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干渉SARの誤差

SAR干渉画像に含まれる誤差

水蒸気による誤差

水蒸気の誤差は、大きく分けて、鉛直方向の水蒸気分布の違いによるものと水平方向の水蒸気分布の違いによるものがあります。
鉛直方向の水蒸気分布による誤差は、地形ととても似た形で現れます。山や谷などの地形によって大気の厚さが異なる影響で水蒸気量の差が現れるのです。下の図は、富士山や伊豆半島を含む地域のSAR干渉画像です。画像のあちこちに、数センチメートルの変動に相当する色の変化が見られます。これらは、実際に地表が動いたものではなく、大気中の水蒸気の空間的なムラによるものです。この誤差は、標高との相関を利用することで、ある程度推定することが可能です。

標高に相関する水蒸気による誤差の例

下の図の左及び中央の干渉画像はほぼ同じ期間のものですが、色が大きく異なります。中央の干渉画像の期間を含む左の干渉画像でほぼ色の変化が見られないことから、この期間には実際は大きな変動はなく、中央の干渉画像の色の変化は水蒸気による誤差であることが疑われます。そこで、右の図のように中央の干渉画像の観測日時における雨雲のようすを確認すると、雨雲の分布と色が変化が似ていることがわかります。
このように水平方向の水蒸気分布による誤差は、局所的な気象現象によってランダムに現れるため、異なる干渉画像で同じ位置に色の変化が見られないものは除去することは困難です。このような場合には、正しい変動量をを知るためには、解析ペアを変更した複数の解析結果などから判断することが重要になります。

 水平方向の水蒸気分布による誤差

電離層による誤差

電離層の影響については、従来、大きくないと考えられていました。しかし、近年のSAR衛星の軌道情報の誤差は小さくなり、電離層の影響が顕在化してきました。波長が長いほど電離層の影響が大きくなります。「だいち」や「だいち2号」は海外の衛星と比べて波長が長いLバンドレーダーを使用しているため、電離層の影響が干渉画像に誤差として現れやすくなります。「だいち」における電離層の影響に関しては、GNSSから推定された電離層の擾乱と類似した見かけの変位が見られた多くの事例があり、時には数十cm程度の誤差となります。
電離層による誤差の例

DEMによる誤差

DEM(DEM; Digital Elevation Model)とは、数値標高モデルのことで、干渉画像を作成する過程で、地形によって生じた縞(地形縞とよんでいます)を除去する際に使用されます。このとき、DEMとSAR観測で計測された地表面の形状が異なる場合、その差が位相差として画像に現れ、変動があるかのように見えることがあります。また、この位相差は基線長が長くなるほど顕著になりますので、わずかなDEMの誤差であっても、大きな誤差として画像に現れることがあります。
下のグラフは、縦軸に位相差が360度になるときの、DEMとSAR観測時の地表面の高さの差(単位:m)を、横軸に基線長(単位:m)をとったものです。このグラフから、オフナディア角(SAR衛星の鉛直下方向と衛星視線方向とのなす角)が32.4度、基線長が100mの場合、DEMとSAR観測で高さ方向の差がおよそ600mあると、位相が360度度変化し、SAR干渉画像上でその場所は地表面が約12cm変化したように見える、ということが分かります。同じように、オフナディア角が32.4度、基線長が500mの場合を見ると、DEMとSAR観測との差が100mで、位相が360度変化し、SAR干渉画像上では約12cm変化したように現れます。つまり、基線長が長いほど、DEMの誤差の影響が大きいことが分かります。
通常、国内の解析では、国土地理院の基盤地図情報(数値標高モデル)のうち10mメッシュ(標高)を利用して地形縞を計算し、補正しています。その高さ精度は5m以内と高精度ですが、国土地理院の基盤地図情報(数値標高モデル)のうち10mメッシュ(標高)の元となるデータは2000年以前に整備されたものです。2000年以降に土地の造成によって標高が大きく変わった場所では位相差が生じます。このような場所では、土地の履歴について聞き取り調査を行ったり、空中写真や地形図と見比べて、土地の造成が行われていないか調べることで確認できます。
DEMによる誤差と基線長との関係

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