2. SAR TEKNOLOJISI VE TEMEL PRENSIPLERI
2.4. SAR Uygulamalarını Etkileyen Problemler
Yeryuvarının kendi ekseni etrafındaki dönme eylemi ile birlikte uyduların hızları (Vuydu) nedeniyle, radar sinyalleri değişikliğe uğrar. Radar yoluyla görüntülenen hedef,
uydunun her geçişinde farklı Doppler frekans kaymasının etkisi altındadır. Belli bir hedeften yansıyan tüm bu kaymalar Doppler band genişliği Dop olarak tanımlanırlar
(Hanssen, 2001; Kampes ve ark., 2003). Bu büyüklük hedefin görüntülediği andaki azimut ışın genişliği ve yapay açıklık boyutu ile ilişkilidir. Böylece SAR görüntülerinin odak noktası olan azimut çözünürlüğü belirlenebilir. Azimut çözünürlüğü aşağıda verilen (2.14) eşitliği yardımıyla hesaplanabilir:
Dop uydu azi
V
=
Δ
(2.14)Yukarıda belirtildiği gibi, sistem yapılandırmasında zero Doppler frekans aralığı olması nedeniyle, uyduya en yakın aralıkta görüntülenen hedef, en baskın geri yansıtıcıya sahiptir. Bu temel prensip gözönüne alınarak, SAR uygulamalarını etkileyen üç ana problemden söz etmek mümkündrü.
2.4.1. Geometrik Bozukluk Çeşitleri
SAR görüntüleri optik veya radar görüntüleme sistemlerinde olduğu gibi geometrik bozukluklara maruz kalırlar (Şekil 2.12-2.13). Bunlar; gölgeleme (shadowing), kısaltım (foreshortening), kaplama (layover) görüntü piksel çözünürlülüğünün değişimi, bekleme süresi ve beneklenme (speckle) olarak ifade edilir.
Şekil 2. 12. Geometrik bozukluk çeşitleri ((ESA, 2010)'dan değiştirilerek)
Görüntü üzerindeki gölgeler (shadow), uydulara sinyallerin ya hiç ya da çok zayıf yansıması sonucunda meydana gelirler. Çünkü gölge kısımlar radar sinyal vericilerine uzakta ya da görüş alanı dışındadırlar. Görüntüde gölge parlak hedef yüzeyin hemen yanında karanlık alan olarak ortaya çıkar (Şekil 2.13).
Şekil 2. 13. Geometrik bozukluk çeşitlerinin yeryüzü üzerinde gösterimi (KKH - 2853 numaralı çerçeve, azalan mod, Karadağ Bölgesi)
Tepe gibi doğal yüzeylerin eğimli kısımları, iletilen sinyal doğrultusuna dik konumda ise radarın bakış yönünde (LOS) olduğundan daha kısa yani sıkıştırılmış olurlar. Bu etki kısaltım (foreshortening) olarak adlandırılır. Özellikle dağlık bölgelerde veya kısa bakış açısı ile gözlemlenen durumlarda, yüksek kotlu bölgelerden geri yansıyan sinyal (Şekil 2.13, B noktası) A noktasına göre coğrafi olarak uyduya daha yakın olduğu için alıcıya daha hızlı ulaşır ve B noktası A'dan daha önde yer alır. Bu durum kaplama (layover) etkisi olarak sonuç görüntüye yansır.
Beneklenme (Speckle) etkisinde ise radar görüntüsünün üzerindeki ayrıntılar çok koyu ve çok açık piksellerle kaplı, karıncalanmış bir görüntü şeklinde oluşur. Bunun nedeni, güçlü bir yansıtıcı gibi davranan ve belirli bir alım geometrisi sonucunda edinilen görüntüdür. Ya da belirli bir çözünürlükte tüm nesneler tarafından yansıtılan toplam radar sinyallerinin uyumu da bu duruma sebep olabilir. Böylesi bir durum düzensiz bir yoğunluk görüntüsüyle sonuçlanır.
Kaplama, kısaltım ve eğimli yerin tam ters yüzeylerinde oluşabilen gölgelenme etkilerine dayanan problemler çoğu zaman özellikle PSInSAR uygulamaları sayesinde çözülebilir. Örneğin, genellikle radarın bakış yönünde, uydunun iki bitişik izinden seçilen radar görüntüleri görüntülenebilmektedir. En uygun izin seçilmesiyle gölgelenen alanlar azaltılabilir. Ancak 60o’den daha eğimli tepelerde oluşan deformasyonların
belirlenebilmesinde, PS noktasının tepenin uygun bir yerinde bulunamamasından kaynaklanan zorluklarla da karşılaşılabilir (Lazecky, 2011).
2.4.2. Artan ve Azalan Geçiş
Uydu platformları artan ve azalan olmak üzere iki farklı moda göre görüntü üretirler. Artan (ascending) modun geometrisi uydunun Güney-Kuzey geçişinde gerçekleşir ve hedef batıdan gözlemlenir, azalan (descending) modda ise hedef Kuzey- Güney geçişi sırasında doğudan gözlemlenir. Artan ve azalan modun coğrafi ve bilgisayar datum gerçekleşmesi Şekil 2.14’de tanımlanmaktadır.
Şekil 2. 14. Artan (ascending) ve azalan (descending) geçişlerin coğrafi ve bilgisayar datum gösterimleri ((Hooper, 2006)’dan değiştirilerek)
Şekil 2.15'de coğrafik datumları karşılaştırılan artan ve azalan bakış veri edinim biçimlerinin InSAR uygulama sonuçlarına etkisi üzerinde durmak gerekir. Bunun için SAR çalışma prensibinin geometrik temeli hatırlanmalıdır. Burada SAR sitemlerinin nasıl çalıştıkları ve sonuç ürünlerin (örneğin örüntülerden (fringe) oluşan interferogramların) kırmızı-yeşil-mavi gibi görüntülenen bir renk yelpazesi şeklinde olduğu anımsanırsa, InSAR sonucunda elde edilen haritadaki renk değişimlerinin zemin deformasyon oranlarını belirlediği sonucuna varılmaktadır. Şekil 2.15'de gösterilen, yumuşak deformasyonlu zeminlerde renk geçişleri daha kalın ve göreceli olarak yumuşak; sert veya dik deformasyonlarda renk geçişleri daha kısa ve göreceli olarak serttir.
Şekil 2. 15. Deformasyon oluşum çeşitlerinin InSAR renk gösterge çizelgesi ile gösterimi
SAR uydularının gözlem esası, yüzeyi düşey yerine eğimli olarak görüntülemesidir. Zemin batıya doğru hareket ettiğinde, eğer uydu kuzeye doğru artan yörüngede gözlem yapıyorsa, yer hareketi uyduya yakındır. Tam tersi olarak, eğer uydu güneye doğru azalan modda gözlem yapıyorsa, yer hareketi uydudan uzaktır.
Şekil 2. 16. Doğu ve batı bakış perspektifine sahip kutupsal yörüngeli uyduların şematik gösterimi (sol panel).Artan (a) ve Azalan (b) yörüngelerden yapılan gözlemler (sağ panel)
Şekil 2.16'da renk gösterge çizelgeleri altında yazılı rakamlar; uydunun görüş mesafesindeki (Line-of-sight - LOS) yer ve uydu arasındaki mesafe değişimini göstermektedir. Negatif değerler uydu ve zemin arasındaki mesafenin azaldığını göstermektedir.
2.4.3. Karmaşık SAR Görüntüleri
SAR görüntüleri karmaşık (complex) sayılar içerir. SAR platformları üzerindeki sensörler sadece faz bilgisini değil, geri yansıyan sinyallerin kullanılan polarizasyona göre yoğunluk (genlik) bilgisini de kaydeder. Yoğunluk (genlik) ve faz değerleri, bir karmaşık sayıya dönüştürüldükten sonra kaydedilir (Gabriel ve ark., 1989; Zebker ve Rosen, 1994). Yeryüzü üzerindeki en küçük alan (çözünürlük hücresi) bir piksel ile ilişkilidir. Sayısal SAR görüntüsü; satır ve sütunlardan oluşan iki boyutlu bir dizilim şeklinde tanımlanabilen küçük resim elemanlarının oluşturduğu bir mozaik şeklinde görülebilir.
Özellikle InSAR zaman serisi çalışmalarında, eğer küçük veri setleri kullanılıyorsa; faz atımı (phase jump) söz konusu olabilir ve bu durumda düzgün çözümleme işlemi gerçekleştirilemez. Düzgün çözümleme olması PS noktalarının yoğunluğuna bağlıdır. Bir diğer yandan, en uygun çözümleme için görüntülenecek pikselin radarın dalga boyunun yarısı boyutunda olması gerekir (Hanssen, 2001). Birbirine yakın sabit olmayan (yer değiştiren) bir nokta ile sabit bir nokta arasındaki faz atımı, yer değişim miktarının yarım dalga boyundan daha büyük olması durumunda gerçekleşir. Başka bir deyişle, eğer deformasyon dalga boyunun yarısından büyük ise faz atımı nedeniyle deformasyon tespit edilemez. Bu durumda maksimum belirlenebilecek deformasyon oranı [-π,+π] aralığındadır.
Örneğin Envisat için: λ=5.6 cm, λ /2=2.8 cm'dir. Bu durumda 2.8 cm'den daha büyük deformasyon düzgün yansıtıcı değer içermeyen kısıtlı PS noktaları ile hesaplanamaz. Bu durumun örneğin en az 100 adet iyi PS ile mekansal-zamansal çözümleme yapılarak çözülebilir (Hanssen, 2001).