Analyzing the Effect of Temporal Baseline on the Geolocation Accuracy of Next Generation Synthetic Aperture Radar Data

Zamansal Baz Uzunluğunun İleri Nesil Yapay Açıklı Radar Uydu Verilerinin Konum Doğruluğu Üzerindeki Etki Analizi

Abstract

In this study, the effect of temporal baseline on the geolocation accuracy of digital surface models (DSM) derived from TerraSAR-X (TSX) which is the leader of next generation synthetic aperture radar (SAR) missions was throughly analyzed. The temporal baseline, obtained by two different passes of the satellites from the same region, is one of the most effective interferometric parameters on the final DSM quality. In the study, to assess the influence of this parameter on generated TSX DSMs’ quality, the comparisonbased analysis of two interferometric SAR (InSAR) image pairs which have the minimum repeat-cycle (11 days) and 17 cycles (187 days) were performed. In the analysis, to demonstrate the effect of temporal baseline clearly, the InSAR-pairs which have same parameters except temporal baseline were preferred. The applications were realized over 20 km2 in Berlin, Germany utilizing 15 descending orbit high resolution spotlight mode TSX imagery. The DSMs were generated in 2 m grid spacing and the vertical absolute accuracies were achieved by model-to-model based comparison with a radargrammetric reference DSM which have also 2 m original grid spacing. The analysis were performed separately for urban and forest areas. The results demonstrated that the influence of temporal baseline on the DSM quality is much more than expected. The DSM derived from first InSAR-pair (1 cycle) has 20% better vertical absolute accuracy both for urban and forest land forms in comparison with the InSAR-pair which has longer temporal baseline (17 cycles).

Özet

Bu çalışmada, 2007 yılından günümüze dek yörüngeye oturtulan ve yeni nesil yapay açıklı radar (SAR) uyduları olarak betimlenen misyonların lideri konumundaki TerraSAR-X (TSX) uydusundan elde edilen dijital yüzey modelleri (DYM) üzerinde zamansal baz uzunluğunun etki analizi gerçekleştirilmiştir. Uyduların aynı bölge üzerinden iki farklı geçişi arasındaki zamansal baz uzunluğu, DYM kalitesi üzerinde doğrudan etkili bir interferometrik parametredir. Çalışmada, bu parametrenin TSX’den üretilen DYM kalitesindeki etkisinin saptanması için aralarında TSX’in en kısa tekrar geçiş süresi olan 1 periyot (11 gün) bulunan bir interferometrik SAR (InSAR) görüntü çifti ile 17 periyot (187 gün) bulunan ikinci bir çiftin karşılaştırmalı doğruluk analizi gerçekleştirilmiştir. Analizlerde, zamansal baz uzunluğu etkisinin direkt olarak kanıtlanabilmesi için sonucu etkiyebilecek diğer tüm parametrelerin eşdeğer olduğu görüntü çiftleri kullanılmıştır. Uygulamalar, Berlin, Almanya üzerinde 20 km’lik bir alanı kapsayan 15 alçalış yönünde alınmış yüksek çözünürlüklü spotlight (HS) mod TSX görüntüsü ile gerçekleştirilmiştir. DYM’ler 2 m grid aralığında üretilmiş olup kalite göstergesi olan mutlak düşey doğruluklar radargrametri tekniği ile elde edilmiş ve yine 2 m çözünürlüklü bir referans DYM ile model bazlı kıyaslama yöntemi ile analiz edilmiştir. Analizler yerleşim alanı ve orman alanı sınıfları için ayrı ayrı yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, zamansal baz uzunluğunun DYM kalitesi üzerinde beklenenden daha büyük bir etki yarattığını ve 1 periyotluk minimum zamansal baz uzunluğunda elde edilen DYM’lerin 17 periyotluk süre sonunda elde edilene göre hem yerleşim hem de ormanlık alanda yaklaşık %20 daha başarılı olduğu gerçeğini ortaya koymuştur.