критерия Колмогорова-Смирнова. Для Адлерского района г. Сочи проведены расчеты поля смещений по данным со спутников ALOS, ENVISAT и TerraSAR-X в программном пакете StaMPS/MTI без использования каких-либо дополнительных обработок и с предварительным использованием алгоритма адаптивной фильтрации амплитуды, разработанного авторами на данном этапе. Исходя из нашего опыта, даже без проведения последующей фильтрации фазы, такой прием увеличивает число идентифицируемых в дальнейшем отражателей на природных склонах.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке фонда РФФИ, грант 16-05-00937