L interférométrie différentielle d images radar: principes généraux et correction des effets atmosphériques Elisabeth Simonetto, Frédéric Durand, Laurent Morel, Joëlle Nicolas-Duroy CNAM/ESGT/GeF, Le Mans Jean-Luc Froger, LMV/Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand Daniel Raucoules, BRGM, Orléans Présenté par Laurent Polidori, CESBIO 1
Principes généraux de l interférométrie d images radar Contexte : Produire de l information topographique : MNT et déplacement du sol INSAR DINSAR A-DINSAR PS-INSAR Stack-DINSAR SB-DINSAR MNT Déplacement en surface mesuré dans la direction de ligne de visée du capteur 2
Modes d acquisition : DLR TOPSAR ESA 3
Distance TERRASAR-X 800 km SETHI DLR 5 km IBIS-FL ONERA 1 km Hexagon Geosystem CENTIMETRE DECIMETRE METRE Résolution spatiale 4
Applications en DINSAR : Surveillance urbaine Post-minier Energie (champs pétrolifère, pipeline, stockage du CO2) Hydrologie (systèmes aquifères) Pentes instables, glissements de terrain Génie civil (ouvrages d art, grandes structures) Sciences de la Terre (failles, volcans, glaciers) 5
Limites en DINSAR : Disponibilité des données Echantillonnage temporel Résolution spatiale Phase mesurée module 2π Atmosphère Mesure relative sans point de référence Erreurs orbitales Mesure LOS Erreur du MNT en entrée 6
Exemple sur la ville de Lyon entre 1992 et 2000 : Mouvement détecté - 0,4 cm / an Carte géoréférencée du déplacement LOS annuel moyen (cm/an), obtenue avec 18 données ERS ESA BRGM 7
Zoom sur la zone de mouvement le long de la ligne TEO en rouge sur carte IGN TEO (Transverse Est-Ouest) : ouvrage souterrain d autoroute urbaine réalisé entre 1994 et 1999. 1 2 3 Série temporelle de la déformation LOS cumulée sur 3 pixels (1,2,3) 8
N A B -0.5 0 0.5 Taux de déplacement LOS annuel (cm/an) D après les informations contenues dans le modèle géologique, les déplacements sont mesurés lorsque le tracé de TEO se trouve dans les couches situées dans (ou sur) la molasse miocène (en jaune sur la coupe). 9
Les effets atmosphériques Acquisition image 1 (date 1) φ orbital Acquisition image 2 (date 2) φ atmo Ionosphère : Effets plus importants en bande C que X 1r r2 φ mvt φ topo Troposphère : Stratifiée et turbulente Délais humides et délais secs Diminuent avec l altitude Effets plus importants en bande X que C Le signal atmosphérique peut induire des erreurs de mesure de plusieurs centimètres. 10
A-DINSAR La correction des effets atmosphériques Le - : Effets saisonniers mal modélisés à cause de l échantillonnage temporel des images radar Méthodes prédictives : utilise des données externes spectromètre modèles atmosphériques (standard ou global) capteurs météorologiques in situ récepteur GNSS Les + et les - : Information sur les signaux locaux Echantillonnage temporel Echantillonnage spatial horizontal et vertical Méthodes empiriques : utilise des a priori filtrage spatial et temporel de la phase interférométrique modèle a priori des phénomènes de déplacement signal atmosphérique selon un modèle de dépendance aux altitudes Les + et les - : pas d autres données nécessaires risque de perdre une partie du signal de déformation 11
Un expérience de combinaison entre 2 approches prédictives pour corriger le signal de troposphère stratifiée : des mesures GNSS et un modèle d atmosphère global (ERA-Interim) Radar 1 Radar 2 DEM Differential interferogram GNSS ZWD (délais humides) ERA-Interim ZHD (délais secs) Differential tropospheric phase Corrected differential phase LOS deformation measurements Troposheric phase 1 Tropospheric phase 2 ZWD 1 ZHD 1 ZHD 2 ZWD 2 RINEX Files 1 ERA-Interim RINEX Files 2 12
Atelier Radar 2017 Colloque 31 mai au 2 juin Marne-La-Vallée, France Application sur l Ile de la Réunion avec des données Cosmo-Skymed Bory crater Dolomieu crater Nord Image d amplitude radar en géométrie radar Enclos Fouqué 13
Eruption du 20 juin 2014 visible par DINSAR Interférogramme du couple 28/04/2014 09/07/2014, Mode ascendant Signal lié à l éruption radians Signal lié aux variations atmosphériques? 14
Atelier Radar 2017 Colloque 31 mai au 2 juin Marne-La-Vallée, France Trois réseaux GNSS : VOLOBSIS, RPG, LeL@ 26 stations utilisées Localisation des stations avec le MNT en fond 15
Carte interpolée des ZWD estimées par traitement des mesures GNSS pour le 28/04/2014 (en mm) 16
Différentes dates et heures de la journée On remarque que la variabilité du ZWD semble plus importante pour les stations les plus basses (sur les Grandes Pentes, le Grand Brûlé et la côté). 17
Atelier Radar 2017 Colloque 31 mai au 2 juin Marne-La-Vallée, France Carte interpolée des ZHD issus du modèle ERA-Interim pour le 28/04/2014 (en cm) 18
Interférogramme initial Signal troposphérique calculé par mesures GNSS et modèle ERA-Interim Interférogramme corrigé 19
Erreur moyenne quadratique entre déplacement mesuré par DINSAR avec ou sans correction, comparé au déplacement mesuré par GNSS sur les stations [mm] GNSS stations No Correction Correction using only ERA-I Correction using GNSS and ERA-I all 38 39 42 crater 46 39 27 Grandes Pentes 60 45 12 La correction semble particulièrement intéressante sur les structures Grandes Pentes Grand-Brûlé 20
Perspectives : - Test sur plus de dates, entre et autour d évènements d éruption, et différentes données radar - Amélioration de l interpolation des mesures ZHD et ZWD - Comparaison avec les méthodes empiriques - Confrontation de l apport de la correction aux phénomènes atmosphériques connus sur la zone 21