InSAR와 PolSAR

SAR 영상의 밝기 말고 무엇을 더 읽을 수 있는가? 두 가지가 대표적이다.

InSAR

조금 떨어진 두 궤도에서 같은 장면을 찍으면, 높이가 다른 점은 두 궤도까지의 거리가 조금씩 다르다. 그래서 두 영상의 위상 차(간섭 위상)에 높이 정보가 들어 있다. 두 궤도의 시선과 수직인 간격을 수직 기선 $B_\perp$ 라 하면, 평평한 땅의 위상을 뺀 간섭 위상은 다음과 같다.

\phi=\frac{4\pi B_\perp h}{\lambda R\sin\theta},\qquad h_{2\pi}=\frac{\lambda R\sin\theta}{2B_\perp}

$h_{2\pi}$ 는 위상이 한 바퀴 도는 높이로 height of ambiguity라 한다. 레이다는 $2\pi$ 로 감긴 위상만 재므로, 16장처럼 위상을 펼쳐야 높이가 나온다. 이것이 SAR 간섭(interferometric SAR, InSAR)이다. 같은 궤도를 시간을 두고 두 번 지나면 같은 원리로 땅의 움직임을 mm 단위로 잰다(차분 InSAR).

C 대역 위성(λ = 5.55 cm, R = 800 km, 입사각 35°)이 높이 300 m의 언덕을 가로지르는 1 km 단면을 본다. 위가 지형, 아래가 간섭 위상이다.

해 보기

간섭 위상을 펼쳐 언덕 꼭대기 높이를 읽고, 꼭대기까지 줄무늬가 몇 개인지 확인하라.
관찰
$h_{2\pi}=63.7$ m라 꼭대기까지 줄무늬가 4.71개이다. 펼친 위상에서 다시 읽은 꼭대기 높이는 300.0 m이다.
기선이 400 m이면 줄무늬가 어떻게 바뀌는지 보고, 위상 펼침(phase unwrapping)이 쉬워지는지 어려워지는지 생각해 보라.
관찰
$h_{2\pi}=31.8$ m로 줄무늬가 9.42개로 촘촘해진다. 높이에 대한 위상이 민감해지는 만큼 위상 펼침은 어려워진다.

PolSAR

편파(polarization)를 바꾸어 보내고 받으면 산란이 일어난 방식을 가를 수 있다. 수평(H)과 수직(V)으로 보내고 받는 네 조합 HH, HV, VH, VV를 모두 재는 것을 편파 SAR(PolSAR)라 한다. 매끈한 면의 한 번 반사, 건물 벽과 땅이 만드는 두 번 반사, 숲처럼 여러 번 흩어지는 체적 산란은 이 네 값의 관계가 다르다. 예를 들어 Pauli 분해는 $|HH+VV|$ , $|HH-VV|$ , $|HV|$ 를 각각 한 번 반사, 두 번 반사, 체적 산란의 세기로 본다. 밝기가 같은 두 영역도 산란 방식이 다르면 PolSAR로 가를 수 있다.