Selecting Optimal RADARSAT Constellation Mission Beams for Monitoring Ground Deformation in Alberta’s Oil Sands

Abstract

. The Canadian RADARSAT Constellation Mission (RCM) will consist of three synthetic aperture radar (SAR) satellites to be launched in 2018. The Constellation 4-day revisit period will allow monitoring ground uplift and subsidence in Alberta’s oil sands, where the steam assisted gravity drainage (SAGD) and the cyclical steam stimulation (CSS)-enhanced oil recovery operations are employed for extracting viscous bitumen. Fast ground deformation occurring over a small area can only be captured by high-resolution, low-noise SAR. A large deformation gradient limits applicability of coarser resolution SAR, making accurate phase unwrapping impossible, especially in regions susceptible to significant temporal decorrelation. In this study we analyzed the suitability of RCM for monitoring ground deformation in Alberta’s oil sands using interferometric SAR (InSAR) methodology. RCM SAR sensor differs from RADARSAT-2 in resolution, coverage, polarimetric configuration options, and radiometry. Various RCM-simulated products were created, for which InSAR analysis was performed and the average coherence was computed as a function of the spatial resolution and the noise floor. We determined that noise floor moderately affects InSAR coherence; the main limitation is imposed by coarse resolution of RCM beams. The very high resolution and high resolution RCM beams are most suitable for monitoring ground deformation in Alberta’s oil sands.Résumé. La mission Constellation RADARSAT (MCR) canadienne sera composée de trois satellites, munis d'antenne radar à synthèse d'ouverture (RSO), qui seront lancés en 2018. Avec son potentiel de réobservation interférométrique (InSAR) aux quatre jours, MCR permettra le suivi des mouvements verticaux de la surface du sol dans les zones d'extraction des sables bitumineux de l'Alberta, où les procédés de Drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV) et Stimulation cyclique par la vapeur (CSS) sont employés pour extraire le bitume visqueux. Une précédente étude InSAR a montré que les déformations du sol à taux élevé survenant sur une petite étendue peuvent uniquement être observées à l'aide de modes RSO à haute résolution et à faible bruit. L'ampleur des gradients de déformation limite l'utilisation des modes RSO à résolution plus grossière rendant le déroulement de la phase InSAR impossible, particulièrement dans les régions sensibles à la décorrélation temporelle. Dans la présente étude, nous avons analysé la pertinence de la MCR pour le suivi de la déformation de la surface du sol dans les zones de sables bitumineux de l'Alberta en utilisant la technologie InSAR. Les propriétés de l'antenne RSO de MCR diffèrent de ceux de RADARSAT-2 par sa résolution, sa couverture spatiale, ses options de configuration polarimétriques et ses qualités radiométriques. Divers produits MCR ont été simulés sur lesquels l'analyse InSAR a été effectuée et la cohérence moyenne a été calculée, en fonction de la résolution spatiale et le bruit de fond du système. Nous avons déterminé que le bruit de fond affecte modérément la cohérence InSAR et que la principale limitation est imposée par la résolution grossière de certains modes MCR. Les modes très haute résolution (3m) et haute résolution (5m) sont les plus appropriés pour faire le suivi de la déformation de la surface des zones d'extraction des sables bitumineux de l'Alberta.