50
Doc.: QCP Issue: 1.4 Date: 31.10.2006 Page: 1 of 50 Remote Sensing Technology Institute Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - Terrafirma Quality Control Protocol for Level 1 Products DLR-IMF – Remote Sensing Technology Institute prepared: N. Adam Date approved: R. Capes Date released: Ph. Bally Date

Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

  • Upload
    vanthu

  • View
    224

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 1 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

Terrafirma

Quality Control Protocol for Level 1 Products

DLR-IMF – Remote Sensing Technology Institute

  prepared: 

N. Adam     Date       approved: 

R. Capes     Date     released: 

Ph. Bally      Date  

Page 2: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 2 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

DOCUMENT CHANGE CONTROL

// ************************************************************* // Project : Terrafirma Stage II // CVS logging // Quality Control Protocol // for level 1 products // ------------------------------------------------------------- // File : $RCSfile: terrafirma_level1_quality_control__cvs.doc,v $ // ------------------------------------------------------------- // Version : $Revision: 1.4 $ // ------------------------------------------------------------- // Date : $Date: 2006/10/30 09:40:44 $ // ------------------------------------------------------------- // Author : Nico Adam // ------------------------------------------------------------- // Last modified by : $Author: nadam $ // ************************************************************* /* ************************************************************* * $Log: terrafirma_level1_quality_control__cvs.doc,v $ * Revision 1.4 2006/10/30 09:40:44 nadam * restructured entire document: * a) removed section on Theoretical Basis * b) removed section on Technical Concept and Algorithms * c) adapted introduction to reflect new document structure * d) initial support for EC Fast Track Services * * Revision 1.3 2006/10/17 17:40:27 nadam * incorporated hints of Ren Capes: * a) removed reference to PSIC4 * b) added flow chart visualisation of the QCP * c) fixed typos * * Revision 1.2 2006/07/24 12:34:27 nadam * initial setup of document structure * * Revision 1.1.1.1 2006/07/24 12:30:17 nadam * initial import into cvs * ******************************************************* */

Page 3: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 3 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

TABLE OF CONTENTS

1 INTRODUCTION............................................................................................................................. 5 1.1 PURPOSE AND SCOPE................................................................................................................... 5 1.2 INTENDED READERSHIP ................................................................................................................. 5 1.3 GLOSSARY................................................................................................................................. 6 1.4 REFERENCES............................................................................................................................... 7 1.4.1 APPLICABLE DOCUMENTS....................................................................................................... 7 1.4.2 REFERENCE DOCUMENTS........................................................................................................ 7

1.5 DOCUMENT OVERVIEW ................................................................................................................ 9 1.6 USED TEXT STYLES .................................................................................................................... 10

2 INSAR SOFTWARE AND PRODUCTS OVERVIEW ................................................................................. 12

3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS....................................................................................... 13

4 DESCRIPTION OF THE QUALITY CONTROL PROTOCOL.......................................................................... 15 4.1 PROJECT OVERVIEW................................................................................................................... 16 4.2 DATA AVAILABILITY AND FEASIBILITY............................................................................................. 16 4.3 RELEVANT VERSION ................................................................................................................... 18 4.4 PROCESSING ............................................................................................................................ 19 4.4.1 MISSING LINES CHECK ON SLCS............................................................................................ 19 4.4.2 COREGISTRATION: SINGLE SCENE OUTLIER DETECTION ............................................................... 20 4.4.3 COREGISTRATION: SYSTEMATIC ERROR DETECTION.................................................................... 21 4.4.4 ORBIT TREND AND APS CHECK ............................................................................................. 28 4.4.5 COHERENCE IMAGES........................................................................................................... 31 4.4.6 SINGLE SCENE PHASE UNWRAPPING ....................................................................................... 31 4.4.7 SCENE CALIBRATION ........................................................................................................... 32 4.4.8 PS DETECTION ................................................................................................................... 34 4.4.9 DEM UPDATE UNWRAPPING TEST ......................................................................................... 36 4.4.10 DISPLACEMENT UNWRAPPING TEST..................................................................................... 37

4.5 VISUALISATIONS........................................................................................................................ 38 4.6 EXPECTED ACCURACY ............................................................................................................... 39 4.7 PRODUCT DELIVERY................................................................................................................... 41

5 APPENDIX ................................................................................................................................. 43 5.1 QUALITY CONTROL PROTOCOL EXAMPLE....................................................................................... 43 5.2 QUALITY CONTROL PROTOCOL TEMPLATE...................................................................................... 46  

Page 4: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 4 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

Page 5: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 5 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

1 INTRODUCTION

The  document  in  hand  describes  the  Quality Control Protocol  for  the  InSAR  processing  in  the framework of the Terrafirma project.

1.1 PURPOSE AND SCOPE

This is the reference for the Quality Control Protocol (QCP) for the level 1 product which is generated in  the  course of  the  Terrafirma project by operational  service providers  (OSPs).  This protocol  is  a customer-facing document,  to satisfy customers of  the quality of product  they will  receive, and  to detail procedures to be followed and deliverables to ensure this. Following the protocol ensures that customers  receive  the  highest  quality  product.  The  quality  protocol  has  been  developed  for  the generation of different  kinds of  interferometric RAW products.  It  is  also  the basis  for  the quality control of the EC Fast Track Services  [R3]. Subject  is to set up a common basis for the reliability of the ground motion product mainly on a technical level. Finally, the QCP provides an overarching and generic  standard  to  track  the  quality  of  the  interferometric  data  processing.  In  order  to  support different processing  techniques and as much as possible different algorithmic approaches  the  test procedures are kept simple and generic. Besides,  this helps  to  implement  the  test  routines and  to establish this protocol to be the regular working practice. 

This QCP document  is  self-contained but  is  complemented by  the other  validation  related project documents. I.e. it does not describe the theory of the various InSAR algorithms and their typical error sources and the resulting effects  in the  intermediate data and on the final  interferometric data set. This  information  will  be  provided  by  the  Service Validation Protocol C5  [R2]  together  with  the technical concept and the algorithms to check the quality and to validate the processing chains. This is a consequence  from  the  fact that the quality control and the processing chain validation will be based on similar routines and intermediate processing data. 

This document provides the information on 

• the intended readership of the document, 

• Terrafirma’s level 1 products and the related processing chains, 

• quality control working scenarios, 

• a protocol to check the quality of the most important algorithms and the actual processing. 

1.2 INTENDED READERSHIP

End  users  of  the  Terrafirma  products  (the  OSP’s  customers)  get  an  insight  into  the  processing techniques,  their  intermediate  data  and  the  quality  related  parameters.  This  document (complemented  by  [R2])  helps  them  to  interpret  the  quality  control  protocol  and  its  deliverables gaining understanding of the actual accuracy and reliability of the delivered final level 1 product. 

Operational service providers are mainly the intended readership. Both, their software developers of the  interferometric systems and their operators are addressed. Of course, the proposed quality test and  validation  routines  need  to  be  implemented  and  tested  by  the  software  developers. Furthermore,  they  receive  information  on  the  error  sources  in  the  different  interferometric processing  steps.  This  can  be  the  basis  for  the  improvement  of  the  current  algorithms  and 

Page 6: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 6 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

implementations of single processing steps. The OSP’s operators need to follow this quality protocol and to report their checks. 

1.3 GLOSSARY

The  document  uses  acronyms  which  are  often  used  in  the  InSAR,  PSI,  Terrafirma  and  GMES framework. The following table lists the abbreviations:  

AOI Area Of InterestAPS atmospheric phase screenCR Corner ReflectorCVS Concurrent Versions SystemDEM Digital Elevation ModelD-InSAR Differential SAR InterferometryERS European Remote Sensing SatelliteESA European Space AgencyFFT Fast Fourier TransformGCP Ground Control PointGeoTIFF tif data with added geo-informationGMES Global Monitoring for Environment and SecurityInSAR SAR InterferometryLOS line of sightMPEG Motion Pictures Experts GroupOSP Operational Service Providerpdf probability density functionPCC Parametric Cubic ConvolutionPSI Persistent Scatterer InterferometryPTA Point Target AnalysisQC Quality ControlQCP Quality Control ProtocolSAR Synthetic Aperture RadarSCR Signal to Clutter RatioSLA Service Level AgreementSLC Single Look Complex ProductSNR Signal to Noise Ratiotiff / tif Tagged Image File Format 

Page 7: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 7 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

1.4 REFERENCES

This  section  lists  the  applicable  and  reference  documents.  The  applicable  documents  should  be available  to  clarify and  complete  this document. The  reference documents  can be used  to obtain more detailed information. 

1.4.1 APPLICABLE DOCUMENTS

[A1] Statement of Work AO/1-4704-B-TM 

[A2] Geohazard Risk Management Services (Land Motion) Proposal NPA-Group No. NPA-GSE-4704/05/I-LG version 4 September 2005 

1.4.2 REFERENCE DOCUMENTS

[R1] S5: Service Portfolio Specifications (Version 4)  R. Capes and R. Burren (NPA) 21st June 2006 

[R2] C5 Service Validation Protocol (Version 3) Bert Kampes (DLR) January 2006 

[R3] EC Fast Track Services http://www.gmes.info/166.0.html 

[R4] http://wgcv.ceos.org/ 

[R5] http://www.isprs.org/technical_commissions/wgtc_1.html#wgI/2 

[R6] CEOS SAR Calibration Workshop,  ESTEC, Noordwijk, Netherlands  September 1993 

[R7] Permanent Scatterers in SAR Interferometry Ferretti A., C. Prati, F. Rocca TGARS, Vol. 39, No. 1, pages 8-20 January 2001 

[R8] Statistics of the Stokes parameters and the complex coherence parameters in one–look and multi–look speckle fields I R. Touzi, A. Lopes EEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 34, no 2, pp. 519–531 1996 

[R9] ERS SAR Calibration – Derivation of the Backscattering Coefficient s0 in ESA ERS SAR Products ES-TN-RS-PM-HL09   Issue 2, Rev. 5f   H. Laur, P. Bally, P. Meadows, J. Sanchez, B. Schaettler, E. Lopinto, D. Esteban 5. Nov 2004 

[R10] Replica pulse power correction factor ESA Product Control Service http://earth.esa.int/pcs/ers/sar/calibration/replica_pwr/ 

Page 8: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 8 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

[R11] Absolute Calibration of ASAR Level 1 Products Generated with PF-ASA  B.Rosich and P. Meadows issue 1 revision 5 07 October 2004 

[R12] Instrument, Level 1b and Absolute Calibrations M. Rocca et al. Envisat Validation Review, Esrin 9-13. Dec 2002 http://envisat.esa.int/workshops/validation_12_02/closing/RA2_conclusions-1.htm 

[R13] ERS-1 SAR RADIOMETRIC CALIBRATION  H. Laur, P. Meadows, J.I. Sanchez, E. Dwyer Published in the Proceedings of the CEOS SAR Calibration Workshop (ESA WPP-048) Sept. 93 

[R14] ENVISAT ASAR Product Calibration and Product Quality Status  B. Rosich,  SAR Workshop 2004  Ulm, Germany  27-28 May 2004 

Page 9: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 9 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

1.5 DOCUMENT OVERVIEW

This document describes the Quality Control Protocol for Terrafirma  level 1 products.  It  is based on the  theory and algorithms of  InSAR which will be described  in  the Service Validation Protocol C5 [R2].  The  reason  is  that  the  quality  control  and  the  validation  of  the  processing  chains  are thematically very closely related. This relation  is visualized  in Fig. 1. The following sections describe the Quality Control Protocol self-governed. 

The  section Description of  the Quality Control Protocol details how  to generate  the deliveries and provides examples of the generated quality control data. Furthermore, it explains how to fill out the quality protocol. At the same time, information on the interpretation of the protocol items is given. The  document  is  completed  by  an  example  Quality  Control  protocol  and  an  empty  protocol template. 

 

Fig. 1: Visualisation of the relation2 between the quality control protocol and the processing chain validation. Both are based on InSAR algorithms and on the signal and system theory. This document describes the Quality Control Protocol self-governed. 

 

The document in hand covers the following aspects: 

• Section 1 gives an  introduction  into the document.  It details  its purpose and scope and lists the applicable and reference documents. 

• Section  2  provides  a  brief  overview  on  the  Terrafirma  level  1  products  and  the  related processing concepts. 

• Section 3 shows different working scenarios to handle the QCP. 

• Section  4  explains  the  items  of  the  Quality  Control  Protocol.  It  can  be  considered  as  a catalogue of deliverables to the end-user. 

• The appendix provides an example Quality Control Protocol and a template for the OSPs. 

Page 10: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 10 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

1.6 USED TEXT STYLES

Different  kinds  of  information  are  formatted  accordingly  in  order  to  support  the  reader.  The following table lists the used text styles: 

 

xv –crop 10 20 100 50 img command line statements and file names 

Quality Control Document document names vec = FindGen( 3 );  source code statement or configuration text 

This document .. describing information 

number of processed scenes  entry in the quality control protocol table 

name of the city or test site  comment in the quality control protocol table   

Page 11: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 11 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

Page 12: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 12 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

2 INSAR SOFTWARE AND PRODUCTS OVERVIEW

Terrafirma establishes  the European GMES ground motion hazard service. This service  is based on SAR  interferometric  processing  techniques.  Depending  on  the  degree  of  interpretation  and modelling  three  levels of  InSAR products  are  the output of  the  service.  These  are defined  in  the Service Portfolio Specifications [R1]. The proposed quality control procedures are related to the basic level 1 products only. But due  to  the hierarchic nature of  the Terrafirma product  tree  the higher product levels (level 2 and level 3) take advantage from these. The quality control is independent of the historical or monitoring processing and applies consequently to both  level 1 product types (H-1 and M-1). The Terrafirma level 1 product includes several interferometric processing techniques. The following list provides the included RAW InSAR measurements: 

• conventional interferometry (InSAR) and differential interferometry (D-InSAR) • stacked InSAR • Persistent Scatterer Interferometry (PSI) • corner reflector and active transponder InSAR 

The different complexity of the processing and the required software is substantial. Fig. 2 shows two examples for level 1 data.  

 Fig. 2: Examples  for  two of  the several different  level 1 products  in  the Terrafirma  framework. On the left a simple differential interferogram is shown. Each colour cycle corresponds to about 2.8 cm displacement per month. The  right  image shows  the permanent scatterer  technique on  the city of Berlin. The different complexity of the processing and the required software is substantial. 

  Nevertheless,  all  these  processing  techniques  are  based  on  interferometric  SAR  processing. Furthermore,  the advanced processing  techniques  (e.g.  the persistent  scatterer  interferometry,  the small baseline subset approach (SBAS) or the stacked  InSAR) which utilise long time series of phase measurements are  still very  similar. They  just  implement different  types of  frequency estimators  in order to get the final displacement product. This fact allows to setup a common Quality Protocol and to validate the processing chains. 

Page 13: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 13 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS

In the course of the Terrafirma project the Quality Control Protocol  (QCP) needs to be established. I.e. acceptance needs to be attained on the OSP and customer side. Therefore, the handling of the protocol  is  kept  simple  and  straight  forward.  The OSP  needs  to  implement  the  procedures  and delivers  the  required quality check  information  to  the customer directly. The QCP  is considered an important part of the delivered monitoring data according to the Service Portfolio Specifications (S5) [R1]. Fig. 3 visualises this simple but effective working scenario. The QCP is a service to confirm the customers receive the highest quality product.  

 

Fig. 3: The OSP needs to implement the procedures and delivers the required quality check information to the customer directly. 

 

 

At a later date, the working scenario can be adapted. This can be the case for the quality control of the  EC  Fast  Track  Services  [R3]. An  independent Quality Control Authority  can be  introduced  for such a monitoring  service. The mandatory  regulations of  the Quality Control are managed by  this entity. This allows some  form of part- centralised,  final QA check before products go  to  recipients and  a  continuous  quality  service which  can  be  updated  responding  to  actual  developments  and problems. Fig. 4 presents such a working scenario. The Quality Control Authority receives the Quality Control  Protocol  from  the OSPs  and  the  feedback on  the monitoring quality  from  the  customers (e.g. problem reports or success stories). The Quality Control Authority has many functions e.g.: 

• supervise the execution of the QC, • compile annual reports on the current developments, • update the QCP depending on the actual developments, • mediate between OSP and customer in cases of discrepancies. 

 

Page 14: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 14 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 4: More complicated working scenario including an independent Quality Control Authority. 

 

 

 

Page 15: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 15 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

4 DESCRIPTION OF THE QUALITY CONTROL PROTOCOL

In the course of the  level 1 data generation a  large amount of data needs to be processed. This  is the  reason manual  interaction  is avoided  in order  to allow a high data  throughput. However,  the quality check of some processing steps and the report on  it requires some operator screening. The concept of the actual quality control is to minimize this sort of interaction.  

An example protocol  is provided  in section 5.1 and a  template  for  the usage  in  the course of  the Terrafirma  processing  is  given  in  section  5.2.  The  following  section  explains  the  quality  control protocol and shows examples of the data to be generated. The sequence of quality control actions follows  the processing  sequence. Fig. 5 presents an overview on  the  sections of  the protocol and their  relation  to  the actual processing. The Quality Control Protocol is designed  to be generic and should be generated in table form. In case an entry or deliverable in the report is not relevant it can be marked as “not applicable“. 

 

 

Fig. 5: Overview on the sections of the Quality Control Protocol and their relation to the respective data  processing.  The  hint  (4.4.10  Tab4) means  that  the Displacement  Phase Unwrapping  test  is reported in the table 4 of the Quality Control Protocol and the test is described in the section 4.4.10 of this document. 

 

Page 16: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 16 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

4.1 PROJECT OVERVIEW

The Quality Control Protocol starts with a brief description of the project on the test site area, the customer or subject,  the processing directory,  the project’s start and end date and  the backup information. This part provides even internal information e.g. on the backup. There are two reasons. Firstly,  all  the  processing  information  is  kept  together  for  the  operator  in  one  and  the  same document and secondly the repeatability of the processing is visible and proven to the customer. The Project Overview  part  of  the  Quality Control Protocol  is  a  short  table  which  can  be  generated automatically: 

 

test site name of the city or test site

project name single word for the internal project name; e.g. munich

customer / subject customer’s name, or projects subject; e.g. BRGM

analysis type e.g. D-InSAR, stacked InSAR, PSI

processing directory absolute path of the data processing

project start date date of the project’s start

project end date date of the project’s end (usually delivery’s date)

backup date of backup information on the medium (e.g. LTO, USB-disk, DVD),

date of backup the backup-ed data (e.g. SLC, InSAR, PSI) and

date of backup the backup operator (identification code is sufficient)

is continued ..

 

4.2 DATA AVAILABILITY AND FEASIBILITY

The data availability is briefly reported in the next section of the Quality Control Protocol. The subject of this part is to prove the suitability of the data to monitor the testsite with its displacement effects. The number of ordered scenes,  the number of received scenes and  the number of processed scenes are  reported  in order  to  show  the  feasibility of  the project.  In case  the monitoring  is not optimal  these  table  entries  provide  the  information  on  how  to  get  additional  data  (e.g.  by  an additional data order or by a more complicated processing including difficult scenes). The time range of ordered data  and  the  time range of available data  describe  the  intended  time  range  of observation  and  the  observable  time  range  respectively.  Together with  the data gap in time  the observable  displacement  effect  can  be  characterized. A  high Doppler  frequency  can make  single acquisitions unusable. The number of scenes, their time range and the action taken (e.g. removed, processed) are  reported  in  the entry high Doppler frequency scenes. The  time – baseline – plot completes this  information.  It  is a simple diagram of the used  (not the available) data  into a graph where the x-axis describes the baseline in meters and the y-axis the time in years. The visualization of different  sensors,  Doppler  frequencies  and  absolute  time  is  optional  but  recommended.  Fig.  6 provides an example for a time – baseline – plot. In each processing system one scene is selected to provide  the  reference geometry  and  all  the other  scenes  are  coregistered on  this  (super) master scene. The next table entry reports the orbit and the acquisition date of this scene. 

The table entry on SLA signed reports on the successful communication of the OSP (supplier) with the  customer  (recipient).  The  last  lines  in  this  section  are  related  to  the  overall  feasibility  of  the 

Page 17: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 17 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

monitoring of the expected effect with the specified processing algorithm. The final compliance  is given by the feasibility of test site for PSI (D-InSAR / stacked InSAR) entry. 

 

 

Fig. 6: example for a time – baseline – plot of the processed data 

 

 

number of ordered scenes number of ordered scenes e.g. 87

number of received scenes number of received scenes e.g. 87

number of processed scenes number of processed scenes e.g. 87

time range of ordered data intended observation time e.g. 1992 – 2004

time range of available data available observation time e.g. APR 1992 – AUG 2002

largest data gap in time data gap in time after removal of unusable scenes

second largest data gap in time e.g. APR 1993 – FEB 1994 (the data gap should be

third largest data gap in time significant related to the repeat cycle)

Page 18: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 18 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

high Doppler frequency scenes

number of scenes 1 of 87

time / time range AUG 2002

action 1 scene removed

time – baseline – plot image image similar to Fig. 6

(super) master scene e.g. orbit 20460, acquired March 20, 1999

SLA signed not applicable

expected effect unknown

feasibility of test site for PSI (D-InSAR / stacked InSAR)

yes

 

4.3 RELEVANT VERSION

The section on the relevant versions allows to track the software versions of the main-subsystems of the  processing  and  provides  the  reference  document  versions.  The  reference  documents  are important  because  they  define  the  deliverables,  the  deliverable’s  format  (Service Portfolio Specifications) as well as the quality control deliverables and actions (Quality Control Protocol).  

The  documentation  of  the  software  versions  is  the  basis  for  the  correct  and  complete  data reprocessing.  The  granularity  of  the  software  version  tracking  depends  on  the OSP’s  processing system.  Each  program  used  needs  to  have  a  unique  software  version  (e.g.  CVS  version  or  by compilation date). The OSP can bundle software into sub-systems (e.g. InSAR, PS-detection and PSI) but  needs  to  document  these  software  package  versions  separately.  Software which  is  likely  to change  often  (e.g.  calibration  software,  SLC  input modules)  needs  to  be  tracked  separately.  The entry on the non standard processing allows to comment on experiments. 

 

document / protocol / software item version Quality Control Protocol this doc version e.g. Version 1.0 (11/01/2006)

Service Portfolio Specifications (S5) project’s version e.g. Version 4 (06/21/2006)

Processing Software Version

input reader version for ERS, ASAR, TS-X, ALOS reader

InSAR software version for InSAR package

PSI software version for PSI package

calibration version for ERS, ASAR, TS-X, ALOS calibration

non standard processing comment on experiments e.g. not applicable

 

Page 19: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 19 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

4.4 PROCESSING

The  following  quality  checks  are  on  the  single  processing  steps  of  the  InSAR,  D-InSAR,  PSI processing, scene calibration and PS- detection. 

4.4.1 MISSING LINES CHECK ON SLCS

Even  though  the number of missing  lines  is  reported  in  the SLC product  this  feature of  the data should be checked additionally by visual  inspection. Therefore, the amplitude of each SLC needs to be generated (with only little or no multi looking) and the resulting image is displayed (e.g. using xv). Fig. 7 provides an example  for  the observed effect caused by missing  lines. The  scenes amplitude degrades along a full range  line and can even fade to zero. The phase stability, the calibration and consequently  the PS detection  is affected by  this data  feature. Depending on  the  location of  the data corruption the effect needs to be classified into: severe, risky and insignificant. The example of Fig. 7  is obviously  insignificant because the testsite  is not affected. The OSP can decide what to do with  the data but  should  report  it  (e.g. discard  scene, mask area  in  scene, keep  scene). The next table provides an according example in the quality control protocol in the processing section: 

check result / comment date signature

SLC missing lines check 0 severe / 0 risky / 87 Ok 11/08/2004 NA

severe: not applicable / deleted

 

Page 20: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 20 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 7: missing lines example from the test site Las Vegas (ERS-2: orbit 34278 frame 2871) 

 

4.4.2 COREGISTRATION: SINGLE SCENE OUTLIER DETECTION

After  the shift estimation and  InSAR  image  resampling  the coregistration  is checked. This check  is applicable  to  the  stacked  InSAR and  the PSI processing. The  slave  scenes need  to be  transformed into the super master or master scene geometry respectively. For the check, the resampled complex slave scenes are converted into single look amplitude images and are normalized to a common mean value1. A  strong point  scatterer which  is visible  in all  scenes  is selected and an area of 400 x 400 samples  around  it  is  extracted  from  all  slave  images.  The  sequence  of  images  (in  any  order)  is displayed. Outlier scenes (Fig. 8) are detected by an abrupt jump in space. The amplitude’s fading of the selected scatterer can be ignored. 

                                                 1 It can be advantageous to correctly calibrate the scenes in case the scenes need to be calibrated anyway. 

Page 21: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 21 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 8:  left: correctly coregistered slave; right: severe example for a single scene outlier  in coregistration. The  operator  used  invalid  DEM  data  and  caused  the  geometric  shift  estimation  to  fail.  The  outlier detection can detect much more subtle misregistrations compared to this example. 

 

There  are  different  options  to  implement  this  check.  The most  simple  is  to  use  the UNIX  image viewer xview: 

> xv -crop 800 3200 400 400 */AMPL_CAL.ras

The command above displays the 400 x 400 samples area around x0=1000 and y0=3000 of all files AMPL_CAL.ras which are  in the subdirectories below the current working directory. The coordinate x0=1000  and  y0=3000  is  the  expected  position  of  the  selected  strong  point  scatterer.  To  step through the images the operator needs to press the space key.  

Another helpful option is to generate an MPEG animation from the extracted slave image chips. The required UNIX tools (e.g. makempeg) are freely available. The order of the chips in time can be easily build  into the more automatic quality check. But the animation images need to be marked with an identifier for the current scene (e.g. using IDL). 

The next table entry provides an example for this quality check: 

coregistration single scene outlier

Ok 11/08/2004 NA

 

4.4.3 COREGISTRATION: SYSTEMATIC ERROR DETECTION

Interferometry requires sub-pixel accurate coregistration. This quality check detects systematic offsets on the sub-pixel accuracy level. Outlier scenes need to be detected before this test (section above). It is  assumed  that  misregistered  scenes  are  not  removed  from  the  processing.  Instead  they  are reprocessed with adapted coregistration parameters which can handle the scene’s difficulties.  

Page 22: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 22 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

The  resampled SLC  scenes are  converted  into  single  look amplitudes  ( )yxak ,  which are  relatively 

calibrated by the constant   to obtain one and the same mean valuerelativec 2.  

 

  ( ) ( )yxSLCcyxa krelativek ,, ⋅=   (equ. 1) 

relativec   is  estimated  for  each  scene  separately  from  the  histogram. A  temporal mean  amplitude3 

image   is generated by simple averaging( yxamean , ) 4

 

  ( ) ( )SLC

N

k kmean N

yxayxa

SLC∑ == 1,

, .  (equ. 2) 

Three areas in the range and azimuth directions according to Fig. 9 are selected (plot rg 1-3 and plot az 1-3).  

 

 

Fig. 9: areas of interest (AOI) for the sub-pixel quality check of the coregistration 

  

                                                 2 It can be advantageous to correctly calibrate the scenes instead in case the scenes need to be calibrated anyway. In this case the SLC needs to be oversampled by a factor of two due to the power operation. 3 For averaging of uncalibrated images the amplitude is used to avoid aliasing. This is in contrast to the usual multilooking which is based on power averaging. 4 In case the amount of data does not fit into the computer’s memory the areas (plot rg 1-3 and plot az 1-3) can be processes separately or the averaging can be implemented recursively. 

Page 23: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 23 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

The areas should cover the project’s area of interest. In each of these areas the point scatterers are detected by  the SCR or by a similar value  ( )yxSCRcrude ,  applying a spatial SCR estimation  (CEOS-

method) based on the mean amplitude5. 

 

  ( ) ( )

( )∑∑ ++

⋅⋅=

dx dyN

dx

N

dymean

dydxmeancrude

dyydxxa

NNyxayxSCR

,

,,   (equ. 3) 

The  sums  in  the denominator are on  the blue areas  shown  in Fig. 10 which are  traversed by  the indexes    and  .    and    are  the  number  of  samples  which  are  integrated  in  each 

direction. 

dx dy dxN dyN

 

 

Fig. 10: areas defined by CEOS to estimate the signal power of the dominant scatterer (inside the green cross) and the clutter power (blue areas). The data are oversampled by a factor of four. 

 

 An oversampling is not necessary for this crude scatterer detection. The resulting image is similar to 

Fig. 11. The coordinates   of  the area’s point  scatters are obtained by  thresholding  the 

 or the  .  

( )integer, scattereryx( yxSCRcrude , ) ( )yxSCR ,

 

  ( ) ( )thresholdscatterer yxSCRyx

>= ,, integer   (equ. 4) 

 

                                                 5 This SCR-value is used for detection only. Therefore, the crude estimation is possible and allows an effective implementation and fast processing. Some misdetections do not cause problems. Of course a standard SCR estimation can be applied just as well and is more accurate. 

Page 24: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 24 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 11: SCR of the area ‘plot rg 1’. The point scatters are detected by simple thesholding. Bright dots correspond to point scatterers which are visible in all SLCs. 

 

 

Fig. 12: Green dots are the detected point scatterers in the area ‘plot rg 1’. The corresponding integer positions are the starting points for the sub-pixel accurate peak determination of the scatterer’s point 

response.  The  peak  location  provides  the  expected  (true)  scatterer  location    and  is 

compared with the sub-pixel accurate peak location 

( )meanscattereryx,

( )kscattereryx,  of the same scatterer in each of the 

single SLCs (k is the SLC index). 

 

These  integer coordinates   are the starting points for the peak  localisation  in the mean 

amplitude image   which is supported by a point target analysis (PTA). 

( )integerscattereryx,

( yxamean , ) 

  ( ) ( )( )integerscatterermeanlocal

meanscatterer yxayx ,maxarg, =   (equ. 5) 

 

Page 25: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 25 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 13: peak  localisation by a routine which finds the  local peak starting from  integer coordinates 

 and providing  the  sub-pixel accurate peak  coordinate ( ) egerscattereryx int, ( )mean

scattereryx, . The  red  line  is  the 

path of the algorithm to find the local peak (steepest ascent). 

 

 

The  same  peak  localisation  is  performed  for  each  single  SLC  amplitude  image    with 

 

( yxak , )SLCNk K1=

 

  ( ) ( )( )integerscattererklocal

kscatterer yxayx ,maxarg, = .  (equ. 6) 

The coregistration error of the SLC with index   in range k x∆  and azimuth  y∆  can be assessed by 

 

  .  (equ. 7) ( ) ( ) ( )kscatterermeanscatterer

k yxyxyx ,,, −=∆∆

The radial error is: 

 

  22 yxr ∆+∆=∆ .  (equ. 8) 

Page 26: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 26 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

These shift errors  ,   and x∆ y∆ r∆  are plotted with respect to the range coordinate x  for the areas ‘plot rg 1-3’ and with respect to the azimuth coordinate   for the areas ‘plot az 1-3’. Fig. 14 and Fig. 15 show the estimated errors for the ‘plot rg 1’ area. The green line indicates the ideal case for the error. The red  line  is the mean coregistration error  in units of SLC pixels. The example shows a coregistration accuracy of 0.2 samples and better for this area. These plots need to be created and permanently stored on disk. The path  to and  the  filenames of  the plot  images are  reported  in the quality protocol.  

y

 

 

Fig. 14: coregistration error in range in units of one sample depending on the range position. 

 

Page 27: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 27 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 15: coregistration error in azimuth in units of one sample depending on the range position. 

 

 

 

Fig. 16: detectable  coregistration error by  the described method which  is visible  in  the coherence images above. 

 

The  following  table entry  reports on  the described  check of  the  systematic  coregistration error.  It provides the location on the disk of the generated error plots for each SLC scene. 

Page 28: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 28 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

coregistration systematic error

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

plot_orbit_rg_[1-3].tif; plot_orbit_az_[1-3].tif

11/08/2004 NA

 

4.4.4 ORBIT TREND AND APS CHECK

After the D-InSAR processing only displacement, atmosphere, orbit and noise contribute dominantly to the interferometric phase. This check is a visual inspection of the single interferograms and can be applied in the course of the PSI and stacked InSAR processing.  

Each differential interferogram is displayed on screen by the operator. Fig. 17 provides examples for the different effects which can  typically be observed. The operator checks for the dominant phase contribution and reports it. The created list can be a simple text file (e.g. contributions.txt) and is not a  delivery.  But  the  number  of  scenes  which  have  been  assigned  to  the  different  types  of contributions is part of the quality control protocol.  

It can be an indicator for the not optimal master scene selection if nearly every scene is affected by the same strong effect. It does not matter if it is atmosphere, noise, an orbit phase ramp or a large missing  data  area.  In  such  a  case  the  master  scene  selection  should  be  verified  and  changed accordingly.  

A delivery item in the Quality Control protocol is an overview of all differential interferograms which are sorted according to the distance of the absolute baseline. Fig. 18 provides an example for such a quicklook  image  (deliverable:  dinsar_quicklook.tif).  The  directory  and  the  filename  of  the  image need to be noted  in the APS and orbit trend check comment field.  In case the  interferograms are generated without spectral shift filtering (which is the standard in the PS processing) the coherence should decrease with the absolute baseline. Exceptions are possible due to high Doppler frequencies and heavy weather conditions during the acquisitions and should be checked.  

It follows an example entry in the Quality Control protocol for this APS and orbit trend check: 

APS and orbit trend check /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

contributions.txt dinsar_quicklook.tif

11/08/2004 NA

Page 29: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 29 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 17: examples for different dominant contributions to the interferometric phase 

 

Page 30: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 30 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 18: D-InSAR quicklooks sorted with respect to absolute effective baseline. The coherence should decrease from top left to the lower right. Exceptions are possible due to high Doppler frequencies and heavy weather conditions during the acquisitions and should be checked. (deliverable: dinsar_quicklook.tif) 

Page 31: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 31 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

4.4.5 COHERENCE IMAGES

For stacked InSAR processing the coherence map has a meaning and is related to the interferometric phase  accuracy.  For  the point  scatterer based  techniques  this  entry  is not  applicable because  the phase  stability needs  to be  estimated by  the  SCR.  The  coherence  images  are  a delivery  for  each interferogram  (coherence_orbit.tif). The estimation window  size needs  to be  reported and  should provide enough samples in order to reduce the underestimation and the variance of the coherence. Details  are  reported  in  [R8]. An  example  for  the  coherence  image  section  in  the Quality Control protocol follows: 

coherence images estimation window (az x rg): 20 x 4 samples

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

coherence_orbit.tif

11/08/2004 NA

 

4.4.6 SINGLE SCENE PHASE UNWRAPPING

Depending on  the applied phase unwrapping method an error  is propagated differently over  the image.  Branch Cut Methods  can  have  large  areas  affected whereas  Least  Squares Methods may cause  local  spikes  and  a  global  phase  bias  (missing  fringes).  The  phase  inconsistencies  in  the interferograms can be  reported by  the  residues. Therefore  the  residues are calculated and plotted into  the  relative phase  image. The charge of  the  residue  is  indicated by coloured dots  (e.g. green and  red).  This  residue  visualisation  does  not  show  the  error  of  the  phase  unwrapping  but  the difficulty of the actual interferogram. In case a Branch Cut Method is used the branch cuts need to be plotted  into  the  residue  image. Fig. 19 provides an example  for  the scene phase unwrapping delivery if applicable. 

The entry for the scene phase unwrapping can have the following form for the PSI technique: 

scene phase unwrapping not applicable 11/08/2004 NA

 

Page 32: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 32 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 19: interferogram with the residues; red: positive residues; green: negative residues; blue: single branch cut  line crossing  this  line adds  π21× ; purple:  two branch cut  lines  (crossing  this  line adds 

π22× ). In this example the branch cuts are determined by the MCF algorithm. 

 

 

4.4.7 SCENE CALIBRATION

Two different calibration strategies can be applied. The first option is the absolute calibration using the  calibration  procedure  and  constants  from  the  according mission  centre  (e.g.  [R9],  [R10]  and [R11]). The second is the relative calibration related to the master scene. The quality control protocol copes with  both methods.  The  applied method  is  reported  in  the  scene calibration  line  of  the processing  info table. Two deliverables allow to check the calibration quality. The histograms of all the calibrated intensity images are plotted (cal_histograms.tif). An example is shown in Fig. 20. The spread of  the histogram ensemble  regarding  the Median  (green  in Fig. 20) should be small and  is reported  for  two  regions  ( peaksσ   and  curveσ   red  in  Fig.  20).  The  requirement  for  Envisat  is  e.g. 

 and a stability of   over three years [R12]. From [R14] the expected actual variation of the histogram shifts can be obtained for  IMS products of the sensor ENVISAT/ASAR. A standard deviation of 0.4 dB can be expected for the sensor ERS-1 [R13].  

dB5.0± dB1.0±

 

Page 33: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 33 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 20: histogram plot  (cal_histograms.tif) of calibrated  intensities. The  red  lines  indicate  the  two regions  for  the  estimation  of  the  deviation  of  the  single  calibrations  from  the median which  is highlighted in green. 

 

The  second deliverable  for  the calibration check  is  the mean power  image  (cal_mean.tif)  in single look resolution. It is a radiometrically improved radar image. A single miscalibrated scene with a high power can degrade the overall mean  image masking the high quality mean. The deliverable allows the operator to confirm that the calibrated mean is not degraded by such an effect. 

In the scene calibration section of the Quality Control protocol the  location of the two deliverables and the calibration algorithm are reported: 

scene calibration firstly absolute and adjusted relative;

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

cal_histograms.tif cal_mean.tif

11/08/2004 NA

Page 34: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 34 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 21: left: one look high quality calibrated mean power (cropped of the deliverable cal_mean.tif); right: single calibrated scene (same croped area); 

 

4.4.8 PS DETECTION

The PS detection should be based on  the SCR. This  is  the  reason  the Quality Protocol assumes an estimated SCR  is available  regardless of  the used method  ([R6],  [R7]). Consequently, an estimated phase stability of the detected scatterers can be reported. The SCR is transformed into the expected phase standard deviation by the approximation 

 

 SCR⋅

=2

1ϕσ .  (equ. 9) 

The histogram showing the frequency of the detected PS’s expected phase error  ϕσ  is a deliverable. 

Fig. 22 shows an example (psc_histogram.tif).  

 

 

Page 35: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 35 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 22: histogram of the expected phase error of the detected PS candidates (psc_histogram.tif) 

 

The SCR threshold or dispersion index which has been applied in order to get the PS candidates is the first entry in the table. The number of detected scatterers per square kilometre characterises the testsite and is reported in the entry candidates density. The item final density is the PS density after the  removal of misdetected stable scatterers. The spatial distribution of  the PSs  is  reported by two plots  (psc_image.tif  and  (ps_image.tif)  of  the  PS  locations  over  the  calibrated  mean  intensity (cal_mean.tif).  The  first plot  shows  the  PS  candidates whereas  the  second presents  the used PSs only.  The  expected  phase  stability  can  be  colour  coded.  Fig.  23  provides  an  example  for  the candidates plot deliverable. 

The Quality Control protocol entry provides the following information: 

PS detection SCR threshold: 1.5 (or dispersion index)

candidates density: 287 [scat/km2]

final density: 250 [PS/km2]

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

psc_histogram.tif ps_histogram.tif psc_image.tif ps_image.tif cal_mean.tif

11/08/2004 NA

Page 36: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 36 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 23: example (small area) for the PS candidates plot (psc_image.tif). 

 

4.4.9 DEM UPDATE UNWRAPPING TEST

The measurements of the DEM update are relative estimates between two PSs only. These estimates are  performed  in  a  network  and  consequently  the  absolute  DEM  update  can  be  obtained  by integration.  This  network  is  irregularly  sampled  in  space  and  should  be  redundant  in  order  to minimise  the error propagation. But  similar  to conventional  InSAR phase unwrapping  the  smallest meshes  need  to  be  free  of  residuals.  Integration  errors would  be  the  consequence  and  a  global under  estimation  can  result  in  case  of  noticeable  residues.  In  case  of  this  irregular  sampling  the smallest meshes are triangle  loops. Due to the redundant network these smallest triangles need to be determined e.g. by a simple triangulation  (the different resolution  in range and azimuth should be  considered).  But  the  triangle  arcs  should  still  represent  available  relative  estimates.  In  the obtained  triangle  loops  the  residuals are calculated by directed adding of  the  three  single  relative estimates. These residuals should be small and can be plotted similar to Fig. 24 (colour scale -1.5 m to  +1.5 m).  The  residues  plot  image  is  considered  a  deliverable  even  in  case  the  DEM  update estimates are not  integrated  in  the course of  the processing.  It provides useful  information on  the relative estimation outlier. 

The entry of the DEM Update Unwrapping provides the location of the residues image: 

DEM Update Unwrapping /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC 

topo_residuals.tif

11/08/2004 NA

Page 37: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 37 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 24: DEM update estimation residual image (colour scale -1.5 m to +1.5 m). This is the deliverable topo_residuals.tif. 

 

4.4.10 DISPLACEMENT UNWRAPPING TEST

Similar  to  the  relative DEM update measurements  the displacement  is estimated  relatively only  in order to cope with the atmospheric effect during the radar observation. Only the overall integration of  the  estimates  results  in  an  absolute displacement map.  The  triangular meshes obtained  in  the “DEM Update Unwrapping Test” are used for the residual image of the displacement estimates. Fig. 25 provides an example for such an image (the colour scale is from -0.5 mm/year to +0.5 mm/year). 

The Displacement Unwrapping entry of the Quality Control protocol can have the following form: 

Displacement Unwrapping /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

disp_residuals.tif

11/08/2004 NA

Page 38: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 38 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

  

Fig. 25: displacement estimation residual image (colour scale -0.5 mm/year to +0.5 mm/year). This is the deliverable disp_residuals.tif. Fig. 25: displacement estimation residual image (colour scale -0.5 mm/year to +0.5 mm/year). This is the deliverable disp_residuals.tif. 

  

4.5 VISUALISATIONS 4.5 VISUALISATIONS

The  visualisation  of  the  estimated  parameters  e.g.  the  “raster of interpolated average annual displacement rates“ is  a  deliverable  according  to  [R1].  For  the  visualisation  the  estimates  can  be filtered  regarding outliers on  the expense of  spatial  resolution and density of measurements. The visualisation  filtering  and  its  parameters  should  be  reported  in  the  section  Visualisation  of  the Quality Control Protocol: 

The  visualisation  of  the  estimated  parameters  e.g.  the  “raster of interpolated average annual displacement rates“ is  a  deliverable  according  to  [R1].  For  the  visualisation  the  estimates  can  be filtered  regarding outliers on  the expense of  spatial  resolution and density of measurements. The visualisation  filtering  and  its  parameters  should  be  reported  in  the  section  Visualisation  of  the Quality Control Protocol:       

check check result / comment result / comment date date signature

signature

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 38 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

displacement map triangulation interpolation no extra filter

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/DELIVERABLES

displ_map_1995.tif .. displ_map_2001.tif

11/08/2004 NA

  

Page 39: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 39 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 26: two different displacement visualisations of one and the same estimation. left: no visualisation filter results in high PS density but some outliers. right: visualization of the best estimate in an area of 100 m x 100 m only which reduces the PS density but removes the noise. 

 

4.6 EXPECTED ACCURACY

This  section  adds  an  overview  on  the  overall  quality  of  the  estimated  displacement,  height  and geolocation. The table entry coherence map provides the  location of the coherence  image. This  is an overlay of the full resolution radiometrically improved intensity and the coherence of each single estimation. The coherence is defined as:  

 

  ( )∑=

−⋅⋅=N

i

j iifgrmie

N 1

mod1 ϕϕϕγ .  (equ. 10) 

N  is  the number of  interferograms,   and   are  the phase of  the  i-th  interferogram and  the 

respective modelled phase. The modelled phase is the sum of the respective estimated DEM-update phase  , the displacement phase   and APS phase  : 

ifgrm

iϕmod

topoiϕ

defoiϕ

atmoiϕ

Page 40: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 40 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

  .  (equ. 11) atmoi

topoi

defoii ϕϕϕϕ ++=mod

Fig. 27 provides an example for the coherence map deliverable.  

The next entry provides the geolocation accuracy which can be obtained from the available Ground Control Points (GCP). The accuracy and number of the GCPs and the ability to connect this point to the used permanent scatterers as well as  the accuracy of  the absolute height estimation  influence this parameter. The  table  line correction due to GCP(s) provides  the applied shift of the scene to match the reference points. 

The  absolute height accuracy  provides  the  expected  error  on  the  total  height measurement.  It depends similarly to the previous table entry on the accuracy and number of the GCPs and the ability to connect this point to the used permanent scatterers. 

The ambiguities entry  informs on  the ambiguities which  can  remain  in  the data  in  the  case of a simple D-InSAR processing. E.g. the displacement ambiguity of 2.8 cm per fringe can be reported or the ambiguity between a vertical and horizontal displacement if it is relevant. 

The displ. estimation accuracy provides  the expected error on  the  final displacement estimates.  It can be assumed  that  the applied model describes  the data. Therefore  it  can be derived  from  the temporal coherence. 

The  following Quality Control Protocol  segment  provides  an  example  for  the  Expected Accuracy section: 

 

check result / comment date signature

coherence map /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

coh_map.tif

11/08/2004 NA

geolocation accuracy 25 m 11/08/2004 NA

correction due to GCP(s) azimuth: -13.05 m range: 60.91 m

11/08/2004 NA

absolute height accuracy 10 m 11/08/2004 NA

ambiguities not applicable 11/08/2004 NA

displ. estimation accuracy +/-1 mm/year assuming linear displacement 11/08/2004 NA

Page 41: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 41 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

 

Fig. 27: coherence map overlaid on the radiometrically improved intensity. The scaling of the coherence colour table can be adjusted according to the actual test site. (deliverable: coh_map.tif) 

 

4.7 PRODUCT DELIVERY

Seven deliveries are defined  for  the  level 1 monitoring product according  to  the Service Portfolio Specifications (S5) [R1]. The completeness of delivery is confirmed in the first table entry reporting each single delivered item. In case more data are delivered these have to be listed as well. The table entry delivery date provides the exact date the data are send away to the customer. Together with the next entry delivery due date the pressure of time for the processing can be concluded. The two table entries delivery address and delivery service show that the mailing has been well organised and the customer is secure from loss of the data. 

 

 

 

 

Page 42: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 42 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

check result / comment date signature

completeness of delivery 1. Database of PSI average annual displ. rates 2. Database of PSI time-series 3. Reference point table 4. Processing report (metadata) 5. Background reference image 6. Img of interpolated average annual displ. rates 7. Quality control sign-off

12/08/2004 NA

delivery date not applicable (could be 14/08/2004) 12/08/2004 NA

delivery due date not applicable (could be T0 + 2 months) 12/08/2004 NA

delivery address not applicable (could be post or ftp address) 12/08/2004 NA

delivery service not applicable (could be DHL or ftp)

 

Page 43: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 43 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

5 APPENDIX

5.1 QUALITY CONTROL PROTOCOL EXAMPLE

1 Project Overview test site city of Munich

project name munich

customer / subject internal validation processing

processing directory /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH

project start date 11/01/2004

project end date 01/03/2005

backup 11/10/2004 mirror disk: /home/tvsp06/adam/TVSP02 (all data) by NA

12/24/2004 tape LTO: (SLC, InSAR, PSI) by NA

01/01/2005 DVD: (PSI core data only) by NA

20/01/2005 USB disk: (all) by NA

2 Data Availability number of ordered scenes 87

number of received scenes 87

number of processed scenes 87

time range of ordered data 1992 – 2004

time range of available data APR 1992 – AUG 2002

largest data gap in time 08-NOV-1993 - 05-APR-1995 (ca. 1.5 years) // after removal of unusable scenes

second large data gap in time 04-JAN-2001 - 22-AUG-2002 (over 1.5 years)

third large data gap in time

high Doppler frequency scenes

number of scenes 1 of 87

time / time range AUG 2002

action 1 scene removed

time – baseline – plot image /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC/baselineplot.jpg

Page 44: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 44 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

(super) master scene orbit 20460, acquired March 20, 1999

SLA signed not applicable

expected effect unknown

feasibility of test site for PSI (D-InSAR / stacked InSAR)

yes

3 Relevant Versions

document / protocol / software item version Quality Control Protocol Version 1.0 (11/01/2006)

Service Portfolio Specifications (S5) Version 4 (06/21/2006)

Processing Software Version

input reader ERS: 1.23 ASAR: - TS-X: - ALOS: - (CVS)

InSAR 1.8 (CVS)

PSI 2.12 (CVS)

calibration ERS: 1.1 ASAR: TS-X: ALOS:

non standard processing not applicable

4 Processing check result / comment date signa

ture SLC missing lines check 0 severe / 0 risky / 87 Ok 11/08/2004 NA

severe: not applicable / deleted

coregistration single scene outlier

None 11/08/2004 NA

coregistration systematic error

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

plot_orbit_rg_[1-3].tif; plot_orbit_az_[1-3].tif error smaller 0.2 samples

11/08/2004 NA

APS and orbit trend check /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

contributions.txt dinsar_quicklook.tif

11/08/2004 NA

coherence images estimation window (az x rg): 20 x 4 samples

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

coherence_orbit.tif

11/08/2004 NA

Page 45: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 45 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

scene phase unwrapping not applicable 11/08/2004 NA

scene calibration firstly absolute and adjusted relative;

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

cal_histograms.tif cal_mean.tif

11/08/2004 NA

PS detection SCR threshold: 1.5 (or dispersion index)

candidates density: 287 [scat/km2]

final density: 250 [PS/km2]

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

psc_histogram.tif ps_histogram.tif psc_image.tif ps_image.tif cal_mean.tif

11/08/2004 NA

DEM Update Unwrapping /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC 

topo_residuals.tif

11/08/2004 NA

Displacement Unwrapping /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

disp_residuals.tif

11/08/2004 NA

APS Check 11/08/2004 NA

5 Visualisation check result / comment date signa

ture displacement map triangulation interpolation no extra filter

/SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/DELIVERABLES

displ_map_1995.tif .. displ_map_2001.tif

11/08/2004 NA

needs to be continued for other visualisations

6 Expected Accuracy check result / comment date signa

ture coherence map /SANexport/tvsp02/InSAR/MUNICH/QC

coh_map.tif

11/08/2004 NA

geolocation accuracy 25 m 11/08/2004 NA

Page 46: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 46 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

correction due to GCP(s) azimuth: -13.05 m range: 60.91 m

11/08/2004 NA

absolute height accuracy 10 m 11/08/2004 NA

ambiguities not applicable 11/08/2004 NA

displ. estimation accuracy +/-1 mm/year assuming linear displacement 11/08/2004 NA

7 Product Delivery check result / comment date signa

ture completeness of delivery 1. Database of PSI average annual displ. rates

2. Database of PSI time-series 3. Reference point table 4. Processing report (metadata) 5. Background reference image 6. Img of interpolated average annual displ. rates 7. Quality control sign-off

12/08/2004 NA

delivery date not applicable (could be 14/08/2004) 12/08/2004 NA

delivery due date not applicable (could be T0 + 2 months) 12/08/2004 NA

delivery address not applicable (could be post or ftp address) 12/08/2004 NA

delivery service not applicable (could be DHL or ftp) 12/08/2004 NA

 

 

5.2 QUALITY CONTROL PROTOCOL TEMPLATE

 

The template starts on the next page in order to provide it without interfering document’s text 

 

Page 47: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 47 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

Quality Control Protocol

1 Project Overview test site

project name

customer / subject

processing directory

project start date

project end date

backup

Page 48: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 48 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

2 Data Availability number of ordered scenes

number of received scenes

number of processed scenes

time range of ordered data

time range of available data

largest data gap in time

second large data gap in time

third large data gap in time

high Doppler frequency scenes

number of scenes

time / time range

action

time – baseline – plot image

(super) master scene

SLA signed

expected effect

feasibility of test site for PSI (D-InSAR / stacked InSAR)

3 Relevant Versions

document / protocol / software item version Quality Control Protocol

Service Portfolio Specifications (S5)

Processing Software Version

input reader

InSAR

PSI

calibration

non standard processing

Page 49: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 49 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

4 Processing check result / comment date signa

ture SLC missing lines check

coregistration single scene outlier

coregistration systematic error

APS and orbit trend check

coherence images

scene phase unwrapping

scene calibration

PS detection

DEM Update Unwrapping

Displacement Unwrapping

APS Check

Page 50: Quality Conrol Protocol for Level 1 Products · Quality Control Protocol for Level 1 Products ... 3 QUALITY CONTROL WORKING SCENARIOS ... [R6] CEOS SAR

Doc.: QCP Issue: 1.4  Date: 31.10.2006 Page: 50 of 50 

Remote Sensing Technology Institute 

Terrafirma Stage II - Quality Control Protocol - 

5 Visualisation check result / comment date signa

ture displacement map

needs to be continued for other visualisations

6 Expected Accuracy check result / comment date signa

ture coherence map

geolocation accuracy

correction due to GCP(s)

absolute height accuracy

ambiguities

displ. estimation accuracy

7 Product Delivery check result / comment date signa

ture completeness of delivery

delivery date

delivery due date

delivery address

delivery service

 

 

-- End of document --