MAI를 이용한 레이더 간섭영상의 이온효과 보정 = Ionospheric Effect Correction of SAR Interferogram using Multiple Aperture SAR Interferometry (MAI)
저자
발행사항
서울 : 서울시립대학교 일반대학원, 2012
학위논문사항
학위논문(석사)------ 서울시립대학교 일반대학원 일반대학원 : 공간정보공학과 2012. 2
발행연도
2012
작성언어
한국어
주제어
KDC
539.76 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
vi, 78p : 삽도 ; 26cm.
일반주기명
지도교수:정형섭
참고문헌 : p.70-74
소장기관
It has been well-known that synthetic aperture radar (SAR) interferometry can measure precisely surface displacements such as earthquakes, volcanic activities, glacier movements, ground subsidence, landslides, etc. However, this technique requires the correction of tropospheric and ionospheric path delay on the radar signal. Especially for the L- and P-band SAR images, the ionospheric phase distortion, which is caused by the ionospheric path delay, occurs frequently and largely. And it is not easy to correct the distortion.
The objective of this study is to develop an efficient method to remove the ionospheric phase distortion from SAR interferograms. The proposed method is based on the theory that the ionospheric phase azimuth gradient is linearly related to the azimuth offset between master and slave SLC images. This method is composed of four steps: 1) generation of conventional and MAI interferograms from interferometric SAR pair, 2) estimation of ionospheric phase azimuth gradient from the MAI phase by the linear regression analysis between conventional interferometric phase azimuth gradient and the MAI phase, 3) extraction of IPS (ionospheric phase screen) by the azimuth integral of the estimated ionospheric phase azimuth gradient, and 4) correction of the ionospheric phase distortion by subtracting the IPS from conventional interferogram. The remarkable achievement of this method is made by measuring the precise azimuth offsets from the MAI interferogram.
To validate the performance of the proposed method, we use two L-band ALOS PALSAR interferometric pairs of Tonlesap lake in Cambodia and Fairbanks in Alaska, respectively. The test pairs have severe ionospheric phase distortion. And the quality assessment of the corrected interferogram is carried out by 1) linear regression analysis using topographic height 2) Fourier analysis. In linear regression analysis, the root mean square errors (RMSEs) for regression decrease by about 65% for the test pairs. And, in the Fourier analysis, the power spectra of the periodic ionospheric phase distortion in the corrected interferogram are removed properly. These results indicate that the proposed method can efficiently correct the ionospheric distortion from SAR interferograms.
레이더간섭기법(synthetic aperture radar interferometry)은 지진, 화산활동, 빙하이동, 지반침하, 산사태 등으로 인한 지표변위를 수십 km의 영역에서 cm이하의 정밀도로 관측할 수 있는 유일한 방법으로 잘 알려져 있다. 이 기법의 정밀관측을 위해서는 대류층과 전리층의 지연효과에 의한 위상왜곡의 저감이 필수적이다. 특히 파장이 긴 L밴드와 P밴드 위성레이더영상의 경우, 전리층 위상왜곡은 그 빈도가 높고 크며, 보정하기 어렵다.
본 연구의 목적은 레이더 간섭영상(interferogram)으로부터 전리층 위상왜곡을 효과적으로 제거하는 기법을 개발하는 것이다. 제안하는 기법은 전리층 위상의 방위(azimuth) 차분이 한 쌍의 레이더영상간의 방위방향으로의 오프셋과 비례한다는 이론에 기반한다. 이 기법은 1) 레이더 간섭쌍으로부터 레이더 간섭영상과 MAI(multiple aperture interferometry) 영상을 제작하고, 2) 레이더 간섭영상의 방위 변화율과 MAI위상의 선형회귀분석을 이용하여 MAI위상으로부터 전리층 위상의 방위 변화율을 추출하며, 3) 추출된 전리층 위상의 방위 변화율을 방위방향으로 적분하여 IPS(ionospheric phase screen)를 구한 후, 4) 레이더 간섭영상에서 IPS를 제거하여 전리층 위상왜곡효과를 보정하는 단계로 이루어진다. 이 기법의 특징은 MAI로부터 정밀한 방위방향으로의 오프셋을 추출하는데 있다.
본 연구에서는 제안하는 방법의 성능을 평가하기 위하여 전리층 왜곡이 심한 캄보디아 톤레삽 호수와 알래스카 패어뱅크스의 서로 다른 두 쌍의 L밴드 ALOS PALSAR자료를 이용하였다. 보정된 자료의 품질 평가는 보정된 레이더 간섭영상의 1) 고도와의 선형성 평가와 2) 주파수 분석을 통하여 수행되었다. 고도와의 선형성평가에서 두 쌍의 실험영상 모두 회귀평균제곱근오차(root mean square error for regression)가 보정 후 약 65% 감소하였으며, 주파수 분석에서는 보정 후 주기적인 이온효과에 의한 주파수대역이 제거된 것을 볼 수 있었다. 이는 제안한 기법이 레이더 간섭영상으로부터 전리층 위상왜곡을 효과적으로 제거한다는 것을 나타낸다.
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