Műholdradar-interferometria (InSAR)

A műholdradar-interfrometria (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR) az egyik legújabb mozgásvizsgálati technika, amely a geofizika és a geológia mellett a geodézia terén is példa nélküli perspektívákat nyitott. Az interferometrikus feldolgozás során a radarfelvételek fázistartalmát használjuk fel két felvétel összetartozó pontjainak relatív fáziskülönbségének meghatározására. Ezzel példa nélküli felbontásban és rendkívül nagy pontossággal lehet mozgásokat, sebességet meghatározni. Óriási előnye, hogy nem kell feltétlenül mérési pontjeleket létrehozni, a természetes és épített környezet alkalmas elemei felhasználhatók, így az akár 1992-ig visszamenőleg is rendelkezésre álló adatok a vizsgálatba bevonhatók, szemben minden más technológiával, ahol a nulladik epochájú mérés után meg kell várni ameddig az elmozdulás mértéke kimutathatóvá válik.

Műholdradar-interferometriai vizsgálataink elsődleges forrását a napjaink egyik legújabb, naprakész adatait szolgáltató Sentinel-1 küldetés biztosítja, amely az Európai Bizottság és az Európai Űrügynökség (ESA) közös Copernicus programja keretében készült el. A teljes konstelláció két azonos pályán, de átellenesen keringő műholddal (Sentinel-1A és Sentinel-1B) folytatja az ERS-1/2 és a Radarsat-1/2 holdak által C sávban (~ 6 cm hullámhossz) megkezdett földmegfigyelést. Ugyanakkor a gyakorlati alkalmazások szempontjából a térbeli lefedettség, a visszatérési idő, a gyors adattovábbítás és a megbízhatóság terén kedvezőbb feltételekkel rendelkezik (Sentinel-1 User Handbook, 2013).


Az InSAR technika hazai bevezetését és alkalmazásainak előkészítését a Kozmikus Geodéziai Obszervatóriuma (FÖMI-KGO) kezdeményezte 2000-ben. Rendelkezünk a megfelelő tudásbázissal, emberi erőforrással, adatokkal, a további adatbeszerzéshez, válogatáshoz szükséges ismerettel és számítógépes programokkal, a teljes adatfeldolgozáshoz szükséges minden InSAR módszert kezelni képes szoftverrel és hardverrel. Mindamellett ellátjuk a hazánkban kiépített InSAR geodéziai infrastruktúra (SENGA hálózat) üzemeltetéséhez, bővítéséhez és fejlesztéséhez kapcsolódó munkálatokat.





Differenciális műholdradar-interferometria (DInSAR)

A differenciális műholdradar interferometria két eltérő felvételezési időpont között bekövetkezett felszínváltozás/deformáció kimutatására alkalmas. Ennek során a referenciaképet (master) és a vizsgálni kívánt esemény után készült képet (slave) szubpixel szinten megfeleltetjük egymásnak (az ún. koregisztrálással). Így a két eltérő időpontban készült felvétel összetartozó pontjainak relatív fáziskülönbségéből származtatható az ún. interferogram, ami hullámhossz alatti pontossággal teszi lehetővé a felszín deformációjának, elmozdulásoknak vizsgálatát.

A DInSAR felhasználása az egyedi esettanulmányokon át egészen a PSInSAR integrációig igen széleskörű. Felhasználására és értelmezésére két KGO-ban készült esettanulmányt mutatunk be:

A 2016.02.05-én a Dél-Taiwanon kipattant, a Richter-skálán 6.4-es magnitúdójú földrengés differenciális interferogramja (bal), valamint az abból származtatott műhold irányú elmozduláskép (jobb).

A 2016.02.05-én a Dél-Taiwanon kipattant, a Richter-skálán 6.4-es magnitúdójú földrengés differenciális interferogramja (bal), valamint az abból származtatott műhold irányú elmozduláskép (jobb).



Állandó szórópontú műholdradar-interferometria (PS-InSAR)

Az állandó szórópontú műholdradar-interferometria (Persistent Scatterer InSAR) több (legalább 15), időben szabályosan elosztott felvételsorozat mindegyikén felismerhető szórópontok jeleinek fázisváltozását vizsgálja. A PS-InSAR alapjául szolgáló domináns egyedi szórópontok kevésbé érzékenyek a felvételezési időpontok között bekövetkezett fizikai felszínváltozásokra. Ennek megfelelően a differenciális interferometria hátrányai ezzel a módszerrel kiküszöbölhetőek: az időbeli eltérésből adódó koherenciavesztés csökkenthető, az atmoszférikus hatások pedig iterációval eltávolíthatóak.

Mindezek fontos szerepet töltenek be az elérhető adatok alkalmazási körének kiterjesztésében. Egyrészről lehetőség nyílik nagyobb időintervallumot (évek-évtizedek) átfogó fázistörténetek levezetésére, másrészről a vizsgálatokba hosszabb bázisvonalú interferometrikus párok is bevonhatóvá válnak.

A folyamatos és stabil visszaverődést mutató állandó szórópontok (Persistent Scatterer) általában olyan épületek, fémes objektumok és műtárgyak, amelyek alapján már példa nélküli felbontásban (akár 500–1000 pont/km2) és nagy pontossággal (0,1–0,2 mm/év) lehet magassági értelmű (műholdirányú) sebességet meghatározni. Ebből adódóan nincs szükség helyszíni mérésekre, ponttelepítésre, így a technika hatékonyan alkalmazható olyan területek esetében (városok, beépített területek) is, ahol más módszerek csak korlátozottan.


Ezt ábrázolja



InSAR geodéziai integráció, Sentinel-1 Geodéziai Alapponthálózat (SENGA)

Az InSAR technológia geodéziai integrációjára és a hazai geodéziai, GPS mozgásvizsgálati hálózatokban való alkalmazására egy sikeres ESA PECS projekt keretében létrehoztuk a Sentinel-1 Geodéziai Alapponthálózatot (SENGA). Kiválasztott MGGA alappontok közvetlen közelében speciális sarokreflektorokat helyeztünk el és GPS, valamint szintezési mérésekkel megvalósítottuk az MGGA, GNSSnet.hu, EOMA hálózatokkal való közvetett, InSAR kollokációt. Ezzel megteremtődött a mérések, a meghatározható 3D koordináták és sebességek közös, globális referencia rendszerben való meghatározásának és monitorozásának lehetősége. A hálózatot jelenleg 9 db sarokreflektor alkotja.


Az InSAR geodéziai integráció, Sentinel-1 Geodéziai Alaphálózat részből



A SENGA fizikai állománya – Sarokreflektorok

sarokrekflektor-rendszer egy passzív hálózatot alkot, azaz a műholdról (Sentinel-1) sugárzott radarjelet szórja vissza a beeső jellel párhuzamosan, vissza a forrás azaz a műhold felé. A SENGA hálózatot reflektor pontjainak trihedrális sarokreflektorok alkotják, melyek technikai részletei (pl.: koordináták, belső élhossz, azimuth és magasság) a pontleírásokban olvashatóak.

Ezt ábrázolja

A KGO Sentinel-1 felszálló műholdpályára beállított sarokreflektora