Updating DEMs using RADARSAT-1 data

We present and analyze an algorithm for the production of accurate digital elevation models (DEMs) using interferometric synthetic aperture radar (InSAR). The algorithm requires minimal manual intervention, as a result of using coarse or low-quality DEMs in the InSAR processing stream. The low-quality DEM data are used to estimate the relative geometry (baseline parameters) of the SAR systems. The baseline parameters are estimated during two different stages of InSAR processing: (i) during interferogram conditioning, where the raw interferogram is preconditioned in preparation for phase unwrapping; and (ii) during production of the final InSAR-updated DEM. Analysis of the algorithm shows that the estimated baseline parameters result in an output InSAR DEM with approximately the same mean and trends in range and azimuth as the input DEM. This is achieved because the new algorithm allows the baseline parameters to absorb errors due to offsets and trends in the auxiliary parameters, such as range distance and satellite altitudes, and in the unwrapped phase. We have demonstrated the ability of the algorithm to improve DEMs of various qualities using RADARSAT-1 InSAR data. The generated DEMs have standard deviations of 12–20 m with respect to a control DEM with an accuracy of 3 m standard deviation. This represents a two to four times improvement in height accuracy compared with the input DEMs. Résumé. Nous présentons et analysons un algorithme pour la production de modèles numériques de terrain (MNT) de précision utilisant des données interférométriques radar à synthèse d’ouverture (InSAR). L’algorithme requiert une intervention manuelle minimale dû au fait qu’on utilise des MNT de qualité grossière ou faible dans la procédure de traitement InSAR. Les données MNT de qualité réduite sont utilisées pour estimer la géométrie relative (paramètres de référence) des systèmes ROS. Les paramètres de référence sont estimés au cours de deux étapes différentes du traitement InSAR : (i) durant le conditionnement de l’interférogramme où l’interférogramme brut est pré-traité en préparation pour le développement de phase, et (ii) durant la production du MNT final mis à jour par InSAR. L’analyse de l’algorithme montre que les résultats des paramètres de référence estimés constituent un MNT InSAR de sortie ayant approximativement la même moyenne et tendances en portée et azimut que le MNT d’entrée. Ceci est possible grâce au nouvel algorithme qui permet aux paramètres de référence d’absorber les erreurs dues aux décalages et tendances dans les paramètres auxiliaires, comme la distance en portée et les altitudes du satellite, et dans la phase non développée. Nous avons démontré le potentiel de l’algorithme dans l’amélioration des MNT de qualités diverses en utilisant des données InSAR de RADARSAT-1. Les MNT générés donnent des erreurs standard de 12–20 m par rapport à un MNT de contrôle, avec une précision de 3 m au niveau de l’erreur standard. Ceci représente une amélioration de l’ordre de deux à quatre fois supérieure en précision sur la hauteur comparativement aux MNT d’entrée. [Traduit par la Rédaction]