Novel SAR decomposition approaches in remote sensing
Authors: Καραχρήστος Κωνσταντίνος 
Published: July 2024

Η τηλεπισκόπηση πρωταγωνιστεί στη μελέτη των οικοσυστημάτων προσφέροντας συνεχώς υψηλής ποιότητας δεδομένα από μια σειρά δορυφορικών συστημάτων. Με περισσότερους από 150 δορυφόρους παρατήρησης της Γης να βρίσκονται σήμερα σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη, το ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (SAR) αναδεικνύεται σε βασική τεχνολογία παρατήρησης της Γης λόγω της ευελιξίας και των ευρέων εφαρμογών του. Σε αντίθεση με την οπτική απεικόνιση, το SAR εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα προς τους στόχους και λαμβάνει τα οπισθοσκεδαζόμενα σήματά τους, επιτρέποντας τη συνεχή απόκτηση δεδομένων και μάλιστα ανεξάρτητα από τις εκάστοτε καιρικές συνθήκες. Τα πλήρως πολωσιμετρικά SAR δεδομένα (PolSAR) παρέχουν πλούσιο πληροφοριακό περιεχόμενο για τα χαρακτηριστικά της εξεταζόμενης επιφάνειας, όπως η γεωμετρία, η ανακλαστικότητα και οι γεωφυσικές ιδιότητες, όπως η περιεκτικότητα σε υγρασία και η τραχύτητα. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα σημαντικά στην ολοκληρωμένη ανάλυση στόχων. Το στάδιο της επεξεργασίας των πληροφοριών είναι κρίσιμο σε διάφορες εφαρμογές που αξιοποιούν πλήρως πολωσιμετρικά δορυφορικά δεδομένα ενισχύοντας κατ’ αυτόν τον τρόπο τη συνεχή έρευνα σε μεθόδους εξαγωγής πληροφορίας. Η παρούσα διατριβή αποτελεί μια ολοκληρωμένη μελέτη της επεξεργασίας δορυφορικών δεδομένων SAR, ξεκινώντας με τις θεωρητικές βάσεις της φυσικής που σχετίζονται με την τηλεπισκόπηση. Παράλληλα αναλύει λεπτομερώς την τεχνολογία SAR. Εμβαθύνει σε τεχνικές ανάλυσης πολωσιμετρικών δεδομένων για την εξαγωγή πληροφοριών, δίνοντας έμφαση στην παρουσίαση του νέου μοντέλου διπλού σκεδαστή (Double Scatterer Model), το οποίο εφαρμόζεται στη συνέχεια σε διαδικασίες ταξινόμησης και ανίχνευσης στόχων, προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα και η ευελιξία του. Έχοντας αναλύσει τις βασικές αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού στις οποίες βασίζεται η λειτουργία των ραντάρ, τα απαραίτητα μαθηματικά εργαλεία και τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας SAR στα κεφάλαια 2 και 3, το κεφάλαιο 4 παρέχει μια εμπεριστατωμένη ανάλυση των τεχνικών που εξαγωγής πληροφορίας από πλήρως πολωσιμετρικά δεδομένα SAR. Οι τεχνικές αυτές ταξινομούνται σε coherent και non-coherent με βάση την υπόθεση, σχετικά με την κατανομή της πληροφορίας μεταξύ των πολωσιμετρικών κελιών. Η διατριβή διερευνά τόσο κλασσικές όσο και καινοτόμες προσεγγίσεις στην πολωσιμετρική ανάλυση εντός αυτών των κατηγοριών. Η μέθοδος Pauli και αυτή του Cameron αναλύονται διεξοδικά εντός της coherent κατηγορίας. Μεταβαίνοντας στις non-coherent μεθόδους, η διατριβή διερευνά την τεχνική που προτάθηκε από τους Freeman και Durden, την προσέγγιση Yamaguchi και τη μέθοδο ιδιοδιανυσμάτων-ιδιοτιμών των Cloude και Pottier. Πειραματικές δοκιμές στο σετ δεδομένων που απεικονίζει την περιοχή του Βανκούβερ πραγματοποιούνται.Ακολουθεί η νέα μέθοδος του μοντέλου Double Scatterer Model, το οποίο παρουσιάζει μια καινοτόμα προσέγγιση στις διαδικασίες εξαγωγής πληροφορίας από πλήρη πολωσιμετρικά δεδομένα, παρέχοντας πλούσιο και ποιοτικό πληροφοριακό περιεχόμενο. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα και την ευρωστία της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Μέσω αυτής της ολοκληρωμένης μελέτης, η διατριβή συμβάλλει στην προώθηση των μεθοδολογιών τηλεπισκόπησης και των εφαρμογών τους στην ανάλυση και παρακολούθηση οικοσυστημάτων.