Построение ЦМM по результатам интерферометрической обработки радиолокационных изображений "TerraSAR-X"

Цифровые  модели рельефа (ЦМР) - одна из важных моделирующих функций геоинформационных систем, включающая две группы операций, первая из которых обслуживает решение  задач создания модели рельефа, вторая - её использование.

С момента  развития информационных систем и технологий, а так же развития спутниковой  отрасли, появились различные методы и способы, дающие возможность построения ЦМР. Существует два кардинально  различающихся способа получения  данных для построения цифровых моделей  рельефа.

Первый способ - это методы дистанционного зондирования и фотограмметрия. К таким методам  создания ЦМР, относиться метод радиолокационной интерферометрии. Он основан на использовании  фазовой компоненты радиолокационного  сигнала, отраженного от поверхности  Земли. Точность восстановления ЦМР  интерферометрическим методом составляет единицы метров, причем в зависимости  от характера местности и уровня шумов сигнала она меняется.

Второй способ - построение моделей рельефа путем  интерполяции отцифрованых изолиний из топографических карт. Этот подход также не нов, имеет свои сильные и слабые стороны. Из недостатков можно назвать трудоемкость и порой недостаточно удовлетворительную точность моделирования. Но, несмотря на эти недостатки можно утверждать, что оцифрованные топографические материалы еще несколько лет будут безальтернативными источниками данных для подобного моделирования.

Первым способом построена ЦММ, с использованием парные радарных снимков высокого разрешения. Далее, рассмотрим технологию получения ЦММ на основе метода радиолокационной интерферометрии.

Для построения ЦММ использовалась парные радарных снимков TerraSAR-X, выполненных с 12.02.2009 по 23.02.2009 г. Система TanDEM_X служит дополнением к системе TerraSAR_X и предназначена для измерения высот на земной поверхности. В настоящее время она является одним из наиболее ожидаемых космических радиолокационных аппаратов, так как в результате совместного использования TerraSAR_X и TanDEM_X будет получена глобальная высокоточная цифровая модель местности (ЦММ), не имеющая аналогов, а также появится возможность получать данные для построения ЦММ на конкретные регионы независимо от метеоусловий.

 Обработка снимков проводилась в программном продукте ENVI «SARScape» по стандартной методике:

• импорт данных,
• оценка базисных линий;
• создание интерферограмм, создание интерферограмм выполнялось с входными ЦМР SRTM.
• адаптивная фильтрация (метод Goldstain) и расчет когерентности;
• развертка фазы (метод MCF);
• коррекция орбит по наземным опорным точкам (GCP);
• пересчет фазы в высоты;
• геокодирование ЦМР в систему WGS-4, проекции <UTM-GLOBAL</State> <Hemisphere>SOUTH</Hemisphere> <Projection>UTM<Zone>52>

 

 

 

Рис 1. Схема  покрытия данными TerraSar-X

 

Далее, рассмотрим подробнее интерферометрической обработки парные радарных парные снимков на конкретном примере (TerraSar-X , с 12.02.2009 по 23.02.2009 г). Предварительная оценка качества интерферометрической пары средствами функции «Baseline estimation» модуля SARscape Interferometry показывает (рис. 2), что перпендикулярная составляющая базовой линии около 233 метров.

 

Рис. 2. Иллюстрация парных снимков, выбранных по принципу малых базовых линий.

 

Первым шагом  интерферометрической обработки является  совмещение основного и вспомогательного радиолокационных изображений интерферометрической пары в автоматическом режиме. В случае пары с большой базовой линии этот шаг лучше выполнять с участия цифровой модели рельефа (ЦМР). Совмещение в SARscape выполняется в автоматическом режиме во время процедуры «Interferogramm Generation With DEM» модуля SARscape Interferometry.

 

 

Рис. 3. Комплексная интерферограмма, рассчитанная по паре радарных снимков от 12.02.2009 -23.02.2009 г

 

На следующем шаге, основным выходным файлом является дифференциальная интерферограмма, представляющая собой результат вычитания синтезированной фазы рельефа из комплексной интерферограммы. Дифференциальная интерферограмма для обрабатываемой пары снимков показана на рисунке 4.

 

Рис. 4. Дифференциальная интерферограмма, рассчитанная по паре радарных снимков от 12.02.2009 и 23.02.2009 г

 

Далее была развернута фаза, и выполнена коррекция  базовой линии. Для коррекции  использовались значения 15 наземных контрольных точек. После коррекции базовой линии, была построена результирующая ЦММ, фрагмент которой представлен на рис. 5.

 

 

Рис.5. Пример ЦММ (с разрешением 5м), построенных по данным тандемной интерферометрической съемки со спутников TerraSar-X.

 

Рис.2 Результат построения 3D ЦММ и отображение в среде Google Earth.

Предложенная методика построения ЦММ позволяет моделировать поверхность рельефа сложного строения, типичную для пустынных районов.