518 research outputs found

    Non-Local Compressive Sensing Based SAR Tomography

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    Tomographic SAR (TomoSAR) inversion of urban areas is an inherently sparse reconstruction problem and, hence, can be solved using compressive sensing (CS) algorithms. This paper proposes solutions for two notorious problems in this field: 1) TomoSAR requires a high number of data sets, which makes the technique expensive. However, it can be shown that the number of acquisitions and the signal-to-noise ratio (SNR) can be traded off against each other, because it is asymptotically only the product of the number of acquisitions and SNR that determines the reconstruction quality. We propose to increase SNR by integrating non-local estimation into the inversion and show that a reasonable reconstruction of buildings from only seven interferograms is feasible. 2) CS-based inversion is computationally expensive and therefore barely suitable for large-scale applications. We introduce a new fast and accurate algorithm for solving the non-local L1-L2-minimization problem, central to CS-based reconstruction algorithms. The applicability of the algorithm is demonstrated using simulated data and TerraSAR-X high-resolution spotlight images over an area in Munich, Germany.Comment: 10 page

    Sentinel-1 Support in the GAMMA Software

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    AbstractFirst results using the new Sentinel-1 SAR look very promising but the special interferometric wide-swath data acquired in the TOPS mode makes InSAR processing more challenging than for normal stripmap mode data. The steep azimuth spectra ramp in each burst results in very stringent co-registration requirements. Combining the data of the individual bursts and sub-swaths into consistent mosaics requires careful “book-keeping” in the handling of the data and meta data and the large file sizes and high data throughputs require also a good performance. Considering these challenges good support from software is getting increasingly important. In this contribution we describe the Sentinel-1 support in the GAMMA Software, a high-level software package used by researchers, service providers and operational users in their SAR, InSAR, PSI and offset tracking work

    Coherency Matrix Decomposition-Based Polarimetric Persistent Scatterer Interferometry

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    Š 2019 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes,creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.The rationale of polarimetric optimization techniques is to enhance the phase quality of the interferograms by combining adequately the different polarization channels available to produce an improved one. Different approaches have been proposed for polarimetric persistent scatterer interferometry (PolPSI). They range from the simple and computationally efficient BEST, where, for each pixel, the polarimetric channel with the best response in terms of phase quality is selected, to those with high-computational burden like the equal scattering mechanism (ESM) and the suboptimum scattering mechanism (SOM). BEST is fast and simple, but it does not fully exploit the potentials of polarimetry. On the other side, ESM explores all the space of solutions and finds the optimal one but with a very high-computational burden. A new PolPSI algorithm, named coherency matrix decomposition-based PolPSI (CMD-PolPSI), is proposed to achieve a compromise between phase optimization and computational cost. Its core idea is utilizing the polarimetric synthetic aperture radar (PolSAR) coherency matrix decomposition to determine the optimal polarization channel for each pixel. Three different PolSAR image sets of both full- (Barcelona) and dual-polarization (Murcia and Mexico City) are used to evaluate the performance of CMD-PolPSI. The results show that CMD-PolPSI presents better optimization results than the BEST method by using either DAD_{\mathrm{ A}} or temporal mean coherence as phase quality metrics. Compared with the ESM algorithm, CMD-PolPSI is 255 times faster but its performance is not optimal. The influence of the number of available polarization channels and pixel's resolutions on the CMD-PolPSI performance is also discussed.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

    Tropospheric phase delay in interferometric synthetic aperture radar estimated from meteorological model and multispectral imagery

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    ENVISAT Medium Resolution Imaging Spectrometer Instrument (MERIS) multispectral data and the mesoscale meteorological model MM5 are used to estimate the tropospheric phase delay in synthetic aperture radar (SAR) interferograms. MERIS images acquired simultaneously with ENVISAT Advanced Synthetic Aperture Radar data provide an estimate of the total water vapor content W limited to cloud-free areas based on spectral bands ratio (accuracy 0.17 g cm^(−2) and ground resolution 300 m). Maps of atmospheric delay, 2 km in ground resolution, are simulated from MM5. A priori pertinent cumulus parameterization and planetary boundary layer options of MM5 yield near-equal phase correction efficiency. Atmospheric delay derived from MM5 is merged with available MERIS W product. Estimates of W measured from MERIS and modeled from MM5 are shown to be consistent and unbiased and differ by ~0.2 g cm^(−2) (RMS). We test the approach on data over the Lebanese ranges where active tectonics might contribute to a measurable SAR signal that is obscured by atmospheric effects. Local low-amplitude (1 rad) atmospheric oscillations with a 2.25 km wavelength on the interferograms are recovered from MERIS with an accuracy of 0.44 rad or 0.03 g cm^(−2). MERIS water product overestimates W in the clouds shadow due to mismodeling of multiple scattering and underestimates W on pixels with undetected semitransparent clouds. The proposed atmospheric filter models dynamic atmospheric signal which cannot be recovered by previous filtering techniques which are based on a static atmospheric correction. Analysis of filter efficiency with spatial wavelength shows that ~43% of the atmospheric signal is removed at all wavelengths

    Elevation Extraction from Spaceborne SAR Tomography Using Multi-Baseline COSMO-SkyMed SAR Data

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    SAR tomography (TomoSAR) extends SAR interferometry (InSAR) to image a complex 3D scene with multiple scatterers within the same SAR cell. The phase calibration method and the super-resolution reconstruction method play a crucial role in 3D TomoSAR imaging from multi-baseline SAR stacks, and they both influence the accuracy of the 3D SAR tomographic imaging results. This paper presents a systematic processing method for 3D SAR tomography imaging. Moreover, with the newly released TanDEM-X 12 m DEM, this study proposes a new phase calibration method based on SAR InSAR and DEM error estimation with the super-resolution reconstruction compressive sensing (CS) method for 3D TomoSAR imaging using COSMO-SkyMed Spaceborne SAR data. The test, fieldwork, and results validation were executed at Zipingpu Dam, Dujiangyan, Sichuan, China. After processing, the 1 m resolution TomoSAR elevation extraction results were obtained. Against the terrestrial Lidar ‘truth’ data, the elevation results were shown to have an accuracy of 0.25 ± 1.04 m and a RMSE of 1.07 m in the dam area. The results and their subsequent validation demonstrate that the X band data using the CS method are not suitable for forest structure reconstruction, but are fit for purpose for the elevation extraction of manufactured facilities including buildings in the urban area

    Robust and Flexible Persistent Scatterer Interferometry for Long-Term and Large-Scale Displacement Monitoring

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    Die Persistent Scatterer Interferometrie (PSI) ist eine Methode zur Überwachung von Verschiebungen der Erdoberfläche aus dem Weltraum. Sie basiert auf der Identifizierung und Analyse von stabilen Punktstreuern (sog. Persistent Scatterer, PS) durch die Anwendung von Ansätzen der Zeitreihenanalyse auf Stapel von SAR-Interferogrammen. PS Punkte dominieren die Rückstreuung der Auflösungszellen, in denen sie sich befinden, und werden durch geringfügige Dekorrelation charakterisiert. Verschiebungen solcher PS Punkte können mit einer potenziellen Submillimetergenauigkeit überwacht werden, wenn Störquellen effektiv minimiert werden. Im Laufe der Zeit hat sich die PSI in bestimmten Anwendungen zu einer operationellen Technologie entwickelt. Es gibt jedoch immer noch herausfordernde Anwendungen für die Methode. Physische Veränderungen der Landoberfläche und Änderungen in der Aufnahmegeometrie können dazu führen, dass PS Punkte im Laufe der Zeit erscheinen oder verschwinden. Die Anzahl der kontinuierlich kohärenten PS Punkte nimmt mit zunehmender Länge der Zeitreihen ab, während die Anzahl der TPS Punkte zunimmt, die nur während eines oder mehrerer getrennter Segmente der analysierten Zeitreihe kohärent sind. Daher ist es wünschenswert, die Analyse solcher TPS Punkte in die PSI zu integrieren, um ein flexibles PSI-System zu entwickeln, das in der Lage ist mit dynamischen Veränderungen der Landoberfläche umzugehen und somit ein kontinuierliches Verschiebungsmonitoring ermöglicht. Eine weitere Herausforderung der PSI besteht darin, großflächiges Monitoring in Regionen mit komplexen atmosphärischen Bedingungen durchzuführen. Letztere führen zu hoher Unsicherheit in den Verschiebungszeitreihen bei großen Abständen zur räumlichen Referenz. Diese Arbeit befasst sich mit Modifikationen und Erweiterungen, die auf der Grund lage eines bestehenden PSI-Algorithmus realisiert wurden, um einen robusten und flexiblen PSI-Ansatz zu entwickeln, der mit den oben genannten Herausforderungen umgehen kann. Als erster Hauptbeitrag wird eine Methode präsentiert, die TPS Punkte vollständig in die PSI integriert. In Evaluierungsstudien mit echten SAR Daten wird gezeigt, dass die Integration von TPS Punkten tatsächlich die Bewältigung dynamischer Veränderungen der Landoberfläche ermöglicht und mit zunehmender Zeitreihenlänge zunehmende Relevanz für PSI-basierte Beobachtungsnetzwerke hat. Der zweite Hauptbeitrag ist die Vorstellung einer Methode zur kovarianzbasierten Referenzintegration in großflächige PSI-Anwendungen zur Schätzung von räumlich korreliertem Rauschen. Die Methode basiert auf der Abtastung des Rauschens an Referenzpixeln mit bekannten Verschiebungszeitreihen und anschließender Interpolation auf die restlichen PS Pixel unter Berücksichtigung der räumlichen Statistik des Rauschens. Es wird in einer Simulationsstudie sowie einer Studie mit realen Daten gezeigt, dass die Methode überlegene Leistung im Vergleich zu alternativen Methoden zur Reduktion von räumlich korreliertem Rauschen in Interferogrammen mittels Referenzintegration zeigt. Die entwickelte PSI-Methode wird schließlich zur Untersuchung von Landsenkung im Vietnamesischen Teil des Mekong Deltas eingesetzt, das seit einigen Jahrzehnten von Landsenkung und verschiedenen anderen Umweltproblemen betroffen ist. Die geschätzten Landsenkungsraten zeigen eine hohe Variabilität auf kurzen sowie großen räumlichen Skalen. Die höchsten Senkungsraten von bis zu 6 cm pro Jahr treten hauptsächlich in städtischen Gebieten auf. Es kann gezeigt werden, dass der größte Teil der Landsenkung ihren Ursprung im oberflächennahen Untergrund hat. Die präsentierte Methode zur Reduzierung von räumlich korreliertem Rauschen verbessert die Ergebnisse signifikant, wenn eine angemessene räumliche Verteilung von Referenzgebieten verfügbar ist. In diesem Fall wird das Rauschen effektiv reduziert und unabhängige Ergebnisse von zwei Interferogrammstapeln, die aus unterschiedlichen Orbits aufgenommen wurden, zeigen große Übereinstimmung. Die Integration von TPS Punkten führt für die analysierte Zeitreihe von sechs Jahren zu einer deutlich größeren Anzahl an identifizierten TPS als PS Punkten im gesamten Untersuchungsgebiet und verbessert damit das Beobachtungsnetzwerk erheblich. Ein spezieller Anwendungsfall der TPS Integration wird vorgestellt, der auf der Clusterung von TPS Punkten basiert, die innerhalb der analysierten Zeitreihe erschienen, um neue Konstruktionen systematisch zu identifizieren und ihre anfängliche Bewegungszeitreihen zu analysieren

    Mexico City land subsidence in 2014-2015 with Sentinel-1 IW TOPS: results using the Intermittent SBAS (ISBAS) technique

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    Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DInSAR) can be considered as an efficient and cost effective technique for monitoring land subsidence due to its large spatial coverage and high accuracy provided. The recent commissioning of the first Sentinel-1 satellite offers improved support to operational surveys using DInSAR due to regular observations from a wide-area product. In this paper we show the results of an intermittent small-baseline subset (ISBAS) time-series analysis of 18 Interferometric Wide swath (IW) products of a 39,000 km2 area of Mexico acquired between 3 October 2014 and 7 May 2015 using the Terrain Observation with Progressive Scans in azimuth (TOPS) imaging mode. The ISBAS processing was based upon the analysis of 143 small-baseline differential interferograms. After the debursting, merging and deramping steps necessary to process Sentinel-1 IW roducts, the method followed a standard approach to the DInSAR analysis. The Sentinel-1 ISBAS results confirm the magnitude and extent of the deformation that was observed in Mexico City, Chalco, Ciudad NezahualcĂłyotl and Iztapalapa by other C-band and L-band DInSAR studies during the 1990s and 2000s. Subsidence velocities from the Sentinel-1 analysis are, in places, in excess of -24 cm/year along the satellite line-of-sight, equivalent to over ~-40 cm/year vertical rates. This paper demonstrates the potential of Sentinel-1 IW TOPS imagery to support wide-area DInSAR surveys over what is a very large and diverse area in terms of land cover and topography
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