Суть метода радарной интерферометрии

Интерферометрические спутники, работают с различным разрешением, в различных диапазонах длин волн и с различной частотой съемки одной и той же территории. Это определяет пространственное разрешение и зависимость от атмосферных и ионосферных помех, влияние растительности, снегового покрова и т.д. Интерферометрические данные хранятся в архивах и могут быть приобретены у космических агентств – владельцев спутников. Возможность использовать архивные данные является огромным преимуществом спутниковой интерферометрии, поскольку позволяет исследовать не только современные деформации, но и деформации за длительные периоды времени (для спутника ALOS, например, начиная с 2006 г, для спутника ERS-1 – с 1991 г). Это важно потому, что для целого ряда процессов периоды активности могут быть разделены периодами длительного покоя.

Интерферометрическая методика предполагает наличие пары снимков одного участка земной поверхности, полученных с двух близких, локально параллельных орбит. Съемка второго изображения выполняется тем же спутником или его тандемной парой, как в период одновременной работы спутников ERS-1 и 2. По двум снимкам вычисляется комплексная интерферограмма, каждый элемент которой равен произведению обратно рассеянного сигнала первого снимка и комплексно сопряженного сигнала второго снимка, поэтому фаза каждого элемента комплексной интерферограммы равна разности фаз двух снимков.

Для того, чтобы оценить смещения по паре РСА-изображений (метод дифференциальной интерферометрии или DInSAR), надо, чтобы радарная съемка производилась с близких орбит, чтобы атмосферные и ионосферные помехи в моменты съемки были невелики и чтобы смещения за период между снимками составляли как минимум несколько сантиметров. Основными ограничивающими факторами РСА-интерферометрии по методу DInSAR являются потеря корреляции (так называемая декорреляция) между сигналами, отраженными от одного и того же участка поверхности на повторных снимках. Это в основном происходит из-за большой базы интерферометра, т.е. большого расстояния между точками повторной съемки. Все это накладывает существенные ограничения на применение метода DInSAR. С его помощью в основном исследовались землетрясения, внедрения больших объемов магмы, иногда просадки на нефтяных или газовых разработках, т.е. те процессы, где смещения достаточно велики.

Существенно расширилась область применения метода РСА интерферометрии после того, как были разработаны различные модификации метода устойчивых отражателей. Основная идея этого метода состоит в идентификации пикселей РСА-изображения, содержащих так называемые устойчивые отражатели ─ обратно рассеивающие элементы, для которых характерно слабое изменение значения когерентности на протяжении длинных временных интервалов [Ferretti, 2000]. Если, как это обычно бывает, размеры устойчивых отражателей не превосходят размеров элемента разрешения, то значение когерентности является приемлемым даже для тех интерферограмм, для которых база интерферометра, близка к критическому значению. При этом в интерферометрические расчеты можно включить весь доступный набор РСА-снимков. Идентификация устойчивых отражателей позволяет оценить атмосферные помехи и устранить их из дифференциальных интерферограмм, что повышает точность оценок смещений земной поверхности. В методе А. Феретти устойчивые отражатели выделяются по результатам анализа поведения отражающих площадок во времени.

А. Hooper [Hooper et al., 2004] предложил метод, в котором проводится анализ распределения устойчивых отражателей по пространству. Этот метод свободен от гипотез о том, как меняется скорость смещения во времени. Позже был разработан метод малый базовых линий. Идея метода близка к подходу А. Хупера и состоит в поиске таких отражающих площадок, в которых влияние декорреляции и шумов минимально. Для таких пикселей производится разделение фазы, связанной с деформациями с фазовыми возникающими в результате атмосферных помех и неточности в ЦМР.

Мониторинг на основе РСА интерферометрии относительно дешев, не требует установки специального оборудования и проведения полевых работ, использование архивных снимков позволяет исследовать поведение объектов до и после катастрофических событий. Этим метод РСА интерферометрии выгодно отличается, например, от методов мониторинга с применением глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС - GLONASS и GPS). В то же время для получения надежных результатов по методу РСА интерферометрии необходимы контроль и калибровка с применением наземных данных. Наиболее надежные результаты дает совместная интерпретация данных РСА интерферометрии и спутниковой геодезии (см., например, Михайлов и др., 2010).