- El radar de apertura sintética (SAR) se utiliza cada vez más para la observación de la Tierra.
- Los avances en los sistemas informáticos y de satélites permiten un mayor uso de esta tecnología.
- Podemos esperar que el SAR sea una parte clave de los futuros desarrollos en las observaciones por satélite.
El uso del radar de apertura sintética (SAR) ha sido algo limitado, al menos en lo que respecta a las imágenes espaciales y su uso en la teledetección. En gran parte, esto se debe a las complejidades de procesar y proporcionar los datos que sean fáciles de entender, fuera de un grupo limitado de especialistas en computación y geoespaciales. Sin embargo, ahora el SAR está más disponible y forma parte cada vez más de los satélites de observación de la Tierra y de los datos proporcionados, incluidos los patrocinados por empresas privadas como ICEYE[1].
¿Qué es el radar de apertura sintética?
La tecnología que hace posible el SAR ha estado en desarrollo desde la Segunda Guerra Mundial, ya que efectivamente los datos representan los desarrollos en el radar que se han producido desde ese momento. Los datos consisten en datos de microondas enviados por un sensor activo, es decir, los datos se emiten desde una fuente de energía dentro de una plataforma de observación como un satélite, y la energía luego se refleja en la superficie de objetos como la Tierra. A continuación se leen los datos de microondas del radar que se reflejan.
Las microondas tienen una escala de longitud de onda generalmente de centímetros, lo que las hace mucho más grandes que las ondas de luz. La instrumentación y la antena del radar determinan la resolución espacial de los datos. La apertura sintética se utiliza para crear efectivamente un sensor que funciona como una gran antena, lo que permite que la recogida de datos del radar utilice un receptor de datos mucho más pequeño, lo que permite observar una resolución a escala más fina.
La primera imagen de radar obtenida con el satélite SAR ICEYE-X1 el 15 de enero de 2018, a las 21:47 UTC. La imagen muestra la Reserva Nacional de Noatak, en Alaska. Imagen: ICEYE
La instrumentación del SAR permite no solo el envío activo de diferentes pulsos, sino también el registro de datos desde diferentes ángulos. Los datos pueden entonces compilarse para crear imágenes compuestas o múltiples de características. Se miden diferentes longitudes de onda, lo que hace que el SAR sea eficaz para la localización de rangos utilizando diferentes bandas de frecuencia, ayudando a medir la rugosidad de la superficie y diferentes escalas de propiedades de la superficie.
Las bandas, como la banda U, permiten medir la vegetación y las propiedades del suelo. Además, hay una gran variedad de tipos de bandas, como KA, K, KU, C, S y otras que se utilizan.
Las bandas de frecuencia más altas son menos capaces de penetrar objetos como las nubes. Las longitudes de onda más grandes permiten una penetración relativamente más fácil de las nubes; los datos del radar también permiten operar de noche. Las cualidades de penetración de la nubosidad y de los satélites útiles para las condiciones nocturnas han hecho que el SAR sea vital para la observación de la Tierra, dado que pocos otros sensores tienen tales cualidades[2].
El levantamiento y la subsidencia asociados con un terremoto de junio de 2007 que se produjo en el volcán Kilauea se representan en este interferograma ALOS PALSAR. El volcán Kilauea, situado en la parte sureste de la isla de Hawai, ha entrado en erupción continuamente desde 1993. Crédito: Zhong Lu, USGS.
Los datos de las diferentes bandas del SAR permiten utilizar la interferometría, es decir, la medición y superposición de bandas, para medir las discrepancias en los objetos, como los cambios de elevación o el desplazamiento en las superficies. El dato clave que mide el SAR es la distancia, y el tiempo en que las señales rebotan en los sensores permite calcular la distancia.
Normalmente, los modelos digitales de elevación (MDE) se crean a partir de los resultados del SAR. Sin embargo, se pueden utilizar diferentes frecuencias para diferenciar la superficie del terreno, la cubierta de árboles u otros objetos de la superficie terrestre. [3]
Adquisición rápida de datos de observación de la Tierra
Últimamente, los sensores de los satélites no sólo orbitan con frecuencia, sino que pueden aplicar múltiples mediciones de los sensores, lo que significa que podemos recoger una rápida adquisición de datos sobre zonas determinadas. Los satélites, como el Sentinel-2, pueden detectar mejor qué frecuencias SAR se emiten cuando se utilizan múltiples frecuencias.
De la NASA: Damage Proxy Map (DPM) que representa las áreas del sur de California que probablemente están dañadas (mostradas por píxeles rojos y amarillos) como resultado de los recientes incendios forestales, incluyendo el Thomas Fire en los condados de Ventura y Santa Bárbara, destacado en la imagen adjunta tomada del DPM. El mapa se ha obtenido a partir de imágenes de radar de apertura sintética (SAR) de los satélites Copernicus Sentinel-1, operados por la Agencia Espacial Europea (ESA). Las imágenes se tomaron antes (28 de noviembre de 2017, 6 a.m. PST) y después (10 de diciembre de 2017, 6 a.m. PST) del inicio de los incendios.
Esto permite muchas ventajas, como el seguimiento de los cambios en la vegetación o el relieve que se producen a escalas temporales rápidas, como en horas o minutos. Esto puede ser útil para supervisar acontecimientos como los incendios forestales, la deforestación o incluso los vertidos de petróleo. En el caso de los vertidos de petróleo, las densidades del petróleo podrían medirse mediante frecuencias SAR para diferenciarlo del agua.
Debido a las ventajas clave del SAR para operar en entornos nocturnos y nublados, el SAR se ha convertido en un instrumento para la vigilancia rápida de los cambios en el paisaje, necesaria para la vigilancia del medio ambiente. Las licencias de explotación regidas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) también están regulando y coordinando mejor el uso de los datos del radar, es decir, cuándo y dónde se registran los datos, sobre todo porque el radar puede interferir con las comunicaciones vitales del radar, como en los aeropuertos.
Geoespacial 2.0 y SAR
Los avances en la capacidad de procesamiento y el suministro rápido y automatizado de datos permiten realizar un seguimiento casi en tiempo real de los acontecimientos importantes en la Tierra. Cada vez más, las diferencias de tiempo entre una imagen y otra se miden en minutos y horas, en lugar de días.
Especialistas geoespaciales como Jensen ven el SAR como parte de lo que se ha llamado Geoespacial 2.0, donde los datos espaciales se proporcionan como un servicio en lugar de como datos no procesados o ligeramente procesados, con grandes datos espaciales y análisis de grandes datos espaciales en su núcleo.
Los analistas y científicos utilizan cada vez más servicios que introducen lo que se desea, como información sobre incendios forestales u objetos determinados, y esos datos se proporcionan directamente para responder a las preguntas con mayor rapidez. Esto ahorra tiempo al tener que descargar y procesar los datos.
Con el aprendizaje profundo y las técnicas de segmentación, también se puede obtener información específica sobre los objetos de interés en lugar de obtener grandes vistas o áreas de poco interés. Los satélites también son cada vez más pequeños y tienen vidas orbitales más cortas.
Una representación artística de un microsatélite ICEYE SAR. Crédito: ICEYE
Los satélites, en un futuro próximo, también podrán ser más fáciles de modificar, convirtiéndose en plataformas para aplicaciones similares a los teléfonos actuales. Esto permitirá nuevas aplicaciones y servicios proporcionados a los satélites, permitiendo un uso que aún no hemos conjurado, pero que podemos desplegar casi tan rápidamente como podemos desarrollarlos.
El auge del SAR se sitúa, por tanto, en el trasfondo de los rápidos cambios en el funcionamiento de los satélites. Además, la potencia de cálculo y los análisis automatizados han permitido que los datos del SAR requieran poco procesamiento y que los resultados puedan proporcionarse más rápidamente. Con las ventajas del SAR en regiones nocturnas y nubladas, esto significa que el SAR será cada vez más un componente crítico de nuestras respuestas geoespaciales en la observación de la Tierra.
Referencias
[1] For more on ICEYE, see: https://www.iceye.com/.
[2] More information on SAR and wavelength properties can be found here: https://earthdata.nasa.gov/learn/backgrounders/what-is-sar.
[3] Technologies and background to SAR can be found here: Wang, W.-Q. (2013). Multi-antenna synthetic aperture radar (affiliate link). Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group.
Traducido desde: gislounge
