Comparative Investigation of C-Band Sentinel-1 Sar Satellite Image Quality Depending on Doppler Centroid Frequency

Abstract

Sentetik Açıklıklı Radar (SAR) görüntüleme, hedef nesnelerin görüntülerini oluşturmak için kullanılan aktif radar görüntüleme biçimidir. Elektromanyetik dalgalar bir anten tarafından hedefe yönlendirilmekte ve hedeften yansıyan sinyaller yine anten tarafından toplanmaktadır. Sahne büyüklüğü, yaklaşık olarak aynı büyüklükte bir fiziksel anten ihtiyacı gerektirdiği için bu ihtiyaç, küçük bir antenin taşıyıcı bir platform ile sahne üzerinde seyahati ile gerçekleştirilmektedir. Bu işlem hedef sahne ile aynı uzunlukta bir anten olduğu algısını oluşturmakta ve sentetik açıklık bu sayede sağlanmaktadır. Bu tez çalışmasında, temel SAR görüntüleme için görüntü işleme ve oluşturma aşamaları ayrıntılı bir şekilde sunulmuştur. SAR görüntü kalitesini etkileyen gelişimi mümkün olan etkenlerden bahsedilmiş ve en önemli parametrelerden biri olan Doppler frekansının önemi ve etkisi detaylıca açıklanmıştır. Daha fazla gelişim için SAR sistemine sahip bilim kuruluşlarının araştırmacılara açık kaynak erişimi sağlaması önem arz etmektedir. Bu amaçla, Avrupa Uzay Ajansına ait Sentinel-1 uydusundan Avrupa Birliği Copernicus Programı ile sağlanan açık erişim verilerinden faydalanılmıştır. Çalışmada, Sentinel-1 C-bandı SAR uydusu için veriler üzerinden yapılan tahminler, geometriden yapılan hesaplamalar ve her iki yöntemin birleşimini öngören bu çalışma özelinde bir dizi pratik yöntem kullanılarak sunulan bir diğer yöntem ile elde edilen Doppler frekansının görüntü kalitesi üzerindeki etkisi incelenmiştir. MATLAB yazılım ve programlama dili kullanılarak yapılan değerlendirmeler, Doppler frekansının veriler üzerinden yapılan tahminler ile geometriden yapılan hesaplamaların birleşiminin, görüntü kalitesi açısından daha iyi sonuçlar verdiğini göstermektedir.Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging is a form of active radar imaging used to create images of target objects. Electromagnetic waves are directed to the target by an antenna and the signals reflected from the target are again collected by the antenna. Since the size of the scene requires a physical antenna of approximately the same size, this need is realized by traveling a small antenna over the scene with a carrier platform. This process creates the perception that there is an antenna of the same length as the target scene and synthetic aperture is thus provided. In this thesis, image processing and generation stages for basic SAR imaging are presented in detail. Possible developmental factors affecting SAR image quality are mentioned and the importance and effect of Doppler frequency, which is one of the most important parameters, is explained in detail. For further development, it is important that scientific institutions with SAR systems provide open source access to researchers. For this purpose, open access data provided by the European Union Copernicus Programme from Sentinel-1 satellite belonging to the European Space Agency were used. In the study, for the Sentinel-1 C-band SAR satellite the effect of Doppler frequency obtained by fine estimates based on data, calculations made from geometry and another method that foresees the combination of both methods by presenting a series of practical methods specific to this study, on image quality has been investigated. Evaluations made using MATLAB software and programming language show that the combination of Doppler frequency estimations made on data and calculations made from geometry gives better results in terms of image quality.