Interpretación de Imágenes obtenidas por el E.R.S.-1 mediante un Dispersómetro Polarimétrico

R.

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Resumen
Un dispersómetro polarimétrico es un radar de baja potencia y corto alcance capaz de medir la matriz de dispersión de la superficie que esté iluminando. "TERPBA" (TErrestrial Radar Equipment for Scattering Analysis) es un dispers6metro terreno totalmente polarimétrico operativo en las bandas S, C, X, y Ku que utiliza el analizador de redes HP-8720C como unidad de transmisión-recepción. Su diseño ha sido orientado para obtener máximas prestaciones a la frecuencia del ERS-1. En este artículo se describen las especificaciones y la es-tructura del sistema, el método de calibración y la campaña de medidas prevista.
Abstract
A polarimetric scatterometer is a short-range, low-power radar system capable of measuring the com-plete backscattering matrix of the surface it illumi-nates. "TERESA" (TErrestrial Radar Equipment for Scattering Analysis) is a ground-based, fully polarimetric scatterometer operative in the S, C, X, and Ku bands that uses the HP-8720C network analyzer as a transmit- receive RF unit. Its design has been focused on obtaining optimum perform-ance at the operative frequency of the ERS-l. This paper briefly describes the specifications and struc-ture of the system, the calibration method "used and the planned set of measurements.

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• Publié le: 01 janvier 1995
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Revista de Teledetección. 1995
Interpretación de Imágenes obtenidas por el
E.R.S.-1 mediante un Dispersómetro
Polarimétrico
R. De Porrata-Dòria, A. Broquetas y X. Fábregas
Departamento de Teoría del Senyal i Comunicacions, Grupo A.M.R.
Universitat Politecnica de Catalunya. CI Sor Eulalia d'Anzizu, sIn. Edificio D-3. 08034 Barcelona.


RESUMEN ABSTRACT
Un dispersómetro polarimétrico es un radar de baja A polarimetric scatterometer is a short-range, low-
potencia y corto alcance capaz de medir la matriz power radar system capable of measuring the com-
de dispersión de la superficie que esté iluminando. plete backscattering matrix of the surface it illumi-
"TERPBA" (TErrestrial Radar Equipment for nates. "TERESA" (TErrestrial Radar Equipment
Scattering Analysis) es un dispers6metro terreno for Scattering Analysis) is a ground-based, fully
totalmente polarimétrico operativo en las bandas S, polarimetric scatterometer operative in the S, C, X,
C, X, y Ku que utiliza el analizador de redes HP- and Ku bands that uses the HP-8720C network
8720C como unidad de transmisión-recepción. Su analyzer as a transmit- receive RF unit. Its design
diseño ha sido orientado para obtener máximas has been focused on obtaining optimum perform-
prestaciones a la frecuencia del ERS-1. En este ance at the operative frequency of the ERS-l. This
artículo se describen las especificaciones y la es- paper briefly describes the specifications and struc-
tructura del sistema, el método de calibración y la ture of the system, the calibration method "used
campaña de medidas prevista. and the planned set of measurements.

PALABRAS CLAVE: Dispersómetro polarimé- KEY WORDS: Scatterometer polarimetric, ERS
trico, imágenes ERS. images.




Las aplicaciones de este dispositivo como INTRODUCCIÓN
herramienta para interpretar las imágenes del ERS-
Las imágenes proporcionadas por el radar de l son muy amplias: desde estudios geológicos,
apertura sintética embarcado en el ERS-1 aportan meteorológicos y cartográficos, hasta control de
una valiosa información sobre diferentes paráme- cosechas y de especies forestales, análisis de ferti-
tros geofísicos de la superficie terrestre (Haskell A. lidad de suelos, previsión de catástrofes naturales
1983), (Elachi C., 1987). Para la correcta interpre- (movimientos sísmicos, inundaciones, incendios
tación de estas imágenes y dado que éstas no son forestales), construcción de grandes infraestructu-
más que mapas de reflectividad electromagnética, ras (embalses, carreteras, puentes), estudio de
debe establecerse un nexo de unión entre paráme- corrientes marinas, etc. (Sieber A.J., 1985), (Ulaby
tros de reflectividad y parámetros geofísicos. Para F.T et al., 1982).
ello es necesario profundizar en el conocimiento
de los mecanismos de dispersión electromagnética
EL DISPERSOMETRO AMR superficial a frecuencias de microondas, lo que
requiere disponer de un dispositivo, llamado dis- Dentro de todo este contexto, el grupo AMR está
llevando a cabo el diseño, construcción y caracte-persómetro, capaz de caracterizar la reflectividad
rización de un dispersómetro polarimétrico de radar de superficies terrestres y marinas en condi-
banda ultra-ancha y altas prestaciones, bautizado ciones controladas (Sieber A.J., 1985), (Ulaby
con el nombre de "TERESA" (TErrestrial Radar F.Tet al., 1982).
Equipment for Scattering Analysis). Los requisitos Un dispersómetro es un sistema radar de onda
más importantes que pesan sobre el mismo son: continua (CW), baja potencia y corto alcance,
1) Obtención de medidas de reflectividad con una utilizado en campañas de medidas en entornos
elevada precisión y margen dinámico cubrien-naturales que permiten conocer el comportamiento
do los valores entre los que se sitúan la mayo-dispersivo de superficies en función de sus caracte-
ría de superficies terrestres y marinas (Ulaby F. rísticas:
T et al., 1982). - En tierra: naturaleza del suelo, grado de hume-
2) Capacidad de efectuar medidas en las cuatro dad, rugosidad, masa vegetal, etc.
combinaciones polarimétricas posibles (HH, - En el mar: oleaje, mareas, corrientes, fondo
VV, HV Y VH). marino, viento, etc.
Nº 4– Junio 1995 1 de 4 R. De Porrata-Dòria, A. Broquetas y X. Fábregas
3) Ancho de banda capaz de cubrir las frecuencias circuitos de radiofrecuencia. Ambas unidades están
de operación de la mayoría de radares SAR interconectadas mediante cinco cables: uno multi-
existentes. filar para aplicaciones de control y cuatro de alta
4) Margen de ángulos de incidencia que abarquen frecuencia.
los utilizados por los radares SAR existentes.
5) Calibración interna y externa para eliminar
errores de medida de variación rápida y lenta.
6) Mástil telescópico resistente y de fácil manipu-
lación, capaz de elevar las antenas a una altura
comprendida entre 12 y 14 metros.
7) Uso de un ordenador que realice simultánea-
mente el control de la instrumentación de mi-
croondas, el control electrónico de los ángulos
de elevación y azimut, la automatización de los
procesos de calibración y medida, y un primer
análisis de los datos obtenidos.
8) Alta versatilidad, movilidad, robustez y resis- Figura 1.- Estructura del dispersómetro
tencia a la corrosión y a condiciones climáticas
adversas. - Unidad de procesado: El ordenador centraliza
todas las tareas de control de instrumentación,
Por otro lado, se ha tenido que minimizar con- control de circuitería, calibración interna y ex-
sumo de todo el equipo, puesto que éste debe ser terna del sistema, adquisición y proceso de datos
móvil y autónomo, así como idear un medio de y análisis estadístico preliminar de las medidas.
transporte capaz de trasladarlo cómodamente. Los Para ello, se encuentra conectado mediante el
parámetros iniciales de diseño de "TERESA" están bus standard de instrumentación IEEE-488 con
resumidos en las tablas 1 y 2. el analizador de redes, y mediante el puerto para-
lelo con 100 circuitos de control (figura 2).
Parámetro Valor Comentario
Máxima información
Polarización HH, VV, HV, VH
polarimétrica
Margen 2-18 GHz (Bandas Engloba la mayoría de
frecuencial S, C, X, Ku) radares SAR existentes
Margen
angular en 15-60 off-nadir Alta información angula
elevación
Margen Para obtener el máximo
angular en 0-360 número de muestras
azimut independientes
Potencia
Para maximizar la
máxima de 20 dBm
máxima de sensibilidad
emisión

Figura 2.- Esquema de radiofrecuencia Tabla 1.- Especificaciones iniciales del dispers6metro

- Circuitos de microondas: Los restrictivos requisi-
Parámetro Valor tos de precisión, margen dinámico y ancho de
Margen dinámico 80 dB banda antes expuestos complican enormemente
Mínima omedible-55dBel diseño de la circuitería de microondas. No
Máxima omedible25dB
obstante, existen actualmente en el mercado ana-
Mínima relación señal a ruido 10 dB
lizadores vectoriales de redes con excelentes
Tabla 2.- Especificaciones a la frecuencia del ERS-1 (5,3 GHz) prestaciones que, además de cumplir sobrada-
mente los criterios anteriores, incorporan ruti-
nas de calibración y reducción de errores que los
hace idóneos para esta aplicación (Ulaby F.T. et
Descripción del sistema al., 1988). Por ello se ha utilizado en el disper-
sómetro un analizador de redes compacto y de El dispersómetro consta de una unidad interna
bajo coste HP-8720C capaz de medir hasta 20 ubicada en tierra y una unidad externa emplazada
GHz. Su cometido es llevar a cabo las tareas de en lo alto de un mástil telescópico de 14 metros de
emisión, enganche en fase, recepción y correc-altura (figura 1). La unidad interna consta de un
ción de errores. ordenador portátil, un analizador vectorial de redes
El analizador dispone de un puerto de salida y HP-8720C y la circuitería electrónica de control y
tres de entrada (A, 8 Y R). Dado que la potencia alimentación. La unidad externa está compuesta
máxima del puerto de salida es de 10 d8m, la señal por las antenas y la mecánica a ellas asociada, el
transmitida es amplificada en la unidad externa actuador de elevación, el rotor de azimut y los
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mediante un amplificador operativo de 2 a 18 como base para situarlo en el lugar de medida, y
GHz, capaz de obtener a su salida una potencia de para levantarlo del mismo se utiliza una columna
20 d8m en todo el margen frecuencial. La señ