Experience in deploying radar corner reflectors for insar monitoring

Abstract

Мета цієї роботи – аналіз ефективності розгортання наземних кутових відбивачів різних розмірів та конструкцій для проведення радіолокаційного моніторингу супутником Sentinel-1. Методика. Точність визначення просторових рухів поверхні методом InSAR у місцях розгортання кутових відбивачів залежить від їхнього розміру, а також співвідношення сигнал-шум на радіолокаційних знімках. Тому при проектуванні положення кутового відбивача попередньо виконано оцінку інтенсивності зворотного розсіювання вибраної території на радарних знімках. В місцях розгортання наземних кутових відбивачів прагнули забезпечити збільшення зворотного розсіювання не менше ніж на 10 dB. Орієнтування кутових відбивачів виконувалось на основі даних про параметри орбіти супутника Sentinel-1, які отримано з веб-ресурсу Heavens Above. Оцінку зміни рівня інтенсивності зворотного розсіювання на радіолокаційних знімках проводили із застосуванням онлайн-платформи EO Browser. Результати. Досліджено ефективність розгортання та моніторингу тригранних трикутних кутових відбивачів розміром 0,5 м та 1 м. Результати досліджень дали змогу узагальнити досвід розгортання тимчасових кутових відбивачів та використати його для проектування конструкцій відбивачів для постійного моніторингу засобами радіолокаційного зондування. Максимальна автономність та постійне значення ефективної площі розсіювання трикутного кутового відбивача забезпечена завдяки обладнаному захисному екрану, що перешкоджає потраплянню атмосферних опадів всередину відбивача. На відміну від тригранних кутових відбивачів, які зорієнтовані на висхідну або низхідну орбіту супутника, круговий чотиригранний кутовий відбивач забезпечує підвищення інтенсивності зворотного розсіювання на радіолокаційних знімках, зроблених з різних орбіт та різними супутниками. Круговий чотиригранний відбивач, який було розгорнуто для постійного моніторингу, характеризується як універсальний відбивач для усіх можливих сенсорів, що проводитимуть радіолокаційне знімання. Наукова новизна та практична значущість полягають у підтвердженні ефективності використання наземних кутових відбивачів для підвищення інтенсивності зворотного розсіювання на радіолокаційних знімках. Апробовані та удосконалені конструкції відбивачів можуть бути використані при створенні мережі для постійного моніторингу, що дозволить забезпечити міліметрову точність визначення просторових рухів земної поверхні та інженерних споруд методом InSAR.

This work aims to analyze the effectiveness of corner reflectors deployment designed in various for InSAR monitoring by the Sentinel-1 satellite. Method. The accuracy of determining the spatial movements of the surface by the InSAR method in the places where the corner reflectors are deployed depends on their size, as well as the signal-to-clutter ratio on the radar images. Therefore, it is necessary to assess the backscattering intensity on radar images for the selected territory before installing the corner reflector. In places where corner reflectors are to be deployed, an increase in backscatter should be at least 10 dB. The orientation of the corner reflectors was performed based on Sentinel-1 satellite orbit parameters, which were obtained from the Heavens Above web resource. The analysis of the backscatter intensity time series on radar images was carried out using the online platform EO Browser. Results. The effectiveness of deployment and monitoring of trihedral triangular corner reflectors measuring 0.5 m and 1 m was studied. The research results made it possible to generalize the experience of deploying temporary corner reflectors and use them to design reflector structures for permanent monitoring using radar sensing. The maximum autonomy and constant value of the effective scattering area of the triangular corner reflector is ensured thanks to the equipped protective screen that prevents atmospheric precipitation from entering the reflector. Unlike three-sided corner reflectors, which are oriented to the ascending or descending orbit of the satellite, the circular four-sided corner reflector provides an increase in the intensity of backscatter on radar images taken from different orbits and different satellites. The circular quadrilateral reflector, which was deployed for continuous monitoring, is characterized as a universal reflector for all possible sensors that will conduct radar imaging. Scientific novelty and practical significance are in the confirmation of the effectiveness of the use of ground corner reflectors to increase the intensity of backscattering on radar images. Tested and improved designs of reflectors can be used when creating a network for constant monitoring, which will ensure millimeter accuracy in determining the spatial movements of the earth's surface and engineering structures by the InSAR method.