Reducing ionospheric electron density errors in satellite radar interferometry applications

AbstractIt has been demonstrated that ionospheric electron density disturbances can influence multi-pass satellite radar interferometry (SRI). This has been observed to occur near the magnetic poles, particularly during strong magnetic disturbances. Ionospheric disturbances most clearly appear in interferometric synthetic aperture radar (InSAR) as a kilometre-scale modulation in the azimuth pixel shift needed for optimal registration of the interferometric pair. This modulation (also known as "azimuth streaks") also affects the InSAR phase, and consequently such SRI applications as digital elevation model (DEM) generation and displacement measurement, and may appear as "streaks" in the coherence map. The effect is worse for L-band systems (e.g., Japanese Earth resources satellite 1 (JERS-1) and Phased array type L-band synthetic aperture radar (PALSAR)), but can be significant even at C band (e.g., European remote sensing satellites ERS-1/2 and RADARSAT I and II). The influence of ionospheric effects on interferogram phase can often be predicted, and the magnitude can be estimated, by an inspection of a map of the shift in azimuth position for optimal registration obtained using the "speckle tracking" technique. For DEM generation, the ionospheric phase contribution can be approximated, and removed from the interferogram phase, by the scaled and filtered integral of this azimuth shift map. For displacement-measurement applications, appropriate filtering of the distinct patterns of the azimuth streaks is the only resort.Il a été démontré que des perturbations de la densité électronique de l'ionosphère peuvent influencer l'interférométrie radar multipassage par satellite (IRS). Cela a été observé près des pôles magnétiques, en particulier lors d'intenses perturbations magnétiques. Des perturbations ionosphériques se manifestent des plus nettement avec le radar interférométrique à synthèse d'ouverture (InSAR) sous forme d'une modulation d'échelle kilométrique du décalage en azimut des pixels nécessaire pour le repérage optimal du couple interférométrique. Cette modulation (également appelée zébrures azimutales) touche également la phase InSAR, ce qui fait que des applications en IRS telles la génération de modèles altimétriques numériques (MAN) et la mesure du déplacement peuvent également présenter des « zébrures » sur la carte de cohérence. Les effets sont pires pour les systèmes utilisant la bande L (p.ex. JERS-1 et PALSAR), mais peuvent être importants même dans la bande C (p.ex. ERS-1/2 et RADARSAT I et II). L'influence des effets ionosphériques sur la phase de l'interférogramme peut souvent être prévue et son ordre de grandeur estimé d'après l'inspection d'une carte de la position du décalage en azimut pour le repérage optimal obtenu par la méthode dite de « suivi du chatoiement ». Pour la génération de MAN, la contribution de la phase ionosphérique peut être approximativement établie et supprimée de la phase de l'interférogramme d'après l'intégrale mise à l'échelle et filtrée sur cette carte du décalage en azimut. Dans le cas des applications en mesure du déplacement, il n'est d'autre solution qu'un filtrage approprié des configurations distinctes des zébrures azimutales.