İnterferometrik sar verisi işlenmesi ve bir simülasyon örneği

Abstract

Bu çalışmada, temel olarak interferometrik SAR (InSAR) verisinin işlenmesi sırasında geçirilen ortak kayıt, interferogram ve faz görüntüsü oluşturulması ve faz açılımı aşamaları için kullanılan yöntemler matematiksel olarak incelenmiş ve faz açılımı için kullanılan yöntemlerden biri için simülasyon gerçekleştirilmiştir. InSAR işleminin tarihçesi kısaca anlatılarak sistemin anlaşılabilmesi için kullanılan radar parametreleri, sistem üzerindeki etkileri ile birlikte özetlenmiştir. InSAR geometrisi açıklanmış ve InSAR verisinin elde edilmesi için kullanılan yöntemlere değinilmiştir. InSAR işleminin bir aşaması olan ortak kayıt işlemi, bütün işlem sürecinin sonucunu etkileyen önemli bir bölümdür. Yani hatalı kayıt, takip eden diğer aşamalarında hatalı olmasına neden olmaktadır. Ortak kayıt için kullanılan spektral saptırma yöntemi anlatılmış ve bu yöntem kullanılarak yapılan ortak kaydın hassasiyeti ele alınmıştır. Ortak kaydı yapılan iki görüntünün yerşekillerinde meydana gelmiş olan değişimi göstermesi için ikilinin interferogramları ve faz görüntüleri elde edilmiştir. Fakat elde edilen faz görüntüleri [-pi, pi] arasına sıkışmış olduğundan, fazın gerçek değerlerinin bulunabilmesi için faz açılımına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle faz açılımı için kullanılan yedi değişik yöntem incelenmiş ve bu yöntemlerden en çok kullanılan yöntem olan En Küçük Kareler (EKK) ile Green Özdeşliği yönteminin birbiriyle olan benzerlikleri gösterilmiştir. Faz açılımı simülasyonu kısmında Pritt ve Shipman tarafından ortaya atılan iki boyutlu hızlı Fourier dönüşümü yolu ile EKK yönteminin simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Simülasyonda asıl ve yedek görüntüler simüle edilerek, iki görüntünün interferogram ve faz görüntüsü bulunmuştur. Faz görüntüsüne sarılmış veya ölçülmüş faz da denmektedir. Simülasyon sırasında taban hattı (B) ve dalgaboyu (X,) parametreleri değiştirilerek bu değişimin InSAR verisi ile sarılmış ve açılmış faz üzerindeki etkisi incelenmiştir. Büyük taban hattı ve küçük dalgaboylarında sarılmış faz fonksiyonu değerlerinin iki piksel arasında pi'den büyük olduğu gözlenmiştir. Bu ise InSAR verisi için istenmeyen bir durumdur. B ve x,'nın değişimi açılmış faz da çok küçük değişimler meydana getirmiştir. Simülasyonda iki görüntüye ilişkisizlik kaynaklan düşünülerek gürültü eklenmiş ve gerçek faz değerleri bir miktar bozulmuştur. Böylece açılmış faz değerleri ile gerçek faz değerleri arasında farklar oluşmuş fakat elde edilen bu farklar düşük miktarda gerçekleşmiştir.

In this thesis, basically Interferometric SAR (InSAR) data processing steps such as coregistration, interferogram and phase image generation and finally phase unwrapping have been studied in a mathematical point of view. A simulation for one of the phase unwrapping methods has been performed. History of InSAR process has been briefly described and used radar parameters has been explained including their effects on system. InSAR geometry and InSAR data acquiring ways have been explained. Coregistration, which is one of the steps of InSAR process is a critical step in which a possible error degrades the whole InSAR performance. Spectral Diversity method for coregistration has been explained and the sensitivity of this method has been studied. In order the registered image to show the surface heights, its interferogram and phase image should have been generated. But, generated phase image contains phase difference values restricted to [-rc, 7t] interval. To find the actual phase values, phase unwrapping (PhU) is required. Seven different methods for PhU have been investigated and similarities between the most currently used ones, Least Squares (LS) and Green's Identitiy PhU methods have been examined. In the simulation part, the PhU method, Least Squares PhU by using Two Dimensional Fast Fourier Transform (FFT) claimed by Pritt and Shipman has been used. The master and slave images that are used in the simulation have also been simulated. Later the interferogram and phase image (also called wrapped phase) of both master and slave images have been generated. During simulation, baseline (B) and wavelength (X) parameters have been changed to check their effect on InSAR data, wrapped and unwrapped phase. It has been observed that long baseline and low wavelength results in a wrapped phase values greater than k between two pixels. This is an unwanted property for an InSAR data. B and A, variation have caused very small changes at unwrapped phase. In the simulation, termal noise has been considered and added to the original signals. The additive noise has caused a little bit difference between the unwrapped and original phase values.