PrincipiPrincipi eded applicazioniapplicazioni delladellainterferometriainterferometria SAR SAR differenzialedifferenziale

RazionaleRazionale delldell’’InterferometriaInterferometria SARSAR

••LL’’ Interferometria Radar ad Apertura Sintetica Interferometria Radar ad Apertura Sintetica (IFSAR o (IFSAR o InSARInSAR) ) èè una tecnica che sfrutta una tecnica che sfrutta la la differenza di fasedifferenza di fase ((interferogrammainterferogramma) tra ) tra due due immagini SAR complesseimmagini SAR complesse, relative a un, relative a un’’area area osservata, ottenute processando i dati acquisiti osservata, ottenute processando i dati acquisiti da da due antennedue antenne..

immagine intensitimmagine intensitàà fase fase interferometricainterferometrica coerenzacoerenza

Esempi di prodotti Esempi di prodotti IFSARIFSAR

fattore che tiene conto di tutti gli fattore che tiene conto di tutti gli effetti di effetti di decorrelazionedecorrelazione del del segnale di coppie di immaginisegnale di coppie di immagini

Le configurazioni IFSAR coinvolgono due antenne Le configurazioni IFSAR coinvolgono due antenne che che osservanoosservano la scena in esame:la scena in esame:

••nello stesso istante e da differenti posizioni lungo la nello stesso istante e da differenti posizioni lungo la direzione perpendicolare alla linea di volo, separate da direzione perpendicolare alla linea di volo, separate da una distanza denominata una distanza denominata baselinebaseline (interferometria (interferometria acrossacross--tracktrack););

••in in istanti differentiistanti differenti e dalla e dalla stessa posizionestessa posizione((interferometria interferometria alongalong--tracktrack););

••in in istanti differentiistanti differenti e da e da differenti posizionidifferenti posizioni((interferometria interferometria acrossacross--tracktrack and and alongalong--tracktrack))

Osservazioni nello Osservazioni nello stesso istantestesso istante ma da ma da diverse posizionidiverse posizioni (single(single--pass)pass)

( )2 12 r rπϕλ

= − − Fasetopografica

( )1

2 2sinsin t

zb br

π πϑ β ϕλ λ ϑ⊥′≈ − ≈ =

′

Risultati Risultati IFSAR ERS tandem: Mt. EtnaIFSAR ERS tandem: Mt. Etna

Interferometria differenziale (DIFSAR)Interferometria differenziale (DIFSAR)

Queste tecniche permettono di stimare le deformazioni di una Queste tecniche permettono di stimare le deformazioni di una zona della superficie terrestre analizzando la differenze di faszona della superficie terrestre analizzando la differenze di fase e tra due immagini acquisiste in due istanti di tempo diversi tra due immagini acquisiste in due istanti di tempo diversi ((alongalong--tracktrack baselinebaseline).).

La presenza di una componente La presenza di una componente acrossacross--tracktrack della della baselinebaseline deve deve essere, possibilmente, evitata; tipicamente, infatti, essere, possibilmente, evitata; tipicamente, infatti, èèconsiderata un disturbo e viene rimossa perchconsiderata un disturbo e viene rimossa perchéé produce un produce un ulteriore componente di fase indesiderata, dipendente dalla ulteriore componente di fase indesiderata, dipendente dalla topografia.topografia.

Scenario DIFSAR idealeScenario DIFSAR ideale: osservazioni in : osservazioni in differenti differenti istantiistanti di tempo ma dalla di tempo ma dalla stessa posizionestessa posizione

( ) dlosdlrr ϕλπ

λπϕ =−=−−= _

4412

( )ddlosd ll αϑ −′= sin_

Fase di deformazione

_4

d losdlπϕ λ= _

2 /2 2.8d d los

l cmϕ π λ= ⇒ = =

_4l

d los dϕ

λσ σπ=_

/24 0.256 l

d d los

cmϕ

πσ σ λ= ⇒ = ≈

1

05.687023

b mcm

r Kmλ

ϑ

⊥===′= °

Scenario DIFSAR ideale (Scenario DIFSAR ideale (cntcnt))

( ) ( ) ( ) ( ) dtlosdlsinbrrrrrr ϕϕλπβϑ

λπ

λπ

λπ

λπϕ +=−−′≈−−−−=−−= _

44~4~442112

Scenario DIFSAR realeScenario DIFSAR reale : osservazioni in : osservazioni in differenti istantidifferenti istantidi tempo e da di tempo e da diverse posizionidiverse posizioni

Fase topograficaFase topograficaFase di Fase di

deformazionedeformazione

zrb

σϑλ

πσϕ ′′

≈ ⊥

sin4

La qualitLa qualitàà delldell’’interferogrammainterferogramma differenziale dipende dal grado differenziale dipende dal grado di accuratezza con cui si conosce la topografia della scena di accuratezza con cui si conosce la topografia della scena illuminata (N.B. dipende dalla dimensione della illuminata (N.B. dipende dalla dimensione della baselinebaseline):):

tlosdd l ϕϕλπϕ −≈−= _

4

Il contributo della fase Il contributo della fase interferometricainterferometrica dovuto alla dovuto alla deformazione (chiamato deformazione (chiamato interferogrammainterferogramma differenzialedifferenziale) ) èèottenuto rimuovendo la componente di fase topografica:ottenuto rimuovendo la componente di fase topografica:

Scenario DIFSAR reale (Scenario DIFSAR reale (cntcnt))

Quanto pesa Quanto pesa ll’’incertezzaincertezza sulla topografia ?sulla topografia ?

mm

mbkmrcm

losdlz

o

132216

10

23,25,800,6,5

_≈==⇒=⇒=

=′==′= ⊥

λλπσ

σπσσ

ϑλ

ϕϕ

zrb

σϑλ

πσϕ ′′

≈ ⊥

sin4

Effetti di decorrelazione in interferogrammi DIFSAR

La scelta di La scelta di interferogrammiinterferogrammi a piccola a piccola baselinebaseline èè legata anche al fatto che essi sono meno legata anche al fatto che essi sono meno affetti da rumore di affetti da rumore di decorrelazionedecorrelazione e, per questo, essi sono pie, per questo, essi sono piùù facilmente processabili facilmente processabili (registrazione/srotolamento della fase/filtraggio del contributo(registrazione/srotolamento della fase/filtraggio del contributo atmosferico e del rumore di atmosferico e del rumore di decorrelazionedecorrelazione, ecc , ecc …… ).).

ERS/1_01/05/1996 -ERS/2_15/08/1996 baseline=950 m

ERS/2_31/08/1995 - ERS/2_ 15/08/1996 baseline=10 m

Immagine Multi-look

DIFSAR: principali limitazioniDIFSAR: principali limitazioni

1.1. Effetti di Effetti di decorrelazionedecorrelazione temporale: solo le aree coerenti possono temporale: solo le aree coerenti possono essere studiate;essere studiate;

2.2. Differenti condizioni atmosferiche tra le due acquisizioni, in Differenti condizioni atmosferiche tra le due acquisizioni, in particolare turbolenze troposferiche, possono indurre disturbi dparticolare turbolenze troposferiche, possono indurre disturbi di i fase. Questi effetti possono essere limitati mediando fase. Questi effetti possono essere limitati mediando interferogrammiinterferogrammi indipendenti.indipendenti.

Fase di rimozione Fase di rimozione della topografia della topografia (esempio)(esempio)

Esempio di Esempio di interferogramainterferograma DIFSAR: Mt. EtnaDIFSAR: Mt. Etna

InterferogrammaInterferogramma DifferenzialeDifferenziale

InterferogrammiInterferogrammi con un lungo con un lungo spanspan temporale temporale ottenuti da orbite (ascendenti (sinistra) e ottenuti da orbite (ascendenti (sinistra) e discendenti (destra)discendenti (destra)

Grafico 3D e sezione trasversale della deformazione Grafico 3D e sezione trasversale della deformazione osservataosservata

InterferogrammiInterferogrammi con un corto con un corto spanspan temporale temporale ottenuti da orbite ascendenti.ottenuti da orbite ascendenti.

Pattern di deformazione con sovrapposto Pattern di deformazione con sovrapposto al percorso della metropolitana; la linea al percorso della metropolitana; la linea tratteggiata rappresenta il tratto del tratteggiata rappresenta il tratto del tunnel sviluppato tra il tunnel sviluppato tra il ’’92 ed il 92 ed il ’’95.95.

Razionale della generazione di serie storiche DIFSARRazionale della generazione di serie storiche DIFSAR

Per ogni pixel coerente, la generazione Per ogni pixel coerente, la generazione della serie storica di deformazione può della serie storica di deformazione può essere ottenuta combinando essere ottenuta combinando opportunamente le informazioni opportunamente le informazioni disponibili dai vari disponibili dai vari interferogrammiinterferogrammi. .

A1

B1

A2

B2

A1 A2

B1 B2

EsperimentoEsperimento franefrane: : isolaisola dd’’IschiaIschia

EsperimentiEsperimenti nellnell’’areaarea metropolitanametropolitana didi Los AngelesLos Angeles

Analisi a piena risoluzione: area flegreaAnalisi a piena risoluzione: area flegrea