SAR processing in the temporal domain: application to direct interferogram generation and mountain glacier monitoring

Abstract

Synthetic aperture radar (SAR) interferometry has the potential to measure temperate glacier displacement with a large coverage of the surface compared with pointwise terrestrial ground measurements. The significant topographic relief in mountainous areas, however, where most alpine glaciers are located, makes the use of SAR imagery rather difficult. Among the difficulties, when the resolution increases, the focusing of satellite SAR images, usually performed in the frequency domain with a constant-height hypothesis, becomes a critical issue. SAR processing in the temporal domain is a different approach that enables the use of information such as the local topography. In this paper, we present an original method to perform this temporal domain focusing by modeling the relative motion of the satellite and Earth points. The method allows production of SAR single look complex (SLC) images directly in ground geometry and reduces the need for resampling and phase correction to obtain interferograms. A tandem pair of European remote sensing (ERS) SAR images acquired over the Mont-Blanc area is used to illustrate the proposed approach. The results are presented with amplitude images and interferograms measuring glacier 1 day displacements and are compared with the results from the differential interferometric automated process applied to survey of nature (DIAPASON) and repeated orbit interferometry package (ROI-PAC) conventional SAR processors.

L'interférométrie en radar à synthèse d'ouverture (RSO) présente la propriété de pouvoir mesurer les déplacements des glaciers tempérés sur de grandes étendues, comparé aux mesures effectuées directement sur le terrain. Cependant, les zones fortement montagneuses où se trouvent la majorité des glaciers alpins rendent la pratique de l'imagerie RSO difficile. De plus, dans ce contexte, une étape critique est celle de la focalisation des images RSO satellitaires, généralement synthétisées par passage dans le domaine fréquentiel sous l'hypothèse de surface plane, et qui s'avère alors problématique, surtout dans le cadre de la haute résolution. Aussi la synthèse temporelle des images RSO semble une voie intéressante à explorer puisqu'elle permet d'introduire un certain nombre d'informations, comme la topographie locale. Dans cet article, nous présentons donc une méthode originale de synthèse temporelle prenant en compte la position et le mouvement relatif de chaque point au sol vis à vis du satellite. Elle permet de construire une image complexe (SLC) directement en géométrie sol, ce qui évite, lors de la construction d'un interférogramme, de rééchantillonner les données ainsi que de les corriger du terme de phase topographique. Cette approche est illustrée sur un jeu de données « ERS-tandem » acquis sur le massif du Mont-Blanc. Interférogramme et images d'amplitude permettent alors d'en. Les images (image d'amplitude et interférogramme permettant de déduire les déplacements du glacier sur un jour) sont comparés avec celles fournies par les logiciels DIAPASON (« differential interferometric automated process applied to survey of nature ») et ROI-PAC (« repeated orbit interferometry package »).