L-band differential interferometric SAR in difficult conditions

• Main Author: Ekseth, Kristine
• Other Authors: Kääb, Andreas
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: 2012
• Subjects: VDP::450; Austurland; Nord Island; Norway; Iceland
• Online Access: http://hdl.handle.net/10852/37896; http://urn.nb.no/URN:NBN:no-39913

I denne oppgaven er potensialet til L-band differensiell interferometrisk SAR (DInSAR) evaluert med hensyn til å detektere ustabile helninger i områder med vanskelige topografiske og klimatiske forhold. I hvilke områder og i hvilke forhold produserer L-band interferometri gode resultater? Resultatenes kvalitet er avhengige av temporal, geometrisk og prosesserings-dekorrelasjon mellom de benyttede SAR-scenene. Målet er å finne massebevegelser i millimeter- til centimeter-størrelse per år. Dette er for å teste grensene for metoden, samt å kvantifisere problemer med metoden i vanskelige områder. Tröllaskagi, nord-Island, Austurland, øst-Island og Tafjord, Vest-Norge er valgt som studieområder. De islandske og norske studieområdene har vanskelige topografiske og klimatiske forhold, og hovedfaktorene som påvirker de interferometriske produktene mest er relatert til SAR-systemets geometriske egenskaper i kombinasjon med topografien i studieområdene, der særlig layover og skygge har en stor innvirkning på sluttresultatet. DEM-feil og vanskeligheter med å fjerne det topografiske fasebidraget i det interferometriske signalet bidrar også til feil i resultatene. Hovedkilden til feil i dataene brukt i denne oppgaven er DEMene brukt i prosesseringen. I bildepar med en stor baselinje er ikke DEMene av tilstrekkelig kvalitet, slik at det topografiske fasebidraget ikke fjernes fullstendig i de differensielle interferogrammene. I bildepar med en kort baselinje er massebevegelse og forflytning funnet i enkelte områder av de differensielle interferogrammene, men bildegeometrien og temporal dekorrelasjon (inkludert atmosfærisk dekorrelasjon) bidrar til usikkerheten i den detekterte forflytningen. Forflytning opp til 11.8 cm er detektert i radarens synslinje, tilsvarende opp til 8.5 cm i retning av bratteste helning (antatt 34.4° kikkevinkel). L-band DInSAR kan være et nyttig verktøy, særlig i kombinasjon med andre overvåkningsteknikker, for å finne og måle forflytning under vanskelige forhold i områder som er vanskelig å nå dersom en DEM av høy kvalitet er tilgjengelig og baselinjen mellom bildeparene er av optimal lengde. In this study, the potential of L-band differential interferometric synthetic aperture radar (DInSAR) to detect slope instabilities under difficult topographic and climatic conditions is evaluated. In which areas and under which conditions does L-band interferometry still produce useful results? The results are dependent on the temporal, geometric and processing decorrelation between the used SAR scenes. The goal is to extract mass movements and displacements on a millimetre to centimetre scale per year. This is to test the limits of the method, and to quantify any problems with the method in difficult areas. Tröllaskagi, north Iceland, Austurland, east Iceland and Tafjord, west Norway is chosen as study sites. The Icelandic and Norwegian study sites have difficult topographic and climatic conditions, and the factors impacting interferometric products the most are directly related to the geometrical properties of the SAR systems combined with the difficult topography, where particularly layover and shadow have a large effect/impact on the end results. DEM errors and the difficulty of removing the topographic phase component in the interferometric signal also contribute to erroneous results. The main error source for the data used in this thesis is the DEMs. In image pairs with a large baseline, the DEM does not entirely remove the topographic phase, and residual phase is found across the differential interferograms. In image pairs with a small baseline, displacement and mass movement is detected in some areas in the differential interferograms, but the image geometry and temporal decorrelation (including atmospheric decorrelation) add to the uncertainty of the detected displacement. Displacements of up to 11.8 cm is detected in radar line-of-sight, and up to 8.5 cm in steepest direction of slope (assuming 34° look angle). L-band DInSAR can be a useful tool for displacement measuring and surveillance in difficult conditions if a high quality DEM is available and the baseline is of an optimal length, particularly in hard to reach areas or in combination with other methods of surveillance.