Características de las imágenes de radar de apertura sintética SAR

nov. 24, 2019 4 min de lectura

Con la finalidad de tener los fundamentos suficientes para interpretar las imágenes de radar de apertura sintética (SAR), continuamos con los aspectos teóricos. En este segundo artículo hablaremos de tres parámetros importantes de las imágenes SAR. Una imagen de radar tiene información sobre dos cosas: La estructura de los objetos en la superficie y Las propiedades dieléctricas de la superficie. Las características de la señal retrodispersada (reflejada) está influenciada por parámetros del radar y por parámetros de la superficie terrestre.

Existen tres parámetros del radar que tienen una influencia sobre las características de la señal retrodispersada: Longitud de onda, Polarización, Ángulo de incidencia

Longitud de onda. Es la distancia desde la cresta de una onda hasta la creta de la siguiente onda. En la teledetección de radar la longitud de onda define la interacción de la señal con la superficie. La longitud de onda está inversamente relacionada con la frecuencia, es la velocidad de la luz dividida por la frecuencia, mientras mas alta la frecuencia, menor es la longitud de onda. La longitud de onda más utilizada son las siguientes.

Banda
Longitud de onda (λ), cm
Frecuencia (ν), GH
Ku
1.7 – 2.4
18 – 12.5
X
2.4 – 3.8
12.5 – 8
C
3.8 – 7.5
8 – 4
S
7.5 – 15
4 – 2
L
15 – 30
2 – 1
P
30 – 100
1 – 0.3

El largo de la onda determina su interacción con objetos en la superficie, si un objeto o su aspereza es aproximadamente igual al tamaño de la onda, entonces habrá interacción por la retrodispersión que ocasiona el objeto. Si la longitud de onda es mucho más larga que el objeto, habrá una interacción nula o muy baja entre la onda y la superficie, el objeto o la superficie aparecería lisa y la energía retrodispersada sería mínima

Por ejemplo, poca radiación sería retrodispersada por una superficie con fluctuaciones de altura de 5 cm con un SAR de banda L, una banda L tiene una longitud de onda de 15 a 25 cm y por ello la superficie aparecería oscura, pero la misma superficie aparecería brillante en un SAR de banda X que tiene una longitud de onda entre 2.4 a 3.8 cm.

La siguiente tabla contiene las aplicaciones más relevantes de las diferentes bandas utilizadas.

Banda
Aplicación
Ka
Radares de alta resolución
Ku
Glaciología (mapeo de la cubierta de nieve)
X
Agricultura, océano, radar de alta resolución
C
Océano, agricultura
L
Agricultura, gestión forestal, humedad del suelo
P
Biomasa, humedad del suelo, penetración

Este parámetro es muy importante porque a mayor longitud de onda mayor penetración a través del medio. La figura siguiente muestra la magnitud de la penetración de la señal en diferentes medios y con diferentes bandas.

En áreas de cobertura forestal la banda X penetrará la parte superior del dorsal de la vegetación. La banda C penetrará más profundamente y la banda L en la mayoría de los casos penetrará hasta llegar al suelo.

El segundo ejemplo muestra un suelo seco, con la banda X nada más se ve la superficie superior con una penetración mínima, mientras que la penetración es mucho mayor con la banda L y, la penetración con la banda C es intermedia entre X  y L. Hay estudios que indican que la banda L puede penetrar suelos secos hasta un metro de profundidad.

Veamos un ejemplo de la penetración del radar en los suelos. El área hace parte del río Nilo en Sudan. En la parte superior vemos una fotografía infrarroja tomada desde el transbordador Columbia en noviembre de 1995 y la de abajo es una imagen SAR del sensor SIR-C/X-SAR de abril de 1994, es una combinación de color falso utilizando las bandas L y C en diferentes polarizaciones. La línea negra gruesa en la derecha de la imagen de radar (parte inferior) es un canal antiguo del río Nilo que está cubierto por arena, este canal no puede verse en la fotografía infrarroja. Nadie conocía de su existencia antes que se tomase la imagen de radar.

Polarización. Se refiere al campo de propagación del campo eléctrico de la señal. Independientemente de longitud de onda, las señales de radar pueden se transmitidas y/o recibidas en diferentes polarizaciones. La mayoría de los radares han sido diseñados para transmitir ondas de redar horizontalmente o verticalmente polarizadas; del mismo modo la antena puede recibir la señal retrodispersada en polarización vertical u horizontal utilizando filtros especiales. En total puede haber cuatro combinaciones de polarizaciones

– HH: Transmitida Horizontalmente, Recibida Horizontalmente
– HV: Transmitida Horizontalmente, Recibida Verticalmente
– VH: Transmitida Verticalmente, Recibida Horizontalmente
– VV: Transmitida Verticalmente, Recibida Verticalmente

Los sistemas de radar que adquieren datos en las cuatro polarizaciones se llaman Quad-Pol y pueden caracterizar la estructura de la superficie de una forma mucho más completa. En resumen, la polarización provee información relacionada con los componentes horizontales y verticales de la superficie.

Ángulo de incidencia. Es el ángulo entre la dirección de iluminación del radar y la vertical de la superficie del terreno. Este ángulo varía en la franja de cobertura del radar, incrementa del lado de la franja más cercano al radar hacia el lado de la franja más lejano al radar (esto sucede porque la señal del radar se emite de lado).

Los ángulos de incidencia pequeños tienen mayor penetración y también resultan en una retrodispersión más alta (veremos tonos más brillantes en la imagen cuando los ángulos son más pequeños). La retrodispersión disminuye a medida que aumenta el ángulo de incidencia ya que la superficie aparece ser más y más lisa y por ello hay menos retrodispersión.

Por otro lado, las pendientes con dirección al radar tienen pequeños ángulos de incidencia y como resultado estas áreas tienen mayor retrodispersión y aparecen brillantes.

Pedro Villegas

Ingeniero Civil, Master en Ingeniería con énfasis en hidrogeología