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Simultane Schätzung von Topographie und Dynamik polarer Gletscher aus multi-temporalen SAR Interferogrammen

机译:从多时相SAR干涉图同时估算极地冰川的地形和动力学

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摘要

This thesis presents a new technique to simultaneously estimate topography and motion of polar glaciers and ice sheets from multi-temporal SAR interferograms. In this approach the unknown parameters, i.e. topography and surface displacement, are estimated from a redundant number of observations. The resulting redundancy is systematically used to attach realistic accuracy and robustness measures to all estimated unknowns and to reveal possible gross errors in the observations or errors in the model. Additionally, the redundancy facilitates replacing very restrictive model components by more flexible models with a higher amount of free parameters. This leads to a better description of the real behavior of the object. The approach combines several SAR interferograms into a least-squares adjustment based on the Gauss-Markov model. In order to connect the multi-temporal data sets, a spatio-temporal model is proposed that describes the properties of the surface and its temporal evolution. The parameterization of the model can be adapted considering the properties of the object under investigation. Tests with simulated data show that, with this technique, both topography and motion of polar ice caps can be estimated with an accuracy of a few meters or a few centimeters per day, depending on the configuration of the adjustment. The quality of the estimated parameters depends on the accuracy of the phase observations, the observation geometry, and the number of involved data sets. Analyses of the robustness of the approach additionally indicate a high robustness of the estimated unknowns with respect to gross errors in the observations. The influence of the atmospheric path delay on the unknowns is analyzed and quantified for various observation geometries and different atmospheric conditions. It is shown that errors in the assumed deformation model significantly falsify the estimated parameters. Thus, the configuration of the spatio-temporal model must be chosen carefully. In addition to the estimation of surface topography and motion, the method and its inherent analysis tools allow to determine the observation geometry that is necessary to reach a pre-defined accuracy level in advance. Therefore, the method is a very useful tool for project planing. By means of a case study aimed at the observation of a huge ice dome in the Russian arctic the feasibility of the approach in real-life situations is demonstrated.%Die vorliegende Arbeit präsentiert eine neue Methode zur simultanen Schätzung von Topographie und Bewegung polarer Gletscher und Eisflächen aus multi-temporalen SAR Interferogrammen. Die unbekannten Parameter Topographie und Bewegung werden dabei aus einer redundanten Anzahl an Beobachtungen geschätzt. Die Redundanz wird systematisch zur Ableitung realistischer Genauigkeitsaussagen sowie zur Aufdeckung möglicher grober Fehler bzw. Modellfehler genutzt. Die Überbestimmung eröffnet ebenfalls die Möglichkeit, restriktive Modellkomponenten durch flexiblere Modellkomponenten mit einer größeren Anzahl an freien Parametern zu ersetzen und gewährleistet dadurch eine bessere Beschreibung der tatsächlichen Verhältnisse. Der Ansatz basiert auf der Kombination einer Anzahl von SAR Interferogrammen in einer Kleinste-Quadrate-Ausgleichung nach dem Gauss-Markov Modell. Zur Verknüpfung der multi-temporalen Datensätze wird ein räumlich-zeitliches Modell vorgeschlagen, das die Eigenschaften der beobachteten Oberfläche und deren zeitliche Veränderung beschreibt.
机译:本文提出了一种从多时相SAR干涉图同时估算极地冰川和冰盖地形和运动的新技术。在这种方法中,未知参数,即地形和表面位移,是从大量观测值中估算出来的。所得的冗余被系统地用于对所有估计的未知数附加实际的准确性和鲁棒性度量,并揭示观测值中可能存在的重大误差或模型中的误差。此外,冗余还有助于通过具有更多自由参数的更灵活的模型来替换非常严格的模型组件。这样可以更好地描述对象的实际行为。该方法基于高斯-马尔可夫模型将几个SAR干涉图组合成最小二乘平差。为了连接多时间数据集,提出了一个时空模型,该模型描述了表面的属性及其时间演化。可以考虑研究对象的属性来调整模型的参数化。使用模拟数据进行的测试表明,使用该技术,根据调整的配置,每天可以估计几米或几厘米的精度来估计极地冰盖的地形和运动。估计参数的质量取决于相位观测值的准确性,观测值的几何形状以及所涉及数据集的数量。该方法的鲁棒性分析还表明,相对于观测中的严重误差,估计的未知数具有很高的鲁棒性。针对各种观测几何形状和不同的大气条件,分析并量化了大气路径延迟对未知数的影响。结果表明,假设的变形模型中的误差明显地影响了估计的参数。因此,必须谨慎选择时空模型的配置。除了估计表面形貌和运动之外,该方法及其固有的分析工具还可以确定要预先达到预定精度水平所需的观察几何形状。因此,该方法是用于项目计划的非常有用的工具。通过针对俄罗斯北极地区一个巨大冰穹的观测的案例研究,证明了该方法在现实生活中的可行性。% Eisflächenaus多时相SAR干涉图。不可编辑参数Topographie和Bewegung werden dabei aus einer Redunden Anzahl and Beobachtungengeschätzt。 Die Redundanz wird systematisch zur Ableitung realistischer Genauigkeitsaussagen sowie zur Aufdeckungmöglichergrober Fehlerbzw。 Modellfehler genutzt。死于模棱两可的行为,再加上灵活的模范主义高斯-马尔可夫模型中的Kerinste-Quadrate-Ausgleichung干涉图中的干涉图。 ZurVerknüpfungder multitemporalenDatensätzewird einräumlich-zeitlichesModell vorgeschlagen,das die Eigenschaften der beobachtetenOberflächeund deren zeitlicheVeränderungbeschreibt。

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