RADARSAT-2 stereoscopy and polarimetry for 3D mapping

Abstract

Based on research studies over the last 20 years with different satellite synthetic aperture radar (SAR) sensors, a short review of elevation modelling, digital terrain model (DTM) generation, and three-dimensional (3D) cartographic feature extraction using stereoscopic and polarimetric methods is given. The results of these research studies were used to evaluate the potential of RADARSAT-2 and three of its new characteristics for mapping applications: ultra-fine mode, better orbit knowledge, and polarimetry. Stereoscopy and polarimetry can be used to improve the DTM generation when compared with RADARSAT-1. In the best case, 5-m accuracy (68% confidence level) can be expected in moderate topography. Three-dimensional feature extraction using stereoscopic ultra-fine mode data can meet the National Topographic Database standard (better than 10-m positioning, 90% confidence level). Polarimetry with two images from crossing orbits (quasi-orthogonal in the north) can also be used for DTM generation depending on the topographic and land-cover conditions. The major drawback is the complex scattering models over forest or agricultural lands with C-band SAR data. In short term, the method can be applied in bare surfaces. All these forecast improvements should be confirmed with real data.

A partir des recherches sur des capteurs radar à synthèse d'ouverture (RSO) de satellites obtenues ces vingt dernières années, un état de l'art sur la modélisation de l'altitude, la création de modèle numérique de terrain (MNT) et l'extraction tri-dimensionnelle (3D) d'éléments cartographiques est présenté. Des résultats de ces recherches, on évalue le potentiel de RADARSAT-2 et de trois de ces nouvelles caractéristiques pour les applications cartographiques : le mode ultra-fin, la meilleure connaissance de l'orbite et la polarimétrie. La stéréoscopie et la polarimétrie peuvent être utilisées pour améliorer la création de MNT par rapport à RADARSAT-1. Dans le meilleur des cas, une précision de 5 m (niveau de confiance de 68%) peut être obtenue sur des reliefs modérés. L'extraction 3D d'éléments à partir de données stéréoscopiques du mode ultra-fin peut permettre de respecter les normes de la Base nationale de données topographiques (précision de positionnement meilleure que 10 m, niveau de confiance de 90%). La polarimétrie utilisant deux images d'orbites croisées (quasi orthogonales dans le Nord) peut aussi être utilisée pour créer des MNTs. L'inconvénient majeur est les modèles complexes de rétrodiffusion des données RSO en bande C dans les forêts et les champs agricoles. A court terme, la méthode peut être appliquée sur des sols nus. Toutes ces améliorations prévues devront être vérifiées avec des données réelles.