Обработка интерферометрических данных, полученных с японского спутника ALOSSAR (радар с синтезированной апертурой)

Космический аппарат ALOS (Advanced Land Observation Satellite) был запущен 24 января 2006 года с японского космодрома Танегашима. Владельцем спутника является Японское аэрокосмическое агентство JAXA. Спутник был выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 691,65 км. Одним из инструментов, которым оснащен спутник ALOS, является радар L-диапазона с синтезированной апертурой (PALSAR), предназначенный для круглосуточного и всепогодного наблюдения Земли и позволяющий получать изображения с разрешением от 7 до 100 м с изменяемой поляризацией излучения (НН, VH, HV, VV) - это первый космический аппарат, данные с которого подходят для полной поляриметрической обработки. Данные, полученные со спутника, могут быть использованы для картографирования, наблюдения за использованием природных ресурсов, а также для проведения научных исследований [1,2].

Области применения радарных данных PALSAR, полученных со спутника ALOS:

• •    создание и обновление карт;

• •    создание ЦМР высокой точности, по интерферометрическим парам снимков;

• •    изучение изменений рельефа, вызванных различными факторами;

• •    контроль использования природных ресурсов;

• •    определение породного состава, мониторинг вырубок и состояния лесов;

• •    наблюдения за природными бедствиями;

• •    проведение научных исследований в различных областях;

• •    решение прикладных задач.

Рис. 1. Места размещения уголковых отражателей по подспутниковому полигону «Кудара» и «Хурумша»

Рис. 2. Уголковый отражатель с увеличенными размерами граней 3 м

Таблица 1

Основные технические характеристики данных ALOS-PALSAR

Дата запуска 24 января 2006 года
Спектральный диапазон	5 см - (L-диапазон)
Режимы	Высокого разрешения (FBS)	Высокого разрешения (FBD)	Низкого разрешения (WB-ScanSAR)	Поляриметрический (PLR)
Пространственное разрешение	7~44 м	14 ~ 88 м	100 м	24 ~ 89 м
Ширина полосы съемки	40 ~ 70 км	40 ~ 70 км	250 ~ 350 км	20 ~ 65 км
Съемочные углы	8 ~ 60о	8 ~ 60 о	18 ~ 43 о	8 ~ 30 о
Поляризация	HH или VV	HH+HV или VV+VH	HH или VV	HH+HV+VH +VV
Скорость передачи данных на наземный объект	240 Мбит/сек
Радиометрическое разрешение	5 бит на пиксел
Формат данных	CEOS
Периодичность съемки	46 дней

На Байкальской территории – на тестовых участках Истомино (05.2006 – 12.2007), Хурумша (08.2006 – 02.2007) - проведено более 150 сеансов съемки подспутниковых полигонов Байкальской природной территории. Обеспечена организация подспутниковых сценариев радиометрической и поляриметрической калибровки для всех режимов работы радара PALSAR. Проект был проведен совместно с Японским Аэрокосмическим Агентством («JAXA») №05KRSTK-022935 от 01.03.2006 г. «Контракт на измерение эталонных данных для калибровки и валидации радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) L-диапазона с фазированной антенной решеткой (PALSAR), находящегося на борту космического аппарата ALOS (Усовершенствованный Спутник Наблюдения Земли)». (Шифр «Калибр»).

Нашей лабораторией дистанционного зондирования в 2000 году был осуществлена калибровка спутника Space Shuttle (США). После сравнения данных двух калибровок мы пришли в выводу, что:

для λ1=3 см - σ1эф=74429,(629) м2, для λ2=24 см - σ2эф=1162,(962)м2, т.е. σ1эф / σ2эф =64, где σ – эффективная площадь обратного рассеяния, м2, λ – длина волны, см.

Чтобы достичь эффективности обратного рассеяния на длине волны λ=24 см такой же величины, как на длине волны λ =3 см, нужно увеличить размер ребра уголкового отражателя до ≈ 6 м [3].

Для обработки данных со спутника ALOS (Япония) был взят фрагмент территории, где расположен г. Улан-Удэ (даты снимков 28 мая 2007 г. и 17 апреля 2009 г.). Первым шагом по обработке было получение multilook изображений, которые представляют собой амплитудные изображения, осреднен-ные по азимуту и по дальности с различным шагом (рис. 3).

Далее была произведена корегистрация амплитудных изображений (рис. 4) с целью создания серии разновременных изображений одной и той же территории с единой геометрией. После чего была применена фильтрация Де Гранди данных и расчет интерферограммы на основе двух SLC изображений (основного и вспомогательного).

Далее был устранен набег фазы, т.е. компенсация наклоном плоскости изображения появляющихся на ровной поверхности интерферометрических полос, очередная фильтрация и построение карты когерентности. Фильтрация интерферограммы позволяет сгладить ее, а также устранить шум. Карта когерентности (рис. 5) необходима для выполнения ряда дальнейших процессов, оценки качества интерферограммы, а также для целей классификации [4].

Рис. 4. Интерферограмма

Рис. 5. Изображение с устраненным набегом фазы и карта когерентности

На следующем этапе обработки происходит переход от «полосатой» картины – интерферограммы к развернутой фазе (рис. 6), которая является функцией высоты местности. Эта операция одна из самых сложных в плане вычисления и реализации в процессе построения ЦМР (цифровой модели местности) [5].

Рис. 6. Развернутая фаза

В результате всех операций и действий получено амплитудное изображение территории в районе г. Улан-Удэ, на рисунке 7 показано в сравнении с картой местности.

Рис. 7. Амплитудное изображение обработанных данных территории г. Улан-Удэ в сравнении с картой местности