Sensores e Imágenes Radar AK GeoLab Members: Malpartida, Lesly Osorio, Luis Zea, Astrid Carrera de Geomática Ciclo V 2K22-II Imágenes Georreferenciadas
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Introducción Sensor de Radar Formación de imágenes de Radar Ventajas de imágenes de Radar Parámetros Mecanismos de Dispersión Tipos de Interacción de la señal Distorsión Geométrica y Radiométrica Temas a tratar Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II
Introducción Imágenes
¿Quién inventó el radar?
Varios científicos contribuyeron a la invención del radar. A continuación hablaremos de cada uno de sus descubrimientos.
Heinrich Rudolf, 1886. Demostró cómo se movían las ondas electromagnéticas reflejadas en una superficie metálica. Christian Huelsmeyer, 1904. Diseñó un sistema de anticolisión para buques mediante la utilización de ondas electromagnéticas.
Guglielmo Marconi. Creó las transmisiones inalámbricas y la radio. Por medio de este invento se llegaron a desarrollar las antenas.
Nikola Tesla, 1917. Estableció algunos principios para el desarrollo de un radar, entre ellos el nivel de potencia y la frecuencia. Una vez establecido el estudio de Tesla, para 1934 se comienzan los ensayos con ondas cortas. Así, se inició el uso de los radares con ondas decimétricas.
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RADAR
Radar es un acrónimo de “Radio Detection and range”, traducido al español como detección de distancias por ondas.
El radar es un sistema activo, que ilumina la superficie terrestre y mide la señal reflejada.
de atravesar
y
de registrar en la oscuridad
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– Capacidad
nubes
lluvia – Capacidad
Sensores Activos:
Sensores
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Pasivos: • La fuente de energía radiante surge de fuentes naturales • El sol, la Tierra, otros “cuerpos” calientes
• Proporcionan artificialmente su propia energía radiante como iluminación • Radar, radar de apertura sintética (SAR), LIDAR
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Emisión de un pequeño pulso de energía electromagnética.
• Capacidad de detectar el eco atenuado reflejado con precisión direccional.
• Capacidad para medir el tiempo entre la emisión y la recepción.
• Capacidad para registrar con haz direccional y examinar un gran área.
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FUNDAMENTOS DE RADAR
Cada pixel en la imagen de radar representa una cantidad compleja de la energía que se reflejó devuelta al satélite.
• La magnitud de cada pixel representa la intensidad del eco reflejado.
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Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab FORMACIÓN DE IMAGENES RADAR Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II 1. El radar mide el retraso y la fuerza del eco retrodispersado – Mide la amplitud y la fase 2. El radar nada mas mide parte del eco reflejado de vuelta a la antena (retrodispersión) 3. El pulso de radar viaje a la velocidad de la luz 4. Debido al retraso-se pueden observar objetos a diferentes distancias del radar
Fuentes de Dispersión de Radar
La señal de radar es principalmente sensitiva a la estructura de la superficie La escala de los objetos en la superficie relativo a la longitud de onda determinan que tan áspero o liso aparecen al radar y que tan brillantes o oscuros aparecen en la imagen
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Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Fuentes de Dispersión de Radar Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Fuentes de dispersión: 1. dispersión por volumen de la copa de los arboles 2. dispersión directa con el tronco de los arboles 3. dispersión directa del suelo 4. dispersión por: a. el tronco y el suelo b. el suelo y el tronco 5. dispersión por: a. la copa y el suelo b. el suelo y la copa
• Los distintos tipos de superficies generan distintos tipos de dispersiones: – Áreas urbanas: dispersión muy fuerte. – Bosques: dispersión intermedia. – Agua calmada: baja dispersión. • El coeficiente de dispersión proporciona información de la superficie y depende de: – Parámetros de observación (frecuencia, polarizaciones, ángulo de incidencia). – Parámetros de superficie (rugosidad, geometría, permeabilidad dieléctrica) Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Parámetros que afectan a la dispersión
• Frecuencia determina: – Profundidad de penetración. – Rugosidad relativa de la superficie considerada. • Profundidad de penetración: – Depende de la humedad del objetivo. – Las Microondas no penetran mas allá de unos milímetros en el agua. • Polarización. – La polarización depende de las orientaciones de los campos eléctrico y magnético – Permite determinar distintas capas del objetivo en función de la polarización utilizada. Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Efectos sobre la dispersión
•Rugosidad: – Se trata de un concepto relativo comparado con la longitud de onda. • Angulo de incidencia: – La dispersión depende de la posición del objeto frente al nadir. Cuanto más próximo más sensible. • Humedad: – La permeabilidad y conductividad dieléctrica dependen de la humedad. Los cambios son fuertes. La profundidad de penetración también depende de la humedad. Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Efectos sobre la dispersión
Parámetros del Radar: Angulo de Incidencia
Ángulo de incidencia: es el ángulo entre la dirección de iluminación del radar y la normal a la superficie de la Tierra. Dependiendo de la altura del radar sobre la superficie de la Tierra, el ángulo de incidencia cambia a lo largo de la dirección del alcance. Por lo tanto, la geometría de visualización un una misma imagen es diferente de punto a punto en la dirección del alcance.
Ángulo de incidencia local: es el ángulo de incidencia local tomando en cuenta la inclinación local del la superficie iluminada. El ángulo de incidencia local influye de forma determinante en la brillantez de la imagen.
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Reserva de Pacaya-Samiria en el Perú Imágenes de UAVSAR (HH, HV, VV) . Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Aplicación: Polarizaciones Múltiples en Estudios de Vegetación Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II UAVSAR (HH, HV, VV)
Retrodispersión de la Señal de Radar
El eco de radar contiene información sobre la superficie, la cual se caracteriza por la dispersión de la onda electromagnética incidente.
Esta dispersión depende de:
la frecuencia o longitud de la onda: parámetro del radar polarización de la onda: parámetro del radar el ángulo de la onda incidente: parámetro del radar la constante dieléctrica de la superficie: parámetro de la superficie la aspereza de la superficie en relación a la longitud de onda: parámetro de la superficie La estructura en la superficie y su orientación en relación a la onda: parámetro de la superficie
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Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Tipos de Interacción de la señal de RADAR Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Reflexión tipo espejo (specular reflection)
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Tipos de Interacción de la señal de RADAR Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Reflexión de superficies ásperas
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Tipos de Interacción de la señal de RADAR Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Reflexión de superficies surcadas (Bragg scattering)
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Tipos de Interacción de la señal de RADAR Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Doble-rebote (double bounce)
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II SMAP: Mosaico de Radar de la Amazonía
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Detección de Petróleo en el Agua UAVSAR (2 metros) HH, HV, VV
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Brazil JERS-1 Banda L 100 metros de resolución
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Distorsión Geométrica
Escorzo
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II
Sombra
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Datos de Radar de Diferentes Satélites
Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLabImágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Datos de Radar de Diferentes Satélites
Aplicaciones
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Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II Obtención del espectro de las olas de agua en el océano. Clasificación de tipos de hielos. Seguimiento de desplazamientos del hielo. Modelos digitales del terreno por “interferometría” Detección automática de vertidos de fuel. • Altímetros radar. Radargrametría. Geodesia: Determinación del geoide
Conclusiones Imágenes Georreferenciadas
Visto los ejemplos, la flexibilidad de las imágenes RADARSAT-1/SAR (variedad de ángulos de incidencia, direcciones de observación, posibilidad de visión estereoscópica, etc.), las convierte en una importante fuente de información, teniendo en cuenta que el conocimiento de las características de la señal (frecuencia y polarización) y de la geometría de la observación (ángulo de incidencia, dirección de visión) es fundamental para deducir las interacciones que se producen a nivel de los afloramientos y bien interpretar las características geológicas de un área.
Algunos parámetros van a ser claves para la extracción de información especifica.
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Ciclo
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Malpartida | Osorio | Zea AK GeoLab Referencias Imágenes Georreferenciadas Ciclo V 2K22-II National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) Standardization Document “Department of Defense, World Geodetic System 1984, Its Definition and Relationships with Local Geodetic Systems” Version 1.0.0 Office of Geomatics https://earth-info.nga.mil/index.php? dir=wgs84&action=wgs84 http://earth-info.nga.mil/GandG/sathtml/index.html. Pavlis, N. K., S. A. Holmes, S. C. Kenyon, and J. K. Factor (2012), The development and evaluation of the Earth Gravitational Model 2008 (EGM2008), J. Geophys. Res., 117, B04406, doi:10.1029/2011JB008916.
