Evaluating SAR positioning accuracy: a robust a-priori point selection toolbox to support InSAR for Geodesy

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) is a powerful remote sensing technique to monitor Earth's surface displacements. It allows millimeter-precise measurements on wide areas of the Earth at a sustained revisit time, making it highly attractive for geodesy. However, a limitation of InSAR is that it can only provide displacement estimates relative to a reference point. The interpretation of results is based on the assumption of a certain kinematic behavior of the reference point, which can be unreliable due to the often uncertain association of this reference point with its real-world object. One solution to this problem is to install Corner Reflectors (CRs) on objects whose kinematics is known from other means of measurement and use them as the reference point in the InSAR solution. Delft University of Technology leads research on InSAR datum connection, having installed an extensive network of Integrated Geodetic Reference Stations (IGRSs) for this purpose. While the selection of these reference points can be performed manually for case studies, a fast automated method is needed when conducting an InSAR analysis in a recursive framework.In this thesis, we describe the implementation of a robust toolbox for identifying a CR's location in SAR images and use the information in an InSAR processing software, through a technique named Radar-coding. A state-of-the-art methodology for Radar-coding is presented, its implementation is discussed, and its testing on a network of IGRS is reported. Our test setup allows us to investigate also the positioning accuracy of Sentinel-1 SAR products, complementing past studies on different geographic locations. Results show a good agreement with past studies, with a centimeter-level positioning dispersion, contributing to a general investigation on Sentinel-1 SAR geometric accuracy, and supporting our considerations on the implementation of our point-selection toolbox.

L'interferometria SAR (InSAR) è una potente tecnica di telerilevamento. Basata su immagini generate da Radar ad Apertura Sintetica (SAR), permette di misurare cambiamenti sulla superficie terrestre con precisione sub-millimetrica su larghe scale, ripetutamente nel tempo e senza richiedere campagne dedicate, essendo quindi vantaggiosa per applicazioni geodetiche. Una sua limitazione è che le misure ottenute, pur essendo molto precise, sono relative a un punto di riferimento: i risultati vengono quindi interpretati assumendo la cinematica di questo punto, spesso considerandola nulla. Questa ipotesi non è sempre affidabile, poichè l'associazione dei punti visibili ai corrispondenti oggetti nel mondo reale è spesso incerta. Una soluzione consiste nell'installare dei riflettori ad angolo su oggetti la cui cinematica è misurabile tramite un sistema di misura indipendente, collocato a un dato geodetico. Le Integrated Geodetic Reference Stations (IGRS) rappresentano la soluzione progettata da TU Delft per permettere la connessione tra InSAR e un dato geodetico, imbarcando su uno stesso corpo rigido, oltre agli altri, due riflettori ad angolo e un ricevitore GNSS ad alta precisione. Per impiegare dei riflettori ad angolo come punti di riferimento, è necessario riconoscerli nelle immagini SAR. I riflettori possono essere selezionati manualmente in casi singoli, ma nel caso in cui delle analisi InSAR siano ripetute sistematicamente è conveniente l'impiego di un software dedicato. In questa tesi viene descritta l'implementazione di un software per identificare riflettori radar (e quindi IGRS) in set di immagini SAR con l'obiettivo di impiegarli in analisi InSAR sistematiche. Il software sfrutta una tecnica chiamata Radar-coding, che consiste nel predirre le coordinate radar di un oggetto a partire dalle sue coordinate terrestri. Viene quindi descritta una metodologia di Radar-coding allo stato dell'arte, discussa l'implementazione e la verifica su una rete di IGRS. La configurazione adottata per i test, permette di valutare parallelamente l'accuratezza geometrica dei prodotti SAR generati da Sentinel-1, supportando le considerazioni fatte sull'implementazione del software e complementando studi precedenti in altre aree geografiche.