Зависимость интерферометрической когерентности от условий проведения измерений на примере радарных данных С диапазона

Интерферометрическая когерентность – важный показатель качества измерений рельефа подстилающей поверхности с помощью радаров с синтезированной апертурой. Уровень когерентности отражённых сигналов в схеме интерферометрических измерений с повторяющихся орбит носителя зависит от множества факторов, среди которых временная декорреляция является определяющей. Временная декорреляция – это изменение условий отражения сигналов подстилающей поверхностью из-за изменения микрорельефа отражающей поверхности вследствие выпадения осадков, ветрового волнения поверхности водных объектов или растительности, вегетационных процессов, замерзания/оттаивания материала отражающего слоя, и др. Известно, что чем длиннее интервал между повторными съемками, тем выше временная декорреляция. Опыт обработки материалов показывает, что существует предельный порог когерентности, порядка 0.2-0.3, ниже которого интерферометрическая разность фаз становится случайной.
В данной работе на примере данных РСА Sentinel-1 и ERS-1/2 проведено исследование уровня когерентности для нескольких типовых территорий РФ в зависимости от интервала между съемками и сезона проведения измерений. Данные Sentinel-1 по районам республики Марий Эл (сельскохозяйственные поля и смешанные, широколиственные леса), Ненецкого АО (тундра) и Калмыкии пустыня и полупустыня), получаемые с интервалом 12 дней между повторными съемками, позволили оценить вариации когерентности для типовых поверхностей в течение 2017 года. По данным Sentinel-1 установлено, что:
1. Характер динамики когерентности и её абсолютные значения различны для разных природных зон и имеет сезонную динамику.
2. Наибольшее влияние на когерентности оказывает переход температуры через ноль, что на 12 суточном интервале приводит к практически полному разрушению когерентности (кроме участков в населенных пунктах). Данный эффект наблюдался во всех исследуемых природных зонах.
3. На территории лесных участков максимальное значение когерентности на 12 суточном интервале составляет в феврале 0.3 зимой, в остальное время держится на уровне 0.1-0.15
4. В тундре на возвышенных участках высокие значения когерентности наблюдаются зимой (февраль) и летом (в силу низкой разряженной растительности) и составляют 0.5-0.7. Во время весеннего и летнего периода, выпадения и таяния снега, мерзлоты когерентность понижается до 0.1-0.2.
5. Для пустыни характерен более сглаженный график, чем для сельскохозяйственных угодий центральной полосы и тундры. Максимальные значения когерентности наблюдаются летом и зимой и составляют в среднем 0.4-0.6.
Тандемные съемки ERS-1/2 с интервалом 1 день между съемками оказываются гораздо более продуктивными. В результате обработки данных ERS-1/2 по 8 различным территориям (побережье Каспия, Баргузинская долина, окрестности ЧАЭС, леса Амурской области и республики Коми, лесостепи Саранска, предгорья Кавказа, и др.) выявлено, что для всех типов поверхности, за исключением водных объектов, а также лесных покровов в условиях неблагоприятных метеоосадков когерентность становится достаточно высокой (более 0.4-0.5) для получения измерений высот рельефа. Когерентность эхо-сигналов растительных покровов на интервале в одни сутки высока практически в течение всего года, в отличие от наблюдений на более длинных интервалах времени, что позволит проводить надежные измерения рельефа методами радарной интерферометрии при периодах повторной съемки менее суток при условии незначительного искажающего влияния атмосферных неоднородностей.

Работа выполнена в рамках государственного задания при частичной финансовой поддержке РФФИ (проект № 18-07-00816).