Ambigut de la phase radar interfromtrique

1
Ambiguïté de la phase radar interférométrique
GDR-ISIS ENST, le 24 mars 2000 INTERPRETATION
EN SIGNAL ET EN IMAGE

• Par David PETIT

1/32
2
PLAN

• I - Ambiguïtés de la phase interférométrique

• Nature de la phase interférométrique.

• Ambiguïté des différentes composantes.

II - Etude de lambiguïté due au repliement

• Décalage spectral produit par la pente.

• Technique du filtrage en milieu urbain haute
  résolution.

2/32
3
PLAN

• I - Ambiguïtés de la phase interférométrique

• Nature de la phase interférométrique.

• Ambiguïté des différentes composantes.

II - Etude de lambiguïté due au repliement

• Décalage spectral produit par la pente.

• Technique du filtrage en milieu urbain haute
  résolution.

3/32
4
Le signal radar

• Signal complexe amplitude phase.

4/32
5
Phase radar interférométrique

• Phase pseudo-aléatoire.

5/32
6
Hypothèse interférométrique

• Phase pseudo-aléatoire.

Termes indésirables supposés constants.
Termes caractéristiques de la scène, supposés
constants.
Supposé faible.
6/32
7
PLAN

• I - Ambiguïtés de la phase interférométrique

• Nature de la phase interférométrique.

• Ambiguïté des différentes composantes.

II - Etude de lambiguïté due au repliement

• Décalage spectral produit par la pente.

• Technique du filtrage en milieu urbain haute
  résolution.

7/32
8
Ambiguïtéde la phase de trajet

• Interférométrie stéréoscopique
• gt MNT (SRTM, ...).

d1
d2

• Interférométrie différentielle.
• gt Mouvements de terrain séisme, déplacement
  des glaciers, déflation du sol...

d1
d2
8/32
9
Co-seismic Interferometric analysis
Pair ERS-2 (13 Aug 99) - ERS-2 (17 Sept 99)
Piloted orbits 35 days interval 18 m base over
Izmit
600 Ha m over Izmit coherence
Validated by ERS1 (tandem) pair
Orbit crossing Ha NW 263 m, SW 599 m, NE
1581 m, SE -1466 m
9/32
10
Ambiguïtédu modulo
Ambiguïté de phase
Phase déroulée
Déroulement des phases
2?
?
0
Ecartement entre capteurs faible
10/32
11
Ambiguïtédes chemins multiples

• Coin réflecteur.
• écho unique de phase égale à celle dun écho
  placé au pied du coin réflecteur.

• Triples rebonds.
• La phase reproduit limage inversée de la seconde
  face.

• Chemins multiples.
• La phase a un comportement stochastique.

11/32
12
Ambiguïtédue à la phase météo
Acquisition 1

• Modification de la longueur du chemin optique.
• gt Interprétation erronée de la phase de trajet.

Acquisition 2
12/32
13
Artefacts Météorologiques Contexte
Nuages - Cumulus
Trou ionosphérique
Chaîne de nuages

• Théoriquement L interférométrie permet une
  mesure très précise du relief
• (Ex ERS-1/2 précision 3 m r.m.s)
• Pratiquement L interférométrie est polluée par
  des artefacts atmosphériques (différences de
  phase entre les deux images)
• Erreur dans l estimation du relief

Francesco Sarti, CNES, Octobre 98
13/32
14
Ambiguïté due à la phase de construction
Pixel dans l image en distance
Phase de construction

• Laddition cohérente des réponses des réflecteurs
  élémentaires donne la phase de construction. Elle
  varie selon langle dobservation.

Phase de construction
14/32
15
Ambiguïtédue au repliement

• Projection en distance.

15/32
16
Ambiguïtédue au repliement

• Projection en distance.

repliement
16/32
17
Conclusionsur les ambiguïtés
Ambiguïté
Solution

• Phase de trajet stéréo

Acquisition simultanée

• Phase de trajet différentielle

Faible stéréo MNT

• Phase de trajet modulo

Déroulement, multi-stéréo, multi-fréquence

• Phase de trajet rebonds

Polarimétrie

• Phase météo

Corrélations croisées

• Phase de construction

TINSAR, filtrage

• Repliement géométrique

Filtrage
17/32
18
PLAN

• I - Ambiguïtés de la phase interférométrique

• Nature de la phase interférométrique.

• Ambiguïté des différentes composantes.

II - Etude de lambiguïté due au repliement

• Décalage spectral produit par la pente.

• Technique du filtrage en milieu urbain haute
  résolution.

18/32
19
Phase de construction

• Deux réponses de cibles ponctuelles ont un
  déphasage.

?l
d

• Il change quand l angle dincidence local ?l
  change.

??l
d

• Approximation pour

et
19/32
20
Décalage fréquentiel de la réponse du sol

• Pour que la phase de construction soit identique,
  il faut

• Supposons que la scène soit éclairée dans le
  second cas par une onde de fréquence différente

ou
gt
?f

• Avec un signal modulé en fréquence

f
f
B
B
20/32
21
Effet de pente

• Mis en évidence de façon différente par Gatelli
  en 1994.
• bo distance orthogonale entre capteurs
• ? angle délévation
• ? pente locale
• k 1 si monostatique
• 2 si bistatique

?l ?-?
bo
d
?
?
21/32
22
Effet de pente

• Décalage différent selon la pente et en
  particulier changement de signe pour la zone de
  repliement.

?23 deg
repliement
repliement
?l ?-?
22/32
23
Séparation grossièredu repliement

• Filtrage image maître.

• Deux filtrages possibles pour l image esclave.

f
f
B/2
f

• Deux interférogrammes.
• Selon le signe du décalage fréquentiel, on
  obtient linterférogramme sans les zones de
  repliement ou inversement, seulement les zones de
  repliement.

23/32
24
PLAN

• I - Ambiguïtés de la phase interférométrique

• Nature de la phase interférométrique.

• Ambiguïté des différentes composantes.

II - Etude de lambiguïté due au repliement

• Décalage spectral produit par la pente.

• Technique du filtrage en milieu urbain haute
  résolution.

24/32
25
Limites de la technique
Altitude d ambiguïté différence d altitude
associée à un déphasage de 2?.

• Pour que le décalage fréquentiel soit suffisant,
  il faut que la taille T de la zone de repliement
  vérifie

• Pour le déroulement des franges et la non
  ambiguïté de la transformée de Fourier, il faut
  que la résolution Rd

25/32
26
Simulateur 2SIR

• 2SIR utilise des modèles de rétrodiffusion et
  des modèles d objets pour générer les images
  radar.

2. Radar image finale
Sommation pour chaque distance
Onde incidente
1. Image angulaire
range
Échos masqués
tranparence
26/32
27
Simulation de bâtiment

• Considérons une image haute résolution (1,5 m) et
  un angle d incidence de 45 degrés sur une
  portion de bâtiment.

1
2
3
20m

• Trois zones
• 1 - sol plat
• 2 - double repliement
• 3 - haut du bâtiment

27/32
28
Interférogrammes simulés
Altitude du radar 424 km, Stéréo 0,23 deg, Ha
2,8 m

• Franges orbitales
• Rotation de phase en distance du à la
  stéréovision.

• Interférogramme sans franges orbitales
• 2 paliers 1 niveau intermédiaire inexploitable.

28/32
29
Elévations associées

• Altitude dambiguïté choisie de façon telle que

1
1
29/32
30
Elévations associées

• Altitude dambiguïté choisie de façon telle que

2
2
30/32
31
Elévations associées

• Altitude dambiguïté choisie de façon telle que

3
3
31/32
32
Conclusions

• La phase interférométrique est donc hautement
  ambiguë. Il existe des solutions pour réduire
  cette ambiguïté, mais en pratique, elles sont
  difficilement applicables simultanément.
  Linterprétation donnée à la phase peut être
  sujette à caution si les contraintes
  d acquisition ne sont pas suffisantes et aucune
  autre source dinformation nest disponible.

• La technique du filtrage fréquentiel paraît
  envisageable pour séparer les repliements entre
  plans horizontaux et verticaux, sous certaines
  conditions.

32/32