بخشی از مقاله
چکیده
اندازهگیریهای تغییرات سطحی برای مطالعه و درک بهتر پدیدههای تکتونیکی نظیر زلزله، آتشفشان و زمین لغزش، بسیار حائز اهمیت است. شبکههای تعیین موقعیت مکانی1 و تداخل سنجی راداری2، دو تکنیک رایج برای اندازهگیری تغییرات سطحی میباشند. تاثیرات اتمسفری ایجاد شده در اثر تغییر مکانی و زمانی وضعیت اتمسفر در حین دو تصویربرداری راداری، یکی از مهمترین منابع خطا در تداخلسنجی بوده و دقت جابجایی و توپوگرافی به دست آمده را محدود میسازد. در سالهای اخیر، روشهای گوناگونی جهت شناسایی ویژگیهای این خطا و تصحیح آن روی اینترفروگرامها توسعه داده شده است. در این مقاله مروری بر پژوهشهای انجام شده در این زمینه صورت گرفته است. در بخش نخست، مفاهیم بنیادی تاثیر اتمسفری شرح داده شده و در بخش دوم روشهایی جهت کاهش این خطا ارائه خواهد شد، بخش اول این روشها با در نظر گرفتن ماهیت خطا و بر مبنای دادههای خارجی بوده، اما روشهای بخش دوم بدون در نظر گرفتن ماهیت خطا اثر اتمسفری را تصحیح میکنند.
واژههای کلیدی: تداخلسنجی، تصحیح اتمسفری، MODIS، MERIS، PS، GPS، رادیوساند.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر، اهمیت و کاربرد دادههای فضابرد روزنه ترکیبی رادار - SAR - 3، با توجه به مزیت عمدهای که نسبت به سایر سیستمهای سنجش از دوری دارند رو به فزونی بوده است. این تصاویر با کمک سیگنال های ثبت شده امواج بازگشتی از هدف، در محدوده مایکروویو به دست می آیند، امواج مایکروویو به دلیل طول موج بلندی که نسبت به امواج محدوده مرئی و مادون قرمز دارند، اطلاعات متفاوت و ارزشمندی از اهداف زمینی و فرازمینی جمع آوری می نمایند. در آنالیز تصاویر گردآوری شده، غالبا از تکنیک تداخلسنجی استفاده می نماییم. در این تکنیک از فاز دو تصویر راداری مختلف از یک منطقه، تصویر جدیدی به نام اینترفرگرام4 تشکیل می شود که حاوی اطلاعات ژئوفیزیکی از هدف مورد سنجش است .[33]
تداخل سنجی راداری مزایایی از نظر قابلیت اندازهگیری تغییرات سطحی با دقت سانتیمتر روی محدوده وسیع - در حدود چند کیلومتر - و پیوسته، دارد. با اینحال، دو عامل مهم نتایج تداخلسنجی را محدود میسازد: عدم همبستگی5 زمانی و تاثیرات اتمسفری .[12] عدم همبستگی زمانی در اثر تغییرات ویژگی پراکنشی سطح در فاصله زمانی بین دو تصویربرداری ایجاد میشود. تاثیرات اتمسفری تاخیری ست که در عبور سیگنالهای راداری از اتمسفر ایجاد میشود، از طرفی وضعیت اتمسفر در زمانهای مختلف تصویربرداری یکسان نمیباشد بنابراین هرگونه اختلاف در مسیر عبوری سیگنال در دو تصویر، شیفت فازی ایجاد خواهد کرد.
با توجه به منبع فیزیکی این خطا، تاثیر اتمسفری به دو نوع تقسیم میشود [10]، نوع اول مربوط به فرآیندهایی ست که در اتمسفر رخ میدهد و مستقل از توپوگرافی ست. نوع دوم مرتبط با تغییرات در لایهبندی عمودی اتمسفر است که این سیگنال به شدت وابسته به توپوگرافی میباشد. بخش قابل توجهی از خطای ایجاد شده در اثر بخار آب موجود در اتمسفر است. 10-14 [33] Zebker سانتیمتر خطا در جابجایی به دست آمده را در اثر تغییر نسبی %20 بخار آب گزارش میدهد این خطا با توجه به دقت مورد نیاز برای فرآیندهای تکتونیکی با نرخ سالیانه پایین، بسیار حائز اهمیت است.
نخستین بار [25] Massonet اثر اتمسفری را در مطالعه زلزله1992 در Landers شناسایی نمود و پس از آن مطالعات [8] Goldstein،[33] Zebker، 10] Hanssenو[9، 14 ] Li،17، 18، 19، 20، 21، [ 22 جهت درک بهتر این خطا و ارائه روشهایی برای تصحیح آن صورت گرفت. در این پژوهش، علاوه بر ارائه مفاهیم بنیادی تاثیرات اتمسفر، مطالعات انجام شده در این زمینه مرور شده و روش هایی جهت تصحیح این اثر ارائه می شود، این روشها به دو بخش تقسیم میشوند، بخش نخست ماهیت خطا و منبع ایجاد ان را در نظر گرفته و از دادههای خارجی نظیر رادیوساند، GPS، مدلهای اتمسفری به دست آمده از MODIS، MERIS جهت تصحیح استفاده میکند اما روشهای بخش دوم بدون در نظر گرفتن منبع ایجاد خطا بوده و بر اساس میانگینگیری، تحلیل فاکتور همبستگی، تئوری پراکنشگر پایدار6 و منطق زوجی7 میباشد. در نهایت مقایسهای بین دقتهای به دست آمده از این روشها صورت می-پذیرد.
-2 اتمسفر و تاثیر آن بر نتایج تداخلسنجی
اتمسفر بر سرعت سیگنالهای راداری تاثیر میگذارد این تاثیر، شکست8 نامیده میشود که برابر با نسبت سرعت سیگنال در خلا به سرعت آن در اتمسفر است. برای سادگی ضریب شکست n را در ترمهای انکسار، N بیان میکنند که به صورت زیر است:
بنابراین تاخیر کلی زنیتی9 برای سیگنالی که امتداد زنیت را میپیماید به صورت زیر خواهد بود:
که ارتفاع ژئوئید مکان و H ارتفاع ژئوئید لایه اتمسفری است.
تاخیر کلی زنیتی مجموع دو ترم تر و خشک میباشد که انکسار مرطوب و خشک تابعی از دما، فشار و فشار بخار آب است و معمولا با رابطه زیر بیان میشود:
انکسار هیدرواستاتیکی است و تنها به فشار سطح بستگی دارد و مدل ها مختلفی برای مدلسازی آن ارائه شده است برای مثال می توان به مدل [28] Saastamoinen اشاره کرد. در رابطه بالا ضرایب انکساراست که در تحقیقات گوناگون مقادیر آنها تعیین شده است،فشار بخار آب، T دمای مطلق در واحد کلوین و تصحیحاتی برای رفتار گازهای غیرایدهآل هستند که مقداری ثابت نزدیک به یک با اختلاف چند هزارم دارند. مقدار تاخیر هیدرواستاتیکی در زنیت حدود 2.3 متر بوده و تاخیر مرطوب در نواحی خشک زیر 10 میلیمتر و در نواحی مرطوب به 400 میلیمتر میرسد.
در نتیجه تاخیر مرطوب مقادیر کوچکتری نسبت به تاخیر هیدرواستاتیکی داشته اما از نظر مکانی و زمانی متغیرتر است و به همین دلیل بخار آب عامل مهم تاثیرگذار در اینترفروگرام خواهد بود.ترکیب هندسی تداخل سنجی در شکل زیر نشان داده شده است. اگر طول مسیر در رفت و برگشت سیگنال برابر با و + باشد معادله ساده زیر را برای اختلاف فاز ایجاد شده خواهیم داشت :[32]بنابراین تاخیر ایجاد شده در اثر اتمسفر در راستای خط دید ماهواره10 به صورت زیر خواهد بود:
