Mikrohullámú távérzékelt adatok integrálása a felszínvizsgálatokba (2. rész)

Hogyan lehet a radar-interferometria módszerét a földfelszín mozgásának tanulmányozására használni?

Interferometria

A légi készítésű fénykép illetve a műholdfelvétel mindenkinek ismerős lehet. Létezik azonban egy eredetileg katonai célra kifejlesztett eljárás, amely elterjedt a polgári kutatásban is, éspedig a képalkotó radar. A radar időjárástól és napszaktól független, ezzel kiterjesztette a Föld felszínének felmérését napi 24 órára. A képalkotó radarok civil alkalmazásának kutatása az 1978-ban a SEASAT műhold felbocsátásakor gyorsult fel, a radar-űrfelvételek rohamos elterjedése azonban csak az 1990-es évekre tehető.

Kezdetben az optikai távérzékelés kiegészítéseként a felszín nedvességtartalmáról és/vagy az érdességéről adott plusz információt. A képalkotó radarok sajátossága, hogy a jelek vételénél nem csak a futási időt és amplitúdót rögzítik, hanem a terepelemekről (pixelekről) beérkező jel és a fedélzeti referenciajel fáziskülönbségét is. Amikor elkezdték ezt az információt is használni, újfajta tudományos eredmények születtek.

Amikor a sugárzás a felszínelemről visszaverődik, akkor az ott elhelyezkedő elemi szórópontok összesített jeleként (szuperpozíciójaként) jelenik meg. Az egyedi pixel fázisa egy a pixelre jellemző és egy a szenzor és a pixel közötti távolságtól függő részből tevődik össze. A fázis pixelre jellemző része nem becsülhető.

A műholdradar-interferometria alapelrendezése.

A radarfelvételeket komplex formában is szokás tárolni, a komplex érték valós része adja a pixel intenzitását (amplitúdóját), a képzetes része pedig a pixel fázisát. A két vagy több eltérő helyzetben és/vagy eltérő időpontban készült radarfelvétel fázisinformációjának kombinációjával a leképzett terület geometriai sajátosságai határozhatók meg, a topográfiáról illetve a felvételezések között bekövetkezett deformációról kapva új információt. Ez a radar-interferometria. Az interferogram amplitúdója a két kép amplitúdójának szorzata, az interferogram fázisa pedig a két kép fázisának különbsége lesz. A képpár egyező pontjaira az eredmény-interferogram hullámhossz alatti pontossággal teszi lehetővé a radar és a felszín közötti kis távolságkülönbségek meghatározását.

Az interferogram fázisa az alábbi komponensekből áll össze: a referencia felszín, a domborzat, a felszínen történt elmozdulás (pontosabban annak műholdirányú komponense), az atmoszféra (páratartalom, hőmérséklet, nyomás) hozzájárulása, illetve a zaj. A referencia felszín hatásának eltávolítása után – az atmoszféra hatás és a zaj minimalizálása mellett – két irányban lehet folytatni az interferogram feldolgozását: vagy domborzati modellt állítunk elő, vagy külső domborzatmodell (DTM) bevonásával a felszín – műholdirányú – elmozdulását határozzuk meg. A mozgásvizsgálat értelemszerűen a második módszer.

Felszínmozgás

A XX. század földtudományi felismerései (pl. lemeztektonika), valamint a műszer- és méréstechnika rohamos fejlődése hatására a geodéziában a korábbi statikus szemléletet felváltotta a dinamikai szemlélet, az ismételt mérések során pedig felmerült a mérési hibák és a geodinamikai folyamatok különválasztásának lehetősége. A vizsgálatok során aztán általában külön szokták választani a Föld felszínével párhuzamos vízszintes (horizontális) és az erre merőleges, függőleges (vertikális) irányú felszínmozgásokat, mert méréstechnikailag ezt a két összetevőt közvetlenül is meg lehet határozni.

Magyarország esetében a vízszintes kéregmozgást a GPS mérések alapján határozzák meg, míg a jelenkori függőleges mozgásvizsgálatok ismételt szintezések alapján készültek, melyek közül az első (Bendefy-féle szintezés) 1949-67 között, míg a második (0-ad rendű szintezés) 1975-79 között zajlott. Az így átfogott időtartam 13-27 évnek adódik.

Kézenfekvő a kérdés: az azóta eltelt idő alatt módosult-e a függőleges felszínmozgás? A standard monitorozó technikák használatával a deformálódó felszín egyedi pontjaiban pontosan és szabatosan megkapható a hely és sebesség információ. Azonban ez a technika drága és specializált műszerek használatát igényli, ráadásul a monitorozó rendszer kiépítése és működtetése fáradságos és további pénzbe kerül. Így az olyan távérzékelési technika, mint a műholdas radar-interferometria alkalmazása olcsó és kevésbé munkaigényes alternatívát jelenthet.

Ez az új geodéziai technika interferencia-mintát számol a képalkotó radarműhold két eltérő helyzetben és/vagy időben készített felvételének fáziskülönbségéből. Az eredményül kapott interferogram a felszín és a radar közötti távolságváltozás kontúrtérképe. Ez a térkép kitűnő térbeli felbontást (kb. 1000 pixel/km²), versenyképes pontosságot (kb. 0,5–1 cm/év) és hasznos felvételezési gyakoriságot (kb. 1 áthaladás/hónap) szolgáltat. Az interferogram rögzíti a felszín mozgásait, az atmoszféra zavarait, a talaj dielektromos tulajdonságainak változásait, és a domborzatot. Az interferogram érzékeny továbbá a műhold pályájában bekövetkezett változásokra és a referencia-frekvencia ingadozására.

(Folytatjuk!)

Petrik Ottó, PhD
Földmérési és Távérzékelési Intézet, Távérzékelési Központ

Kapcsolódó cikkek:
Mikrohullámú távérzékelt adatok integrálása a felszínvizsgálatokba (1. rész)
Az olaszországi földrengés nyoma az űrből
Radarkép a japán földrengésről
Műholdradar- interferometria a földrengés után
Mikrohullámú távérzékelt adatok integrálása a felszínvizsgálatokba (3. rész)

Kapcsolódó linkek:
Műholdradar-interferometria információs oldal - magyarul (FÖMI KGO)