Проблемы интерферометрической обработки данных радиолокационного космического зондирования Земли

Интерферометрическая обработка радиолокационной информации позволяет получать цифровые модели рельефа (ЦМР) земной поверхности по двум комплексным радиолокационным изображениям (РЛИЗ), снятым с близких орбит, путем анализа разности фаз сигнала. Основным достоинством данного способа получения ЦМР является всепогодность интерферометрической радиолокационной съемки, позволяющая обеспечить высокую производительность. Кроме того, в регионах с относительно ровным рельефом, составляющих большую часть суши, при высокой когерентности сигнала на двух РЛИЗ для получения ЦМР требуется значительно меньший объем вычислений, чем при стереофотограмметрической обработке оптических изображений. Однако при получении ЦМР с помощью интерферометрической обработки возникает ряд проблем, рассматриваемых в докладе.
Разность фаз сигнала на двух РЛИЗ определяется не только высотой рельефа, но и смещениями земной поверхности в направлении наклонной дальности за период времени, прошедший между съемками двух РЛИЗ. В то же время при интерферометрической обработке предполагается, что смещений не было и разность фаз определяется только высотой рельефа. В докладе проиллюстрировано, как небольшие смещения, произошедшие между съемками двух РЛИЗ, приводят к значительным ошибкам определения высоты. Показано, что устранить данную проблему можно только с использованием интерферометрической съемки в режиме «тандем», когда два радиолокатора вращаются вокруг Земли на близких орбитах и оба принимают радиоимпульсы, излученные одним из них.
Фаза сигнала на интерферограмме известна лишь по модулю одного периода (свернутая фаза), тогда как высота пропорциональна истинному значению фазы. Задача восстановления истинного значения фазы по свернутому (развертывание фазы) в общем случае имеет бесконечное множество решений, однако реальному рельефу соответствует только одно из них. В различных методах развертывания фазы используются те или иные эмпирические критерии, позволяющие прийти к одному из возможных решений, и это решение соответствует истинному рельефу лишь на некоторой доле всех возможных сюжетов. В докладе приведены примеры сюжетов, на которых все методы развертывания фазы приводят к значительным ошибкам определения высоты. Предлагается алгоритм развертывания фазы на основе комбинирования различных методов развертывания фазы, позволяющий повысить точность определения высоты на таких сюжетах.
Интерферометрическая обработка дает информацию только об относительных высотах рельефа. Кроме того, погрешности навигационной информации, сопровождающей РЛИЗ, приводят к тому, что набег фазы плоского рельефа в направлении дальности устраняется не полностью и в результате образуется паразитный наклон полученного рельефа. Для определения абсолютных значений высоты и устранения паразитного наклона необходимо привлечение опорной информации о высоте рельефа в нескольких точках обрабатываемого сюжета. Кроме того, учет опорного рельефа позволяет более точно совместить исходные РЛИЗ и оценить когерентность сигнала на них. В докладе рассматривается возможность использования глобальных ЦМР низкого разрешения в качестве опорной информации о высоте рельефа. Представлена технология интерферометрической обработки с учетом опорного рельефа.
В докладе приводятся результаты сравнительного анализа интерферометрической обработки данных от зарубежных космических систем радиолокационного наблюдения Земли в различных программных пакетах и с использованием предложенных алгоритмов и технологий.