ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 2 · ИНФОРМАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА

Влияние атмосферы на исследования пересеченного рельефа методами радарной интерферометрии

А.И. Захаров1, Л.Н. Захарова1, В.П. Синило1, П.В. Денисов1

1 ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.2.6 УДК 621.396.96 EDN ZHKHDW

Аннотация

Обсуждается влияние атмосферы на измерения пересеченного рельефа методами радарной интерферометрии на примере района Толбачинского вулканического массива на Камчатке. Приведены краткие сведения о радарной интерферометрии и составляющих интерферометрической разности фаз. Описана двухкомпонентная модель тропосферы, основанная на разделении коэффициента преломления на сухую и влажную составляющие. Проведено моделирование влияния изменений высотного профиля коэффициента преломления за время между съемками на фазовые измерения. В качестве входных данных для модели взяты измерения метеопараметров в приземном слое, выполненные наземной метеостанцией населенного пункта Ключи и интерполированные на моменты съемки Канадского радара с синтезированной апертурой «Радарсат-2» летом-осенью 2013 года. Построены радарные интерферограммы, на которых часто наблюдаются смещения разности фаз, абсолютная величина которых растет с ростом высоты рельефа. Эти разности фаз чаще всего достаточно хорошо согласуются с результатами моделирования. Заметное рассогласование фазовых измерений с модельными данными наблюдается в случае неустойчивой погоды с резким изменением относительной влажности в зоне съемки, особенно при разных знаках изменения метеопараметров во время проведения сеансов, составляющих интерферометрическую пару. Сделано предположение о том, что причиной наблюдаемых ошибок моделирования является некорректность использования в зоне съемки измерений метеопараметров, полученных в точке расположения удаленной метеостанции. Отмечено также, что влияние изменений высотного профиля коэффициента преломления за время между съемками тем ниже, чем меньше перепады высот рельефа в зоне съемки.

  • тропосфера
  • радары с синтезированной апертурой
  • интерферометрия
Abstract (in English)

An impact of the atmosphere on the studies of rugged terrain by radar interferometry techniques

An influence of the atmosphere on the interferometric studies of the rugged terrain in the area of Tolbachik volcanic complex, Kamchatka, is discussed. Brief description of the radar interferometry technique and the components of the interferometric phase differences are presented. The two-component model of the troposphere is described, which assumes the decomposition of the refractive index into dry and wet components. An influence of the variations of the troposphere refractive index between radar observations on the phase measurements is simulated. The weather data of Klyuchi meteorological station were interpolated to the moments of the Canadian synthetic aperture radar «Radarsat-2» observations in summer-autumn 2013 and used as input data in the modeling. In the number of cases the calculated differential radar interferograms contain non-zero values of the phase difference that grow with the height of the relief. The non-zero phase differences observed on the interferograms are typically in the good agreement with simulation results. A noticeable discrepancy between interferometric measurements and simulation data occurs in the case of unstable weather with sharp alteration of relative humidity in the survey area, especially in the case the troposphere meteorological parameters vary in different directions during the radar observations. An assumption is made that the reason of the observed modeling errors is that the weather data of distant meteorological station do not match sometimes the actual weather conditions in the study area. The impact of variations of the refractive index between radar observations is less, the less the variations of the relief heights in the survey area.

Для цитирования

Захаров А.И., Захарова Л.Н., Синило В.П., Денисов П.В. Влияние атмосферы на исследования пересеченного рельефа методами радарной интерферометрии // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.2.6

Литература

  1. Bevis M., Businger S., Herring T.A., Rocken R., Anthes R.A., Ware R.H. GPS meteorology: remote sensing of atmospheric water vapor using the Global Positioning System. Journal of Geophysical Research. 1992. V.97. P.15787-15801.
  2. Liu Y. Remote Sensing of Water Vapor Content Using GPS Data in Hong Kong Region. PhD thesis. Hung Hom, Hong Kong Polytechnic University. 2000. 158 p. https://theses.lib.polyu.edu.hk/handle/200/3126
  3. Hopfield H.S. Tropospheric effect on electromagnetically measured range: Prediction from surface weather data. Radio Science. 1971. V.6. P.357-367.
  4. Saastamoinen J. Atmospheric correction for troposphere and stratosphere in radio ranging of satellites. Geophysical Monograph. American Geophysical Union, Washington D.C. 1972. P.247-252. https://doi.org/10.1029/GM015p0247
  5. Askne J., Nordius H. Estimation of tropospheric delay for microwaves from surface weather data. Radio Science. 1987. V.22. P.379-386.
  6. Baby H.B., Gole P., Lavergnat J. A model for the tropospheric excess path length of radio waves from surface meteorological measurements. Radio Science. 1988. V.23. P.1023-1038.
  7. Delacourt C., Briole P., Achache J. Tropospheric corrections of SAR interferograms with strong topography: application to Etna. Geophysical Research Letters. 1998. V.25. P.2849-2852.
  8. Захаров А.И., Яковлев О.И., Смирнов В.М. Спутниковый мониторинг Земли. Радиолокационное зондирование поверхности. Москва, Красанд. 2012. 248 с.
  9. Hopfield H.S. Two-quartic tropospheric refractivity profile for correcting satellite data. Journal of Geophysical Research. 1969. V.74. №18. P.4487-4499.
  10. Black H.D. An easily implemented algorithm for the tropospheric range correction. Journal of Geophysical Research. 1998. V.83. №B4. P.1825-1828.
  11. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., Павельев А.Г. Распространение радиоволн. Москва, URSS. 2009. 345 с.
  12. Goldhirsh J., Rowland J.R. A tutorial assessment of atmospheric height uncertainties for high-precision satellite altimeter missions to monitor ocean currents. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. V.GE-20. №4. 1982. P.418-434.
  13. Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. 2008 edition, updated in 2010. World Meteorological Organization, Geneva, Switzerland, WMO-№ 0008. 2012. 715 p.
  14. Захаров А.И., Захарова Л.Н., Михайлюкова П.Г. Влияние атмосферы в исследованиях динамики рельефа Толбачинского дола методами радарной интерферометрии. Всероссийская научная конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн". Муром. 2017. C.68-73.
  15. Rp5.ru. Расписание погоды. Погода в Ключах [web]. Rp5.ru. Расписание погоды. ООО "Расписание Погоды". Дата обращения: 13.12.2022. URL: http://www.rp5.ru/Архив_погоды_в_Ключах,_Камчатский_край
  16. Krieger G., Moreira A., Fiedler H., Hajnsek I., Werner M., Younis M., Zink M. TanDEM-X: a satellite formation for high resolution SAR interferometry. IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 2007. V.45. №11. P.3317-3341.