Developing new multi-image InSAR methods for atmospheric delay estimation

Abstract

The basic methods in interferometry (InSAR) have been widely used to observe the Earth's surface and particularly for mapping the topography and Earth deformations. However, the interferometric measurements are sensitive to atmospheric errors. The Radar waves traverse twice the Earth's atmosphere and for this reason there is a delay due to atmospheric refraction. Thus, errors due to the atmosphere are created, whose correction is necessary in all the differential interferometry DInSAR applications in order to avoid inaccuracies in the estimation of altitude and topography deformation. The atmospheric phase error may be confused with the displacement component. If the phase values due to atmospheric disturbances are not corrected, it is difficult to obtain accurate measurements. Atmospheric path delay in Synthetic Aperture Radar (SAR) interferograms is mainly due to ionospheric and tropospheric influences. The signal delay due to troposphere can be defined as a function of the atmospheric parameters such as air pressure, temperature, water vapour pressure and relative humidity. Its estimation implies specific models and processing, and results in more accurate interferometric products. This thesis aims to determine the optimal processing of Synthetic Aperture Radar (SAR) images in order to produce as much as possible reliable interferometric products. This processing includes both improvement of SAR images quality and the intermediate products which are produced during the interferometric procedure, and also the development of methodologies for the accurate estimation of the interferometric phase components, considering also the atmospheric delay as a component of the interferometric phase. Particular emphasis is given to estimate this component and especially to the tropospheric effects, assuming that the displacement component occurs to a limited number of applications in relation to that of the atmosphere, which is one of the main causes of errors in estimating the altitude with interferometry and differential interferometry.

Η διατριβή έχει ως στόχο να καθορίσει τίς βέλτιστες μεθόδους επεξεργασίας των απεικονίσεων Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγματος (Synthetic Aperture Radar) (SAR) με σκοπό να παράγονται κατά το δυνατόν αξιόπιστα συμβολομετρικά προϊόντα. Η βέλτιστη επεξεργασία περιλαμβάνει τόσο βελτίωση της ποιότητας των απεικονίσεων SAR καθώς και των ενδιάμεσων προϊόντων τα οποία παράγονται κατά την συμβολομετρική διαδιακασία, όσο και την ανάπτυξη μεθοδολογιών για την ακριβή εκτίμηση όλων των συνιστωσών της συμβολομετρικής φάσης, θεωρώντας και την καθυστέρηση λόγω ατμόσφαιρας ως μια συνιστώσα της συμβολομετρικής φάσης. Ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί στην εκτίμηση αυτής της συνιστώσας και ιδιαίτερα των επιδράσεων της τροπόσφαιρας, θεωρώντας ότι η συνιστώσα της μετατόπισης παρουσιάζεται σε περιορισμένο αριθμό εφαρμογών σε σχέση με αυτήν της ατμόσφαιρας η οποία είναι μία από τις κύριες αιτίες σφάλματος κατά την εκτίμηση του υψομέτρου με συμβολομετρία και διαφορική συμβολομετρία. Γι αυτό το λόγο, καθώς και για το γεγονός ότι οι μέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί δεν βασίζονται στην αφαίρεση γνωστού Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους (Digital Elevation model) (DEM), οι μέθοδοι αυτές περιγράφονται καλύτερα από τον όρο «μέθοδοι Συμβολομετρίας πολλαπλών απεικονίσεων SAR» σε σχέση με τον ήδη υπάρχοντα όρο της διαφορικής Συμβολομετρίας.