The potential of InSAR for quantitative surface parameter estimation

Abstract

Although the problems of soil moisture and surface roughness estimation of bare surfaces have been extensively analyzed in terms of conventional polarimetric synthetic aperture radar (SAR) data, the information content of polarimetric interferometric SAR (Pol-InSAR) data regarding surface parameters has not yet been fully investigated. We consider this problem and show that the main contribution to roughness and moisture dependence of coherent surface scattering in Pol-InSAR is the signal-to-noise ratio (SNR). For the estimation of surface parameters, a new hybrid surface scattering model has been developed which is based on the polarization dependence of SNR and its impact on the observed coherences. We show that the model is invertible and allows us to recover surface roughness and moisture estimates from the ratios of measured InSAR coherence. Further, the hybrid model is used for a study of sensitivity analysis. Lastly, we show validation results from experimental Pol-InSAR data from the Deutsche Forschungsanstalt fur Luft-und Raumfahrt (German Aerospace Center (DLR)) E-SAR system at L-band. These results indicate that Pol-InSAR has high potential, to be used as an alternative method, for quantitative moisture and roughness estimates of bare surfaces.

Tandis que les problèmes de l'estimation de l'humidité et de la rugosité des surfaces nues ont été intensivement analysés en termes de données ROS (radar à ouverture synthétique) polarimétriques, la teneur en information des données interférométriques polarimétriques (Pol-InSAR) concernant les paramètres du sol n'a pas été encore entièrement étudiée. Dans cet article nous étudions ce problème et nous prouvons que la contribution principale de la dépendance de la diffusion cohérente de la surface à la rugosité et à la d'humidité dans Pol-InSAR est le rapport signal/bruit (SNR). Pour l'estimation des paramètres du sol, un nouveau modèle hybride de la diffusion de la surface a été développé, qui est basé sur la dépendance de la polarisation de SNR et son impact sur les cohérences observées. Nous prouvons que le modèle est inversible et nous permet de récupérer les rugosités et les humidités des rapports de la cohérence mesurée d'InSAR. De plus, le modèle hybride est employé pour une étude d'analyse de sensibilité. En conclusion, nous montrons des résultats de validation des données expérimentales de Pol-InSAR du système E-SAR de Deutsche Forschungsanstalt fur Luft-und Raumfahrt (« German Aerospace Center » (DLR)) à L-bande. Ces résultats indiquent que Pol-InSAR a le potentiel élevé d'être employé comme méthode alternative pour l'évaluation d'humidité quantitative et de rugosité pour les surfaces nues.