PR-SIG 7

Ing. Msc. Jorge Ordoñez H.Ing. Msc. Jorge Ordoñez H. 11

Imágenes de Radar

Curso:PR-SIG


Sensores Pasivos

Se limitan a recoger la energía electromagnética, proveniente del sol y la cual es reflejada por la superficie terrestre. No disponen, para transmitir, de su propia fuente de energía, por lo que sólo funcionan con luz diurna.

Operan en una amplia región espectral: visible, ultravioleta e infrarrojo.


Sensores Activos

El radar (RAdio Detection And Ranging) es un sistema activo que emite un haz energético de microondas y registra la energía reflejada luego

de interactuar con la superficie u objetos.

Gracias a que las longitudes de onda de los radares son mayores al tamaño a la mayoría de

las partículas en la atmósfera, éstos puede trabajar en cualquier condición atmosférica.

Fuente de energía = propia


Microondas: Microondas:


Tipos de radares

Real Aperture Radar (RAR).

Synthetic Aperture Radar (SAR).


RAR

Son equipos donde el tamaño de la antena estácontrolado por la longitud física de la antena. También son conocidos como radares no coherentes.

La ventaja de los equipos RAR esta en su diseño simple (SLAR).

Desventaja -> La resolución de la imagen está limitada por la longitud de la antena. La antena necesita tener varias veces el tamaño de la longitud de onda para reducir el ancho de banda de la señal emitida.


SARSon sistemas de radares que generan imágenes de alta resolución. Una apertura sintética o antena virtual. Consiste en un extenso arreglo de sucesivas y coherentes señales de radar que son transmitidas y recibidas por una pequeña antena que se mueve a lo largo de un determinado recorrido de vuelo u órbita. El procesamiento de la señal usa sucesivos pulsos para crear una imagen.

Se envían pulsos de señal a los mismos puntos de la superficie terrestre en dos o más momentos distintos de la trayectoria del radar y la resolución que se obtiene es equivalente a la que si se utilizara una antena de similar longitud que la distancia entre los pulsos.


SAR Efecto Doppler


Transmisor Receptor Procesador

Llave T-R

Antena

Elementos básicos de un radar


azimut

h

vradar

swath

Plano

de

tierra

rango

P

zona iluminada

Geometría del sistema


Geometría del sistema

Ángulo de incidencia

Varía entre 20º y 80º.


plano de tierra

•Rango oblicuo del pto. P: distancia entre el pto. P y el radar

•Rango de tierra del pto. P: distancia entre la proyección de tierra del pto. P y el radar

2.(P) oblicuo rango dc

luz la de velocidadpulso delrecepcion lay

emision la entre tiempo

c

d

radar

rango oblicuo

rango de tierra P

proyección del radar sobre tierra

h

Resolución en el rango

senc

sen 2min

rango de tierra (P)


Resolución en el rango

La dirección de rango es la perpendicular a la dirección de vuelo.


Alcance cercano - lejano


Resolución en la dirección azimutal

La dirección de rango es la paralela a la dirección de vuelo.

Resolución azimutal: L/ 2 (SAR)

L: Longitud de la antena.

cosLh

(RAR)

h: altura de vuelo. : ángulo de incidencia.: longitud de la onda.


Resolución en el rango - Resolución en azimut

resolución en rango

ancho de pulso

resolución en azimut

ancho de haz deantena


radar

iluminación vertical:

los retornos de los ptos. A y B arriban al mismo tiempo ambigüedad

A B

radar

iluminación lateral:

los retornos de los ptos. A y B arriban en distintos tiempos

A B

Por qué iluminación lateral ?


tiempo de retorno del ecoubicación en la imagen


Ruido Speckle

El SPECKLE se refiere al ruido característico producido en la respuesta de la señal del radar,causado por la interferencia entre las ondas electromagnéticas dispersadas por la superficie o los objetos.


Ruido Speckle


Reducción del ruido Reducción del ruido SpeckleSpeckle

Aplicando procesos de múltiples vistas (multilook).

Utilizando radares de apertura sintética (SAR).


Polarización


Para el plano electromagnético (EM) de una onda, la polarización se refiere al lugar geométrico del vector campo eléctrico en el plano perpendicular a la dirección de propagación.

La longitud del vector representa la amplitud de la onda y la velocidad de rotación del vector representa la frecuencia de la onda.

La polarización se refiere a la forma y orientación del patrón trazado por el “pico” del vector.


Polarización

Posibles combinaciones:

• HH – transmite y recibe con polarización vertical.

• VV – transmite y recibe con polarización vertical.

• HV – transmite con polarización horizontal y recibe con polarización vertical.

• VH - transmite con polarización vertical y recibe con polarización horizontal.


PolarizaciónLos radares pueden usar una, dos o las cuatro combinaciones posibles:

Polarización simple: HH, VV,HV o VH.

Polarización dual: HH y HV, VV y VH, o HH y VV.

Polarización alternativa: HH y HV, alternativamente con VV y VH.

Polarimétrica: HH, VV, HV, y VH.


HH VV HV

COLOR COMPUESTO


HH VV VH


HH VV VH


Desplazamiento debido al relieve en Desplazamiento debido al relieve en la imagen RADARla imagen RADAR

Las estructuras verticales en imágenes de radar aparecen muy diferentes con respecto a las fotografías aéreas o las imágenes de los satélites.

En las fotografías aéreas y otras imágenes ópticas, las partes altas son registradas en la imagen más lejano que las partes mas bajas de una estructura.

En cambio en las imágenes radar las partes altas de una estructura pueden reflejar las señales antes que la base, así el desplazamiento del relieve se acerca hacia el nadir.


OPTICO RADAR

Las laderas parecen recostarse hacia el sensor.

PENDIENTES


Acortamiento de la pendiente Acortamiento de la pendiente ((ForeshorteningForeshortening))

La base de la ladera y la cima de la montaña son reflejadas al mismo tiempo y en la imagen resultante se observa una superposición.


PseudosombreadoPseudosombreado

Es el resultado de la propagación de las señales de retorno sobre una distancia más grande (A’, B’) que la distancia horizontal real (A, B).


Inversión del relieve (Inversión del relieve (LayoverLayover))

La inversión del relieve es el efecto donde la imagen de un objeto aparece inclinado hacia la dirección de la antena de radar.


SombreadoSombreado

Cuando las pendientes del terreno son mayores que el ángulo de depresión, las verdaderas sombras de radar ocultan características en el alcance.

Ángulo de depresión Ángulo de incidencia


Sensor

SombreadoSombreado


Resolución de distanciaResolución de distancia


Relación entre rugosidad de la Relación entre rugosidad de la superficie y haz reflejado.superficie y haz reflejado.

Si la longitud de onda de la señal es mayor que la dimensión de las partículas la reflectancia es

especular, sino es difusa.

Ing. Msc. Jorge Ordoñez H.Ing. Msc. Jorge Ordoñez H. 3838TM (óptica)Agua encrespada

Reflexión en esquina(casas)

Agua calma


China Lake Airport, California (3-m resolution)(en la pista no hay retorno por reflexión especular)


Constante dieléctrica complejaConstante dieléctrica compleja

Se llama constante dieléctrica compleja a las propiedades eléctricas de la materia que influencian la interacción con la energía

electromagnética.

Las microondas reflejadas son función de la

constante dieléctrica.

La atenuación de la energía de

microondas es función de la

conductividad de la materia.


Características de las imágenes de Características de las imágenes de radarradar

La intensidad de la señal recibida por la antena del radar está determinada por las siguientes características:

• Polarización.

• Ángulo de depresión.

• Longitud de onda.

• Resolución espacial.

• Constante dieléctrica de la superficie.

• Rugosidad de la superficie.

Propiedades del radar

Propiedades

de la superficie


RADAR ERSRADAR ERS--11

�� RadarSAT RadarSAT (Canada)(Canada)

�� ERSERS--1, ERS1, ERS--2 2 (Europa)(Europa)

�� JERSJERS--1, JERS1, JERS--2 2 (Japón)(Japón)

�� Misiones de la Misiones de la lanzadera espacial lanzadera espacial con sensores SIR con sensores SIR (Shuttle Imaging (Shuttle Imaging Radar)Radar)


SIR: Jerusalén y el SIR: Jerusalén y el Mar MuertoMar Muerto


Satélite ERSSatélite ERS--1 y ERS1 y ERS--22

• Primer satélite europeo de recursos naturales, lanzado el 17 de julio de 1991 (ers-1) y el 21 de abril de 1995 (ers-2).

• Se basa en el diseño de los satélites franceses SPOT.

• Órbita: polar – 800 km.

• Resolución temporal: 35 días.

• Posee tres estaciones receptoras ubicadas en la superficie terrestre.


Satélite ERSSatélite ERS--1 y ERS1 y ERS--22--InstrumentosInstrumentos

SAR (modo imagen): para adquisición de imagénes de grandes extensiones.

SAR (modo onda): imágenes de 5 km por 5km. Opera en banda C (5,4 cm) y polarización VV.

Scaterómetro de viento: usado para medir el efecto de los vientos sobre la superficie del mar. Opera en banda C.

Radar de altimetría: medición precisa de la sup. del mar y de los hielos. Opera en banda K.

ATSR: para medición de temperatura de la sup. Del mar, nubes y vapor de agua atmosférico.

GOME (Ers-2): para mediciones experimental del ozono.


RadarSATRadarSAT

• Satélite canadiense lanzado el 4 de noviembre de 1995.

• Cuenta con un Radar de Apertura Sintética.

• Proporciona diariamente imágenes regulares sobre el ártico, y cada cinco días sobre latitudes ecuatoriales.

• Utiliza únicamente la banda C y polarización HH.

• Ángulo de incidencia variable (20º-60º).


RadarSATRadarSAT

• Se obtienen imágenes con resoluciones de 8 a 100 metros.

• Está equipado con 7 modos de haz.

• Ancho de barrida de 50 km hasta los 500 km.



Imágenes Ku-Band (15 Ghz), radar de apertura sintética resol. 1m. transportado por el avión Twin Otter de SANDIA Laboratories

Sensor


Pentágono


Estadio RFK, Washington


Luján – Buenos Aires


CONCLUSIONESCONCLUSIONES

• No dependen de la iluminación del sol, ya que suministran su propia fuente de energía.

• La iluminación oblicua del terreno produce efectos de sombra y de alta iluminación.

• Operan en el rango de frecuencias más bajo.

• Penetran las nubes y la bruma.

• Poseen intrínsecamente un ruido asociado: speckle.

• Mayor tiempo consumido en el tratamiento y corrección de las imágenes.


Gen. Armindo C. FernandesGen. Armindo C. FernandesOrbiOrbiSSat da Amazat da Amazôônia S.A. nia S.A. –– Divisão de Divisão de

Sensoriamiento RemotoSensoriamiento RemotoCampinas (SP) Campinas (SP) -- BraBrassilil

[email protected]@Orbisat.com.br

Geoexpo 2004Lima – Peru

Tecnologia InSAR

ORBISAT


Introducción


Matriz y Filiales

_ Ingeniaría yAdministración

GeneralSão José dos Campos

División Industrial y Producción

Manaus

División de Radares

Campinas

Fundada en 1984 como Databus Engenharia Ltda;

Previsión de R$ 40 millones de facturamiento en 2004;

División de radares financiada pelo BNDES/SOFTEX en 2002.


Actividades

Receptores de Satélite

Modens Globalstar

Receptores GPS

Alarmes

Electrónicos

Sensoriamiento Remoto

Proyecto y Construcción de Radares

Instalación en Aeronaves y Certificación

Ejecución de Proyectos de Mapeo

Procesamiento y Cartografía Digital

da Amazônia Indústria e

Aerolevantamento S/A


Única empresa comercial del mundo, que está realizando todo el ciclo de obtención de productos derivados de RADAR:

Proyecto del RADAR;

Construcción, prueba y control de calidad del RADAR;

Gerenciamiento de la instalación en avión y sus respectivas certificaciones;

Planeamiento y ejecución de vuelos de levantamiento y el respectivo suporte de logística;

Procesamiento (tiempo real y pos-procesamiento);

Generación de productos de valor agregado;

Generación automática de mapas .

División de Sensoriamiento Remoto


Teoria InSAR


Teoria InSAR

BANDA

Frecuencia

Largura de la onda


GeometriaGeometria del del RADARRADAR

• Visada inclinada

• Resalta la morfología

• Independe da luz solar

• Ultrapasa as nubes

• Ultrapasa a vegetación


Apertura sintética

Franja iluminada

Tamaño de la antena real

Teoria InSAR


Teoria InSAR Teoria InSAR Pasajen única Pasajen doble

Línea-base


Teoria InSAR

Altura de la arbole

Altura del terreno

Banda X Banda P


Teoria InSAR

Modelo de altura del terreno obtenido a partir de los datos de

la Banda P

Modelo de altura de la superficie obtenido a partir de los datos de la

Banda X


OrbiSAR-1 Cadena de Producción

Censor

Trans-cripción

SARproc.

Geo-coding Mosaico Generar

mapa Cliente

Guardar en disco

Entrega

GravarDVD

Imprimirmapa

Flujo de Producción


OrbiSAR-1


OrbiSAR-1

Tucuruí - Brasil

OrbiSAR-1: el radar de cartografía más avanzado del mundo


OrbiSAR 1

1

2

3

4

5

6

7

8

1 – Distribuidor de Energía

2 – Applanix POS AV

3 – Transmisor de Banda- P

4 – Computadora de Control

5 –Receptor de RADAR

6 –Transmisor de Banda-X

7 – Omnistar (Diferencial GPS)

8 – Tomada de Fuerza


Control de calidad durante Control de calidad durante el vuelo de adquisición:el vuelo de adquisición:

Estación de suelo GPS para Estación de suelo GPS para el procesamiento de Del procesamiento de D--GPSGPS


Control de calidad durante Control de calidad durante el vuelo de adquisición: el vuelo de adquisición: reflectores de esquina reflectores de esquina

(RC)(RC)• RC´s montados con ángulo de

inclinación específico de

acuerdo con la variación lejos /

cerca de la posición de la

trayectoria

• RC´s son usados como puntos

georeferenciados para la

geocodificación y la absoluta

calibración radio métrica


Pos vuelo: datos crudos del RADAR

• Transcripción de datos crudos para procesamiento dos discos duros y organización del banco de datos

• Extracción de datos de los discos duros del censor

• Inicio da analice de datos crudos y programas de control de calidad


Infraestructura de Procesamiento

processamento SAR

Computadores processamento SAR

Sala de ReuniãoProdução de Mapas

Centro Professonal del Este, Calle Villa Flor, Piso 03, Oficina 36, Sabana Grande

CartoSur II Oficina de procesamiento en Caracas, Venezuela

Controle de Qualidade


Capacidades y Limitaciones:

Adquisición


Vuelo


Vuelo


Principio de medición del RADAR

Vuelo


Generación de la imagen del RADAR basada en:

Intensidad del retorno

Distancia del terreno











Interpretación


Clasificación de Clasificación de imágenesimágenes

Área urbana

Área rural

Floresta

Agua

s/ clase


Diferencial de las imágenes P - X

Base: imagen X, color: MDE(X-P)


Diferencial de las imágenes P - X


ComparaciComparacióón de las n de las OrtoOrto--ImImáágenesgenes

Banda X (HH)

Banda P Polarimétrica


MDS banda-X

Identificación de Cuencas Hidrográficas


MDT banda-P

Identificación de Cuencas Hidrográficas


Imagen OrbiSAR-1 banda P y X Imagen LANDSAT

El problema precisión/resolución


Imagen OrbiSAR-1 Banda-X Imagen RADARSAT

El problema precisión/resolución


Referencia MDT (baja resolución)


MDT OrbiSAR-1 (alta resolución)


Ejemplos


Tucuruí Modelo Digital del Terreno


Tucuruí Curvas de Nivel


Tucuruí Ortocarta con Imagen


Tucuruí Ortocarta con Imagen


Tucuruí Ortocarta con Modelo del Sombreo


Procesamiento



OrbiSAR-1 Equipos de Procesamiento


Procesamiento de Datos Crudos


Instalaciones de procesamiento geocodificado


Productos Finales


archivos digitales

disco duro con datos totales

Orto-SAR-Imágenes (mapas)

Tipos de Productos


Escalas de Productos

1414551 : 500001 : 50000772.52.51 : 250001 : 2500044111 : 100001 : 10000220.50.51 : 50001 : 5000

AnchoAncho de la de la franjafranja [km][km]

ResoluciónResoluciónde la de la imagenimagen

[m][m]

EscalaEscala


Conclusión


La tecnología de La tecnología de OrbisatOrbisat, , empresa brasileña, es hoy la empresa brasileña, es hoy la más avanzada disponible más avanzada disponible comercialmente.comercialmente.

Los datos colectados y Los datos colectados y procesados tienen alta calidad procesados tienen alta calidad técnica, indicando excelentes técnica, indicando excelentes posibilidades de aplicaciones posibilidades de aplicaciones en la Cartografía.

OrbiSAR-1


Los productos obtenidos del Los productos obtenidos del procesamiento de los datos procesamiento de los datos del RADAR tienen muchas del RADAR tienen muchas aplicaciones además del aplicaciones además del mapeo.mapeo.

Los trabajos de campo y Los trabajos de campo y laboratorio son muy rápidos. laboratorio son muy rápidos.

OrbiSAR-1


Eng. Cart. Armindo Fernandes

Director de Operaciones

Orbisat- División de Sensoriamiento

Remoto

Campinas (SP) – Brasil

+55 19 3295-8844

[email protected]

Documents

PR-SIG 7