Improvement of 2-pass DInSAR-based DEM Generation Method from TanDEM-X bistatic SAR Images

The 2-pass DInSAR (Differential Interferometric SAR) processing steps for DEM generation consist of the co-registration of SAR image pair, interferogram generation, phase unwrapping, calculation of DEM errors, and geocoding, etc. It requires complicated steps, and the accuracy of data processing at each step affects the performance of the finally generated DEM. In this study, we developed an improved method for enhancing the performance of the DEM generation method based on the 2-pass DInSAR technique of TanDEM-X bistatic SAR images was developed. The developed DEM generation method is a method that can significantly reduce both the DEM error in the unwrapped phase image and that may occur during geocoding step. The performance analysis of the developed algorithm was performed by comparing the vertical accuracy (Root Mean Square Error, RMSE) between the existing method and the newly proposed method using the ground control point (GCP) generated from GPS survey. The vertical accuracy of the DInSAR-based DEM generated without correction for the unwrapped phase error and geocoding error is 39.617 m. However, the vertical accuracy of the DEM generated through the proposed method is 2.346 m. It was confirmed that the DEM accuracy was improved through the proposed correction method. Through the proposed 2-pass DInSAR-based DEM generation method, the SRTM DEM error observed by DInSAR was compensated for the SRTM 30 m DEM (vertical accuracy 5.567 m) used as a reference. Through this, it was possible to finally create a DEM with improved spatial resolution of about 5 times and vertical accuracy of about 2.4 times. In addition, the spatial resolution of the DEM generated through the proposed method was matched with the SRTM 30 m DEM and the TanDEM-X 90m DEM, and the vertical accuracy was compared. As a result, it was confirmed that the vertical accuracy was improved by about 1.7 and 1.6 times, respectively, and more accurate DEM generation was possible with the proposed method. If the method derived in this study is used to continuously update the DEM for regions with frequent morphological changes, it will be possible to update the DEM effectively in a short time at low cost.

TanDEM-X bistatic SAR 영상의 2-pass 위성영상레이더 차분간섭기법 기반 수치표고모델 생성 방법 개선

2-pass DInSAR (Differential Interferometric SAR) 기법을 이용한 DEM 생성 방법은 SAR 영상쌍 간의 정합, 간섭도 생성, 위상 unwrapping, DEM오차 계산, 좌표계 변환 등 복잡한 단계가 필요하다. 이러한 각 단계별 자료처리 정확도는 최종적으로 생성되는 DEM의 성능에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 TanDEM-X bistatic SAR 영상의 2-pass DInSAR 기법 기반 DEM 생성 방법에 대한 성능 향상을 위한 개선된 방법을 개발하였다. 개발된 DEM 생성 방법은 unwrapped 위상 내의 DEM 오차와 좌표계 변환 시 발생할 수 있는 DEM오차를 현저히 줄일 수 있는 방법이다. 개발된 알고리즘의 성능 분석은 GPS 측량으로부터 생성한 지상기준점(Ground Control Point, GCP)을 이용하여 기존의 방법과 새로 제안된 알고리즘 적용 결과의 수직정확도(Root Mean Square Error, RMSE)를 비교하여 수행하였다. 실제 unwrapped 위상 및 좌표계변환 오차에 대한 보정을 수행하지 않고 생성한 DInSAR 기반 DEM의 고도 오차는 수직정확도는 39.617 m로 관측되었고, 제안한 방법을 통하여 생성한 DEM의 수직정확도는 2.346 m로 향상됨을 확인할 수 있었다. 제안하는 2-pass DInSAR 기법을 통해 reference로 사용한 SRTM 30 m DEM(수직정확도 5.567 m)에 DInSAR로 관측한 SRTM DEM 오차를 보상하여 최종적으로 공간해상도는 약 5배, 수직 정확도는 약 2.4배 향상된 DEM을 생성할 수 있었다. 또한, 제안한 방법을 통하여 생성한 DEM의 공간해상도를 SRTM 30 m DEM과 TanDEM-X 90 m DEM과 일치시키고 수직정확도를 비교한 결과 각각 약 1.7배 및 1.6배 향상되어 제안하는 2-pass DInSAR 기반 DEM 생성 방법으로 보다 정확한 DEM 생성이 가능함을 확인할 수 있었다. 빈번한 형태학적 변화를 갖는 지역에 대한 DEM의 지속적인 업데이트를 위하여 본 연구에서 도출한 방법을 이용한다면 저비용으로 빠른 시간 내에 효과적으로 DEM을 갱신할 수 있을 것이다.