Fundamentos del radar de apertura sintética (SAR)
El radar de apertura sintética (SAR) es una tecnología emergente en la teledetección.
De hecho, Sentinel-1 está equipado con este tipo de sensor activo. Asimismo, Radarsat y TerraSAR utilizan radares de apertura sintética.
La principal ventaja detrás de esta tecnología es cómo puede producir sintéticamente imágenes de mayor resolución en cualquier condición climática e incluso de noche.
Hoy no pretendemos entrar en detalles precisos sobre el funcionamiento de esta tecnología. En cambio, interpretaremos las imágenes SAR con ejemplos básicos y daremos algunas aplicaciones del mundo real.
Capacidades similares a las de los SAR
Se dice que el radar de apertura sintética es similar a cómo los murciélagos usan la ecolocalización para navegar en una cueva.
Cuando los murciélagos vuelan en una cueva, usan el sonido para navegar. Generalmente, crean ondas de sonido de 50 a 120 dB. Cuando este sonido rebota en una pared y regresa al murciélago, entiende la distancia en función del eco.
En general, los mismos principios se aplican al SAR. El satélite envía pulsos de microondas a la Tierra. El pulso regresa al satélite y el sensor crea una imagen a partir de los ecos devueltos.
En general, el radar de apertura sintética mira hacia los lados. Esto significa que no miran completamente hacia abajo, hacia Nadir, sino en ángulo. Hay ventajas en este tipo de ángulo de visión que mencionaré a continuación.
Como se mencionó anteriormente, el radar de microondas puede ver de noche ya través de las nubes y el humo. En cualquier momento del día o en cualquier tipo de condición climática, SAR funciona.
En realidad, las longitudes de onda más largas pueden penetrar mejor en las nubes e incluso en el suelo. Por ejemplo, el radar de banda L (~24 cm) tiene longitudes de onda más largas que la banda C (~6 cm) y la banda X (~3 cm).
Tipos de dispersión de radar
El radar lateral interactúa con diferentes tipos de terreno.
Los 3 tipos principales de mecanismos de dispersión son:
- De espejo
- Difuso
- Doble rebote
Primero, proporcionaremos un esquema para cada tipo de dispersión. Después, daremos una interpretación de dónde ocurre cada tipo de dispersión.
Superficie lisa
El reflejo de la superficie lisa proviene de terrenos planos como carreteras o agua. Para este tipo de dispersión, muy poca energía del pulso transmitido regresa al sensor (similar a un espejo).
En este ejemplo, los píxeles aparecerán negros normalmente con valores inferiores a -20dB.
Superficie lisa (reflexión especular)
Superficie áspera
Dispersión en superficies ásperas, como campos de cultivo arados y vegetación. La dispersión va en todas las direcciones de forma difusa.
Por ejemplo, los valores de píxel típicos serán superiores a -20 dB y en gris.
Superficie rugosa (Dispersión difusa)
Doble rebote
A menudo, el doble rebote ocurre en estructuras y objetos hechos por el hombre. El pulso reflejado golpea una superficie tras otra y regresa al sensor.
Por ejemplo, los valores típicos de píxeles aparecerán en blanco con valores superiores a -10dB.
Retrodispersión de doble rebote
Interpretación de imágenes SAR
Ahora que conoce los conceptos básicos del radar de apertura sintética, veamos una imagen SAR con estos tipos de dispersión. En este ejemplo de Radarsat-2, la imagen muestra claramente los tres tipos de retrodispersión.
Imagen Radarsat-2: doble rebote, reflexión especular y retrodispersión difusa
Reflexión especular
En esta escena, hay un río que fluye en dirección este-oeste. Como se muestra en el esquema anterior, muy poca energía se refleja en el sensor de radar. En este caso, el píxel es oscuro con un dB bajo.
Esto también se puede ver en la parte sureste con la superficie pavimentada de la carretera/aeropuerto. Nuevamente, este es un reflejo especular de una superficie lisa.
Dispersión de doble rebote
Por otro lado, el blanco brillante en el centro de la imagen puede interpretarse como una característica urbana. El radar recibe retrodispersión de doble rebote, lo que significa que los pulsos transmitidos regresan al sensor.
No está claro a esta escala qué es este objeto, pero se debe a los retornos de doble rebote. Debido a sus valores superiores a -10dB, los píxeles aparecerán como un blanco brillante.
Dispersión difusa
Finalmente, la mayor parte de la imagen de radar es dispersión de superficie rugosa. Tienes un poco de dispersión especular y de doble rebote.
Esto puede ser de tierras de cultivo anuales, vegetación, pastos u otras características. Es dispersión difusa porque no hay una cantidad alta o baja de retrodispersión en la imagen.
Casos de uso del radar de apertura sintética
¿Cómo podemos aplicar estos conceptos SAR a aplicaciones del mundo real? Hay cientos de aplicaciones de teledetección. Asimismo, SAR tiene aplicaciones en el medio ambiente, seguridad, militar y más. De hecho, el primero comparte las mismas siglas que SAR (búsqueda y rescate).
En las misiones de búsqueda y rescate, las condiciones meteorológicas suelen ser malas. En el caso de incendios forestales, el humo podría bloquear completamente la visibilidad. Debido a que el SAR de microondas no se ve afectado por este tipo de condiciones, los rescatistas lo usan para encontrar objetos hechos por el hombre en el suelo. Específicamente, busca la dispersión de doble rebote donde ocurrió el lugar del accidente. O incluso donde se produce una inundación, si hay un reflejo especular (píxeles oscuros).
Los científicos utilizan un radar de apertura sintética para estimar la elevación de la superficie con la misión de topografía de radar del transbordador espacial inSAR. Este satélite utilizó interferometría (InSAR) generando uno de los modelos de elevación más precisos de todo el mundo. Además, los científicos utilizan InSAR para el desplazamiento del terreno en función de las diferencias de fase.
Interferometría de radar Desplazamiento del terreno InSAR
Como se muestra arriba, SAR se trata de comprender las características de la superficie en función de la retrodispersión. Es por eso que usamos SAR durante los derrames de petróleo y para comprender las olas del océano. Durante un derrame de petróleo, el petróleo flota en el agua suprimiendo las olas. Esto crea una superficie más suave, que aparece oscura en la imagen del radar. Pero si estuviera buscando un barco en el Ártico, buscaría píxeles brillantes o de doble rebote en una imagen SAR.
Por último, el radar de microondas es sensible a la constante dieléctrica en las características. Es por eso que los investigadores están tratando de estudiar la humedad del suelo utilizando un radar de apertura sintética. En la agricultura, los agricultores pueden usar esto para comprender la humedad en los primeros centímetros de un perfil de suelo desnudo. Incluso para mapear humedales, los científicos usan la técnica de descomposición de Touzi.
Un poco más profundo en la tecnología
La polarización se refiere a la orientación de la onda de radar de la antena SAR. Tanto las líneas de fuerza eléctricas como las magnéticas forman ángulos rectos entre sí, pero es el campo eléctrico el que determina la dirección de polarización de la onda. El radar de apertura sintética utiliza una antena que puede transmitir en polarización horizontal (H) o vertical (V).
Cuando la onda electromagnética se dispersa desde un objetivo, el estado de polarización de una onda electromagnética puede cambiar. Cuando el sensor recibe la onda de retorno, mide el grado de cambio en la polarización del objetivo. Por ejemplo, puede ser polarización H o V o ambas simultáneamente.
Para polarización simple, estos son pares típicos de transmisión y recepción.
- HH para transmisión horizontal y recepción horizontal
- VV para transmisión vertical y recepción vertical
- HV para transmisión horizontal y recepción vertical
- VH para transmisión vertical y recepción horizontal
La ventaja es que puede inferir más información sobre las características de la superficie. Por ejemplo, podemos usar técnicas de descomposición como Freeman-Durden para obtener la cantidad de superficie, doble rebote y dispersión de volumen en una imagen SAR.
Finalmente, su apertura sintética porque puede crear imágenes de mayor resolución. Debido a que recibe retrodispersión a lo largo del radar de apertura sintética, puede generar sintéticamente una imagen de mayor resolución para un objetivo puntual en la Tierra. Toda la longitud del radar de apertura sintética tiene la información de retrodispersión para el objetivo puntual. Cuando se fusiona toda la información de retrodispersión, es como una apertura sintética.
Resumen: radar de apertura sintética (SAR)
Sin experiencia en radar, puede parecer un montón de píxeles. No obtienes una imagen bonita utilizada en un mapa.
Independientemente, las imágenes de radar pueden ser ruidosas y, a menudo, requieren suavizado. Pero usando técnicas de descomposición y un poco de interpretación SAR, de repente las imágenes SAR se convierten en una herramienta valiosa.
Si quieres intentar usar un radar de apertura sintética, echa un vistazo a nuestra lista de 15 fuentes de imágenes satelitales gratuitas.
Y no olvide que existe un software de detección remota de código abierto como la caja de herramientas Sentinel-1 para ayudar a analizar y visualizar imágenes SAR.
¿Qué es la imagen SAR?
El radar de apertura sintética (SAR) es una forma de radar que se utiliza para crear imágenes bidimensionales o reconstrucciones tridimensionales de objetos, como paisajes. SAR utiliza el movimiento de la antena del radar sobre una región objetivo para proporcionar una resolución espacial más fina que los radares de exploración de haz estacionarios convencionales.
¿Para qué se utilizan las imágenes SAR?
En comparación con las imágenes ópticas tradicionales, las imágenes SAR brindan más detalles sobre la superficie de la Tierra debido a la forma en que las señales SAR interactúan con superficies particulares (por ejemplo, edificios, árboles, montañas, lagos, etc.).
¿Cómo leo la imagen SAR?
Aquí hay algunas reglas generales:
- Agua. Las regiones de aguas tranquilas y otras superficies lisas aparecen negras (el radar se refleja alejándose de la nave espacial).
- Superficies. Las superficies ásperas parecen más brillantes, ya que reflejan el radar en todas las direcciones, y una mayor parte de la energía se dispersa hacia la antena.
- Pendientes.
¿Qué significa SAR en satélite?
BarridoSAR. El radar de apertura sintética (SAR) se refiere a una técnica para producir imágenes de alta resolución a partir de un sistema de radar de resolución limitada. Requiere que el radar se mueva en línea recta, ya sea en un avión o, como en el caso de NISAR, orbitando en el espacio.