InSAR
Radar z syntetyczną aperturą
Radar z syntetyczną aperturą (SAR - Synthetic Aperture Radar) jest systemem radarowym bocznego wybierania wykorzystującym techniki przetwarzania obrazu w celu otrzymania wirtualnej anteny o dużych rozmiarach. Dzięki czemu uzyskuje się większą rozdzielczość niż w przypadku radaru bocznego wybierania z anteną rzeczywistą RAR. Antena SAR o stosunkowo krótkiej długości, przemieszczając się na satelicie, wysyła co stały interwał czasu sygnał fal mikrofalowych pod kątem θ padania wiązki radarowej w kierunku poprzecznym do kierunku lotu satelity. Wysłane promieniowanie elektromagnetyczne oświetla obszar terenu, a gdy fala radarowa odbije się od obiektów terenowych, jest rozpraszana i powraca do anteny. Następie satelita z instrumentem SAR przesuwa się na kolejną pozycję i rejestruje w ten sam sposób kolejny obszar. Gdy ślad wiązki radaru przesuwa się nad Ziemią, każdy punkt na Ziemi będzie oświetlany przez dłuższy czas, a jego sygnał powrotny wielokrotnie rejestrowany. Dane sygnału odebrane z kolejnych położeń anteny są sumowane tak, jakby pochodziły od anteny bardzo dużej wielkości. Dzięki temu można uzyskać wysoką rozdzielczość.
Kierunek ruchu satelity po orbicie
W teledetekcji satelitarnej rozróżnia się 2 kierunki ruchu satelity po orbicie. Jeżeli satelita na orbicie porusza się z północy na południe, to kierunek orbity nazywany jest Descending. Jeśli porusza się z południa na północ, to jest to kierunek orbity Ascending.
Rys. 1. Obrazowanie satelity misji SAR Sentinel-1
(ESA: https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-1/Instrument,
TRE ALTAMIRA: https://site.tre-altamira.com/insar/)
Obrazowanie SAR
W teledetekcji wykorzystuje się różne zakresy widma fal elektromagnetycznych o innych długościach fali. Sensory teledetekcji radarowej stosują długości fal od około 1 cm do 1 m. Dłuższe fale mikrofalowe w odróżnieniu od fali z zakresu widzialnego i podczerwieni przenikają przez warstwę chmur, dzięki czemu obrazowanie mikrofalowe jest w większym stopniu niezależne od warunków pogodowych niż obrazowanie w zakresie widzialnym. Sposób obrazowania SAR zapewnia także niezależność od warunków oświetleniowych, więc obserwacje sensorów można wykonywać o każdej porze doby. Emitowana fala elektromagnetyczna po dotarciu na powierzchnię Ziemi zostaje odbita od celu z powrotem do radaru, czyli rozproszona wstecznie (ang. backscattered). Obiekty odbijające wiązkę radarową nazywane są w teledetekcji radarowej rozpraszaczami. W zależności od kilku czynników fala elektromagnetyczna może być odbita pod innym kątem i różna część emitowanej energii będzie rozproszona wstecznie do radaru. Na intensywność rejestrowanego powrotnego sygnału przez radar mają wpływ czynniki takie jak szorstkość obrazowanego obiektu, jego geometria, właściwości elektryczne, długość fali radarowej, polaryzacja fali oraz kąt obserwacji. Uzyskane przez SAR dane są przetwarzane na obraz złożony z pikseli, gdzie każdy piksel opisuje odpowiadający mu obszar na Ziemi i zawiera informacje o fazie i amplitudzie ech radarowych powracających do radaru.
Interferometria radarowa (InSAR)
Sam termin „interferometria” odnosi się do słów „interferować” i „mierzyć” i oznacza pomiar odległości i kątów za pomocą interferencji fal elektromagnetycznych. Interferencja jest zjawiskiem polegającym na nakładaniu się na siebie fal o tej samej częstotliwości, w wyniku którego następuje osłabienie lub wzmocnienie wypadkowej amplitudy fali. Technika interferometrii SAR (ang. Synthetic Aperture Radar Interferometry), czyli w skrócie InSAR, wykorzystuje fale wysyłane i odbierane przez radar z syntetyczną aperturą oraz zjawisko interferencji fal do wydobywania informacji o wysokości powierzchni obserwowanego terenu. Mierzone są echa radarowe odbite od obserwowanej powierzchni i wykorzystuje się różnicę faz sygnału między minimum dwoma obserwacjami radarowymi wykonanymi z różnych pozycji sensora. Pierwszy obraz referencyjny nazywany jest obrazem master, a drugi wykonany później obraz podrzędny nazywany jest obrazem slave.
Interferometria różnicowa (DInSAR)
Interferometria różnicowa (ang. Differential Interferometry), w skrócie DInSAR, to rodzaj interferometrii radarowej, który wykorzystuje różnicę fazy między akwizycjami (przelotami nad tym samym miejscem) radaru do obliczenia przemieszczenia powierzchni obserwowanego terenu w czasie. Gdy obserwowany przez radar punkt na ziemi przemieszcza się, odległość między sensorem i Ziemią się zmienia, co wpływa na pomierzoną fazę sygnału. W interferometrii różnicowej usuwa się z pomierzonej różnicy faz między obrazami SAR wkład fazy wynikający z powierzchni Ziemi, dzięki czemu zostaje tylko zmiana fazy pochodząca z deformacji terenu.
Rys. 2. Geometria obrazowania InSAR
(TRE ALTAMIRA: https://site.tre-altamira.com/insar/)
Interferogram
Interferogram to obraz, który przedstawia różnicę faz dla odpowiadających sobie pikseli między referencyjnym i podrzędnym obrazem SAR – fazę interferometryczną, której wartości osiągają wartości z przedziału (-π, π). W przypadku metody DInSAR tworzone są interferogramy różnicowe prezentujące fazę interferometryczną wynikającą z deformacji obserwowanego terenu między akwizycjami sensorów. Ich celem jest przedstawienie deformacji terenu w czasie. Zmiana fazy między obserwacjami 2 obrazów SAR jest przedstawiona w celach interpretacyjnych przez barwne prążki na interferogramie, których kolor zależy od wartości fazy. Tęczowe barwy interferogramu nawiązują do zjawiska interferencji światła i powiązanej z nią iryzacji, czyli procesu polegającego na pojawianiu się tęczowych barw w wyniku interferencji światła.
Interpretacja interferogramu
1 prążek interferogramu oznaczający zmianę fazy o 2π (czyli 360°) ma cykl barw od fioletowego do czerwieni. Do każdego koloru tęczy interferogramu przydzielona jest wartość fazy interferometrycznej z zakresu (-π, π) – tony niebieskie barw symbolizują dodatnie wartości fazy interferometrycznej, a tony czerwone ujemne wartości fazy. Przy łagodnej deformacji obserwowanego terenu prążek na interferogramie będzie szeroki, a gdy deformacja jest większa i gwałtowna prążek będzie wąski. Gęstość prążków jest proporcjonalna do wielkości przemieszczenia terenu – im więcej prążków, tym większa deformacja tego obszaru. Gdy sekwencja barw prążków na interferogramie zmienia się z niebieskiego na czerwony, ziemia oddala się od satelity (np. dla orbity Descending będzie to oznaczało osiadanie terenu w kierunku zachodnim). Gdy barwa prążków interferogramu zmienia się z niebieskiego na żółty, oznacza to ruch terenu w stronę satelity (np. dla orbity Descending oznacza to wypiętrzenie terenu w kierunku wschodnim). Zmianę barwy liczy się od zewnętrznej krawędzi, gdzie zaczynają się prążki, do środka ich wzoru. 1 prążek na interferogramie odpowiada przesunięciu terenu o długość połowy fali radaru λ/2 w linii widzenia satelity. Z tego wynika, że całkowita deformacja danego obszaru będzie odpowiadała iloczynowi połowy długości fali radaru i ilości prążków interferometrycznych na badanym obszarze.
Rys. 3. Przykład interferogramu i interpretacja interferogramu w zależności od kolejności zmiany barw prążków
Rozwijanie fazy
Wartości fazy na interferogramach zawierają się tylko w przedziale (-π, π), a więc są „zwinięte” (ang. wrapped). Badane zmiany wysokości terenu mogą składać się z wielu cykli 2π, więc trzeba znaleźć wielokrotność 2π, żeby opisać całość zakresu tych zmian. Rozwijanie fazy polega na odnalezieniu całkowitej liczby cykli n w celu dodania ich do zawiniętej fazy φ i rozwiązania nieoznaczoności 2π. W przypadku interferometrii różnicowej rozwinięty interferogram będzie posiadać wartości pikseli odpowiadające zmianom nachylenia wynikającym z deformacji obserwowanego terenu. Na podstawie rozwiniętego interferogramu można uzyskać mapę deformacji terenu z przemieszczeniem bezwględnym, konwertując jednostki radianowe na metry.
Koherencja
Miara podobieństwa między 2 sygnałami, z których powstaje zdjęcie radarowe jest nazywana korelacją. Sygnały będą skorelowane ze sobą, jeśli reprezentują taką samą interakcję z rozpraszaczem. Jeśli 2 sygnały radarowe są do siebie bardzo podobne to wielkość współczynnika korelacji będzie duża, natomiast jeśli zależność między 2 sygnałami będzie mała to współczynnik korelacji będzie miał niską wartość (sygnały są zdekorelowane). Korelacja sygnału jest między innymi silnie powiązana z mechaniczną stabilności celu w czasie. Koherencja opisuje stopień korelacji między 2 obrazami radarowymi pary interferometrycznej zdjęć i jest znormalizowaną miarą korelacji sygnału. Wartości koherencji przyjmują dla każdego piksela zdjęcia wartości z zakresu od 0 do 1. Jeśli 2 sygnały idealnie odpowiadają sobie, koherencja będzie wynosić 1, jeśli są całkowicie ze sobą niepowiązane będzie wynosić 0. Od wartości koherencji na danym obszarze zależy jakość przetwarzania interferometrycznego – przy słabej koherencji wyniki pomiarów będą niemiarodajne.
Metody wieloczasowe
Rozpraszacze InSAR
W metodach wieloczasowych interferometrii SAR rozróżnia się dwie grupy rozpraszaczy (MP - Measurement Point): Persistent Scatterers i Distributed Scatterers. Na klasyfikację rozpraszacza do tych 2 grup w metodach InSAR ma wpływ wiele czynników np. typ pokrycia terenu, długość fali wykorzystywanej do obrazowania terenu i rozdzielczość przestrzenna (wielkość piksela obrazu na powierzchni Ziemi). W interferometrii SAR rodzaj rozpraszacza jest powiązany z koherencją.
-
Persistent Scatterers (PS), czyli stabilne rozpraszacze (nazywane także rozpraszaczami koherentnymi lub punktowymi), to miejsca na powierzchni Ziemi, które mają niezmienne w czasie właściwości odbijania sygnału radarowego (mają wysoki współczynnik odbicia i stabilne wartości fazy). Persistent Scatterers tworzą dominujące centrum rozpraszania w komórce rozdzielczości, do której należą, silnie ograniczając wszelkie efekty dekorelacji. Gdy w komórce rozdzielczości znajduje się silny, dominujący rozpraszacz, efekty interferencji między różnymi rozpraszaczami prawie zanikają. Persistent Scatterers dominują na obszarach zabudowanych, gdzie występują rozpraszacze o stałej lokalizacji takie jak słupy i budynki, można jednak je także znaleźć wśród naturalnych form np. wychodnie skalne, nieporośnięte roślinnością powierzchnie ziemi, głazy – wszelkie struktury, które mogą tworzyć dwuścienność i odbijać sygnał radarowy z powrotem do satelity.
-
Distributed Scatterers (DS), czyli rozproszone rozpraszacze, to obszary na powierzchni Ziemi, które indywidualnie nie cechują się silną amplitudą ani stabilną fazą i mają niską koherencję, ale razem po uśrednieniu ich przez specjalne algorytmy w komórce rozdzielczości ich odpowiedź radarowa jest wzmocniona. DS zazwyczaj obejmują większe powierzchnie terenu, gdzie sygnał radarowy odbija się od wielu elementów o zbliżonych właściwościach (homogenicznych) i żaden pojedynczy rozpraszacz nie dominuje w komórce rozdzielczości, co zapewnia spójną odpowiedź fazową. Tego typu rozpraszacze najczęściej spotykanie są w środowiskach naturalnych. W zależności od rozdzielczości przestrzennej DS może być las, pola uprawne, goła gleba, powierzchnie skalne. Analiza DS pozwala na uzyskanie informacji o deformacjach na rozległych terenach, które mogą być trudne do analizy przy użyciu wyłącznie PS ze względu na brak wyraźnych i stabilnych rozpraszaczy punktowych.
Rys. 1. Persistent Scatterers i Distributed Scatterers
(EGMS: https://land.copernicus.eu/en/technical-library/egms-algorithm-theoretical-basis-document/@@download/file)
Metody wieloczasowe
Interferometryczne metody wieloczasowe przetwarzają nie tylko 2 obrazy radarowe jednocześnie jak konwencjonalna technika InSAR, ale zestawy wielu zdjęć SAR. Ostatecznym celem technik wieloczasowych jest obliczenie przemieszczenia dla każdego rozpraszacza, biorącego udział w danym algorytmie z o wiele większą dokładnością niż w przypadku zwykłej techniki InSAR. Techniki wieloczasowe generują wiele interferogramów, , które są następnie przetwarzane zbiorczo. Istnieje wiele metod wieloczasowych, które różnią się zasadami stosowanymi do wyboru przetwarzanych par obrazów tworzących poszczególne interferogramy lub skupienien się na różnych rodzinach celów radarowych.
Jedną z metod wieloczasowych jest technika PSI (Persistent Scatterer Interferometry). W tej metodzie w zestawie N obrazów SAR jeden jest wybierany jako odniesienie i pomiędzy obrazem referencyjnym a pozostałymi zdjęciami tworzonych jest N-1 interferogramów. Wszystkie tak utworzone interferogramy biorą udział w dalszych obliczeniach i obliczeniu średniej prędkości przemieszczenia wybranych do analiz rozpraszaczy. PSI identyfikuje stabilne rozpraszacze i dalsze analizy nie są prowadzone na wszystkich pikselach zdjęcia, ale tylko na wybranych punktach (Rys. 2), wybierany jest także punkt referencyjny. Po selekcji odpowiednich pikseli o dobrej koherencji redukowane są efekty atmosferyczne.
Rys. 2. Schemat techniki PSI
(EGMS: https://land.copernicus.eu/en/technical-library/egms-algorithm-theoretical-basis-document/@@download/file)
Inną metodą wieloczasową jest SBAS (Small Baseline Subset) – w tej technice nie ma jednej sceny głównej. Ze względu na to, że ustalane są progi wyboru zdjęć, nie wszystkie pary interfeometryczne ostatecznie biorą udział w przetwarzaniu. SBAS wykorzystuje algorytm, który stosuje inwersję z wykorzystaniem rozkładu według wartości osobliwych (SVD - Singular Value Decomposition), aby uzyskać średnią prędkość deformacji powierzchni. Technika SBAS koncentruje się na Distributed Scatterers, natomiast technika PSI wykorzystuje Persisten Scatterers - metoda SBAS jest lepsza dla obszarów, gdzie występuje mało stabilnych rozpraszaczy. Przykładem metody wykorzystującej zarówno PSy jak i DSy jest SqueeSAR. W metodzie SqueeSAR W zestawie N obrazów generowane są wszystkie możliwe interferogramy poprzez obliczenie macierzy koherencji każdego piksela obrazu. Następnie z każdej macierzy wyodrębniany jest optymalny zestaw N wartości fazowych.
Dane EGMS
Dane serwisu EGMS
EGMS (European Ground Service Motion) dystrybuuje trzy poziomy produktów: Basic, Calibrated i Ortho. Pierwsza aktualizacja danych EGMS obejmowała lata 2015-2021, następna obejmowała lata 2018-2022. Kolejna planowana aktualizacja obejmie lata 2019-2023. Użytkownicy mogą pobierać dane
na stronie internetowej EGMS. Wszystkie dostępne produkty serwisu EGMS dostarczane są z różnymi atrybutami - dla wszystkich produktów EGMS dostępne są informacje o średniej prędkości deformacji rozpraszacza (w jednostkach mm/rok) oraz wartości RMSE (błędu średniokwadratowego) stanowiącego miarę precyzji przemieszczenia. Dla produktów L2A i L2B określany jest typ rozpraszacza (Persistent Scatterer lub Distributed Scatterer) i wartość koherencji stanowiącej miarę jakości pomiaru.
- Basic (L2A) – dane z maksymalną gęstością pomiaru prezentujące prędkość deformacji terenu w kierunku LOS (Line of Sight), czyli kierunku akwizycji (przelotu) satelity. Dostępne są dane dla kierunku poruszania się satelity po orbicie Ascending lub Descending. Prędkości deformacji terenu są przedstawione w postaci mapy za pomocą wielu punktów pomiarowych (stabilnych rozpraszaczy) z dokładnością do 1 mm/rok. Produkty L2A są powiązane z lokalnym punktem odniesienia, dlatego pomiary mają znaczenie tylko w odniesieniu do przetwarzanego obszaru i nie jest możliwe porównanie odkształceń z sąsiednich obszarów.
- Calibrated (L2B) – dane prezentujące średnią prędkość deformacji terenu w kierunku LOS (Line of Sight) skalibrowane za pomocą GNSS (Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej). Produkty skalibrowane L2B są bezwzględne, odniesione do środka masy Ziemi i nie odnoszą się już do lokalnego punktu odniesienia - są związane z układem odniesienia GNSS. Dzięki temu dane L2B można porównywać z innymi danymi geodezyjnymi. Rozdzielczość przestrzenna danych L2B wynosi 5 m. Włączenie pomiarów GNSS pozwoliło także weryfikować przemieszczenia o niskiej częstotliwości InSAR, które mogą być błędnie interpretowane jako artefakty trendu fazowego. Dzięki GNSS trendy o niskiej częstotliwości obserwowane w wynikach InSAR mogą być bezpiecznie usunięte, podczas gdy rzeczywiste przemieszczenia są ponownie wprowadzane z danych GNSS. Przy tworzeniu produktu L2B w lokalizacji każdego MP dla orbit Ascending i Descending składowe deformacji GNSS są interpolowane i są rzutowane na linię widzenia SAR. Interpolowane deformacje GNSS są odejmowane od pola deformacji SAR w lokalizacji każdego MP i powstała różnica jest modelowana za pomocą powierzchni dolnoprzepustowej. Uzyskana powierzchnia dolnoprzepustowa jest następnie odejmowana od wszystkich serii czasowych MP.
- Ortho (L3) – dane prędkości deformacji terenu nie są przedstawione w kierunku LOS, lecz są rzutowane na podstawie produktu skalibrowanego L2B na przemieszczenia pionowe oraz poziome w kierunku wschód-zachód. Ze względu na geometrię orbity i pracę radaru bocznego nie można uzyskać informacji o przemieszczeniach w kierunku ruchu satelity, a więc poziomych przemieszczeń w kierunku północ-południe. Technika InSAR mierzy przemieszczenie wzdłuż linii widzenia satelity, więc jeśli cel jest oglądany pod różnymi kątami to w zależności od kierunku orbity – Ascending lub Descending, pomierzone przemieszczenie będzie inne. W celu dostarczenia danych o deformacjach wzdłuż kierunków wschód-zachód i góra-dół konieczne było połączenie danych L2B o różnych geometrii akwizycji (Ascending i Descending) jednocześnie. Główną zaletą produktów Ortho jest łatwość interpretacji, ponieważ geometria akwizycji danych nie musi być brana pod uwagę. Skalibrowane dane z orbit Ascending i Descending są uśredniane w produkcie Ortho do siatki 100 m (proces uśredniania przedstawia Rys. 1). Dla każdej komórki siatki zawierającej predefiniowaną liczbę punktów, wszystkie punkty pomiarowe z tej samej geometrii akwizycji są uśredniane. Dane zawarte w każdej komórce siatki są następnie rozkładane (ang. decomposed) na wektory przemieszczeń tylko w kierunku poziomym wschód-zachód i pionowym. Ostatecznie dla każdej komórki siatki uzyskuje się serię czasową w kierunkach pionowym i poziomym.
W projekcie InMoTeP wykorzystuje się 2 typy produktów European Ground Service Motion - produkty poziomu L2B Calibrated oraz poziomu L3 Ortho.
Rys. 1. Z lewej – wpływ geometrii obrazowania na wynikowe przemieszczenie i dekompozycja przemieszczenia poprzez połączenie danych z orbit Ascending i Descending,
z prawej – schemat powstania produktu Ortho z serwisu EGMS
(EGMS: https://land.copernicus.eu/en/events/egms-and-geological-hazards/3rd_egms_webinar_geohazards_slides.pdf/@@download/file)
Więcej informacji na temat wykorzystania danych serwisu EGMS w projekcie InMoTeP można znaleźć w zakładce Metodyka.
Interpretacja wykresu szeregu czasowego PSI
Wykresy szeregów czasowych (time series) punktów PS prezentują przebieg deformacji stabilnych rozpraszaczy w czasie zgodnie z każdym pozyskaniem danych SAR dla pojedynczego punktu pomiarowego. Wykresy szeregów czasowych są użyteczne w ujawnianiu odchyleń od średniej prędkości na wybranym obszarze i pomagają w zrozumieniu trendów i ewolucji deformacji.
W serwisie EGMS po wybraniu dowolnego punktu PS pojawia się wykres przedstawiający przebieg deformacji w czasie. Na wykresach wartości przemieszczenia są przedstawione na osi y względem osi czasu x. Dodatkowo są wyświetlane informacje o wybranym przez użytkownika punkcie PS - zbiór danych, identyfikator punktu, pozycja, średnia prędkość, średni błąd kwadratowy RMSE. Do analizy ogólnego trendu przemieszczenia można zastosować różne funkcje najlepszego dopasowania linii, np. funkcję liniową lub funkcję wielomianu. Można także sporządzić uśredniony wykres szeregu czasowego na podstawie punktów PS na zaznaczonym przez użytkownika obszarze.
Więcej informacji na temat generowania wykresów time series w serwisie EGMS można znaleźć tutaj.
Rys. 2. Wykres time series z serwisu EGMS
W opracowaniu wykorzystano materiały zawarte w End-to-end implementation and operation of the European Ground Motion Service.
Reflektory radarowe
Reflektory radarowe
Zastosowanie reflektorów radarowych w InSAR ma swoją długą historię. Zasada ich działania jest bowiem znana od początków rozwoju techniki radarowej. Były one wykorzystywane do sprawdzenia czy teoretyczne założenia metody InSAR mają swoje odzwierciedlenie w rzeczywistości. W późniejszych okresach były wykorzystywane do pomiarów w trudnych warunkach, a także do walidacji metod wieloczasowych. Z uwagi na wysoką wiarygodność uzyskiwanych w ten sposób pomiarów reflektory stosowane są rutynowo w wielu miejscach Świata w monitorowaniu przedsięwzięć przemysłowych związanych z eksploatacją surowców.
W kontekście analiz interferometrycznych dobrymi rozpaszaczami są obiekty, których charakterystyka odbicia nie zmienia się wraz z upływem czasu np. wychodnie skał, pozbawione roślinności miejsca, konstrukcje wykonane ręką człowieka: budynki, ogrodzenia, słupy linii przesyłowych, infrastruktura drogowa, kolejowa.. Oprócz tego rodzaju „przypadkowych” obiektów istnieje możliwość celowego instalowania specjalnych urządzeń zapewniających bierne odbicie sygnału radarowego w żądany sposób i o zadanej charakterystyce. Obiekty takie nazywamy reflektorami radarowymi lub w oparciu o swoją konstrukcję reflektorami narożnikowymi (ang. corner reflectors; CR).
W opracowaniach InSAR stosuje się je w dwóch podstawowych celach:
- W monitorowaniu deformacji dla uzupełnienia sieci naturalnych stabilnych rozpraszaczy. Reflektory instaluje się wówczas w miejscach pozbawionych rozpraszaczy naturalnych tj. braku infrastruktury bądź wychodni skalnych – na obszarach upraw rolnych bądź nieużytków. Dla uzyskania pożądanych wyników instalację reflektorów należy w takim przypadku poprzedzić interferometryczną analizą danych archiwalnych dla danego obszaru.
- Dla walidacji wyników. Reflektor radarowy ma ściśle zdefiniowane, fizyczne centrum fazowe. Jest to punkt, który przyjmuje się za ten, od którego następuje odbicie, i które można fizycznie zmierzyć np. metodami geodezyjnymi, za pomocą niwelacji precyzyjnej czy GNSS. Pomiar taki jest w zasadzie jedynym sposobem zapewnienia absolutnej integracji pomiarów interferometrycznych z pomiarami geodezyjnymi i przeniesienia ich na geodezyjne układy odniesienia. Reflektory walidacyjne są jednocześnie uzupełnieniem sieci naturalnych rozpraszaczy.
Rys. 1. Reflektor radarowy uchwycony na obrazie SAR i trójścienna geometria reflektora radarowego
W sensie obliczeniowym, reflektory radarowe stanowią szczególną sieć rozpraszaczy PS (Persistent Scatterers), którą wykorzystuje się do analiz interferometrycznych. Obliczenia wykonuje się podobnie jak w metodach wieloczasowych jednak w znacznie uproszczonej wersji. Dla reflektorów CR znane są bowiem współrzędne X, Y, Z centrum fazowego reflektora, i nie jest zatem konieczne ich wyszukiwanie za pomocą zaawansowanych algorytmów jak ma to miejsce w przypadku rozpraszaczy naturalnych. Reflektory zazwyczaj nie są zbyt odległe od siebie zatem nie jest wymagane uwzględnianie wpływu czynników atmosferycznych. Wymagana jest jedynie korekta fazy uwzględniająca położenie reflektora wewnątrz komórki rozdzielczości. Metody obliczeniowe stosowane dla reflektorów nazywa się czasami CRInSAR - Corner Reflector Interferometry SAR.
Reflektory radarowe w PIG-PIB
W zadaniach Państwowej Służby Geologicznej realizowanych przez PIG-PIB reflektory radarowe zostały po raz pierwszy użyte w 2013 roku w projekcie „Monitoring osiadania powierzchni terenu w 3 wybranych lokalizacjach poszukiwań gazu w formacjach łupkowych – projekt pilotażowy”. Wówczas to na każdym z 3 poligonów badawczych (w okolicach miejscowości Lewino, Babiak i Berejów) zainstalowano po 20 reflektorów radarowych dwóch typów z czego 15 dla satelity TerraSAR-X i 5 dla satelity Sentinel-1. Po sukcesie tych eksperymentów, w 2017 r. rozpoczęto instalację pierwszych reflektorów radarowych na osuwiskach. W 2017 roku zainstalowano reflektory na dwóch osuwiskach w Szymbarku: w przysiółkach Zapadle i Huciska. W latach następnych w reflektory wyposażono osuwiska w Grybowie i Kłodnem, a w 2020 r. w Słotowej. Każdą z wymienionych lokalizacji wyposażono docelowo w 6 reflektorów, przy czym za każdym razem 2 spośród nich zlokalizowano poza obszarem osuwiska. Reflektory te pełną funkcję punktów referencyjnych. Wszystkie wymienione osuwiska były już wcześniej objęte monitoringiem wgłębnym i powierzchniowym w ramach projektu SOPO.
Konstrukcja
Bazując na wcześniejszych doświadczeniach zdecydowano się na pewne modyfikacje konstrukcji reflektora. Opracowany ostatecznie wzór stanowi zintegrowaną konstrukcję składającą się z zespolonych ze sobą dwóch reflektorów tak by można było prowadzić pomiary w oparciu o orbity Ascending i Descending. Taka konstrukcja zapewnia otrzymanie dwóch niezależnych serii obserwacji dla tego samego punktu i umożliwia dekompozycję wektora deformacji na h i E-W. Na potrzeby pomiarów walidacyjnych każdy z reflektorów zaopatrzono w specjalny trzpień do mocowania anteny GNSS. Wszystkie reflektory są montowane na żelbetonowych podstawach zagłębionych na 1,5 m w gruncie dzięki czemu wyeliminowany został wpływ przemarzania górnej warstwy gleby oraz pełznięcia warstw powierzchniowych.
Dodatkowe informacje na temat reflektorów radarowych można znaleźć w zakładce
Metodyka.
Literatura
Literatura
Na stronie internetowej programu EGMS dostępne są materiały wyjaśniające w jaki sposób korzystać z serwisu i danych EGMS:
Można znaleźć tam równieć przykłady wykorzystania danych EGMS:
Materiały do nauki InSAR:
