Un procesador SAR basado en el Chirp Scaling Algorithm

A. Martínez

Description

Resumen
El radar de apertura sintética, SAR, sensor remoto en el dominio de frecuencias de las microondas, es el instrumento de teledetección con más futuro en el desarrollo de las tecnologías de observación. El enfoque de los datos brutos SAR presenta serias dificultades. Estas pueden ser resueltas con el método CSA, Chirp Scaling Algorith que ecualiza las trayectorias de migración de profundidad de todo el conjunto de datos brutos de forma que sólo dependan de un valor particular de la profundidad. Inisel Espacio ha implementado una versión del procesador CSA, integrado junto con un grupo de funciones auxiliares en el marco de un entorno de trabajo. El procesador CSA-SLC ha sido sometido a un plan de pruebas para cumplir las especifica-ciones de la ESA para los productos SLC del ERS-l sobre el análisis de calidad.
Abstract
Synthetic Aperture Radar, SAR, imaging radar in the microwave frequency domain, is the remote sensing instrument with more future in the observa-tional technologies development. The focussing of SAR raw data presents serious difficulties. These can be resolved with the CSA method, Chirp Scal-ing Algorithm that equalizes the range migration trajectories of the whole data set with respect to a reference range. lnisel Espacio has implemented a CSA processor, integrated with extra functions in a work station. CSA-SLC processor has succeed a quality analysis to agree with ESA specifications for SLC ERS-l products.

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 1995
• Nombre de lectures: 14
• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 1995
Un procesador SAR basado en el Chirp Scaling
Algorithm
A. Martínez, M. A. Herrero, P. Valenciano y V. Moreno
INISEL ESPACIO - Av.Hurgos 8 bis. 28036 Madrid
Tlf.3963311 Fax [phone] - e-mail: [e-mail]


RESUMEN ABSTRACT
El radar de apertura sintética, SAR, sensor remoto Synthetic Aperture Radar, SAR, imaging radar in
en el dominio de frecuencias de las microondas, es the microwave frequency domain, is the remote
el instrumento de teledetección con más futuro en sensing instrument with more future in the observa-
el desarrollo de las tecnologías de observación. El tional technologies development. The focussing of
enfoque de los datos brutos SAR presenta serias SAR raw data presents serious difficulties. These
dificultades. Estas pueden ser resueltas con el can be resolved with the CSA method, Chirp Scal-
método CSA, Chirp Scaling Algorith que ecualiza ing Algorithm that equalizes the range migration
las trayectorias de migración de profundidad de trajectories of the whole data set with respect to a
todo el conjunto de datos brutos de forma que sólo reference range. lnisel Espacio has implemented a
dependan de un valor particular de la profundidad. CSA processor, integrated with extra functions in a
Inisel Espacio ha implementado una versión del work station. CSA-SLC processor has succeed a
procesador CSA, integrado junto con un grupo de quality analysis to agree with ESA specifications
funciones auxiliares en el marco de un entorno de for SLC ERS-l products.
trabajo. El procesador CSA-SLC ha sido sometido
a un plan de pruebas para cumplir las especifica-
ciones de la ESA para los productos SLC del ERS-l
sobre el análisis de calidad.

PALABRAS CLAVE: Procesador SAR, Chirp KEY WORDS: SAR processor, Chirp Scaling
Scaling AIgorithm, Análisis de calidad Algorithm, Quality Analysis




sobre el coeficiente de retrodispersión de microon-INTRODUCCIÓN
das de la superficie terrestre.
El desarrollo de las tecnologías de observación Las propiedades de la superficie que más influ-
de la Tierra desde el espacio y su paso al campo yen en el coeficiente de retrodispersión de mi-
civil en los últimos años ha disparado el interés de croondas son la constante dieléctrica y la rugosi-
la comunidad en sus aplicaciones. El principal dad. Las ventajas más importantes que presenta el
atractivo que ofrece la Teledetección es la posibi- SAR para la teledetección son:
lidad de obtener un conocimiento preciso del me-
dio ambiente a una escala global. - El carácter activo del instrumento lo hacen in-
Los instrumentos de teledetección más conoci- dependiente de la iluminación solar, pudien-
dos son aquellos con capacidad de formar imáge- do recoger imágenes de la superficie terrestre
nes que trabajan en el dominio óptico del espectro a cualquier hora.
electromagnético (visible e infrarrojo). El radar de - Las microondas se ven muy poco afectadas por
apertura sintética, SAR, es un sensor remoto com- la presencia de nubes, por lo que es posible la
pletamente diferente a los anteriores. El SAR tra- toma de imágenes con independencia del
baja en el intervalo de frecuencias de las microon- tiempo meteorológico y en regiones con co-
das (longitud de onda entre 1 y 30 cm). Básica- bertura nubosa permanente.
mente su funcionamiento es como sigue: - Las imágenes SAR tienen una resolución espa-
Una antena a bordo de un avión o satélite emite cial elevada (20 m), que permite el estudio de
pulsos de microondas en la dirección perpendicular fenómenos de pequeña escala espacial. Por
a la de vuelo; estos pulsos llegan a la superficie otra parte, las imágenes SAR cubren amplias
terrestre donde se dispersan. La radiación electro- zonas, lo que permite su utilización a escala
magnética que es dispersada en la dirección de la global.
antena es recogida por la antena y grabada. Los - Las imágenes SAR contienen una información
pulsos retrodispersados recibidos por la antena son complementaria a la de las imágenes ópticas.
posteriormente procesados para la formación de La selección de la banda de frecuencias, po-
una imagen. La imagen SAR contiene información larización y ángulo de incidencia del SAR
Nº 4 – Junio 1995 1 de 5 A. Martínez, M. A. Herrero, P. Valenciano y V. Moreno
permite remarcar diferentes propiedades de datos brutos de forma que sólo dependan de un
la superficie. valor particular de la profundidad. El efecto de esta
La enorme utilidad del SAR se pone de mani- modificación de los datos brutos es que el efecto
fiesto al considerar el gran número de proyectos de de migración puede ser compensado exactamente
investigación amparados dentro del programa ERS para toda la imagen, al depender únicamente de un
(European Remote Sensing Satellite) de la Agencia valor de la profundidad.
Espacial Europea, ESA, y la confirmación de los La ecualización de los datos se realiza a partir
programas de seguimiento (ERS-2 yENVISA1). del teorema de escalado de funciones de fase cua-
Dentro de la cadena de proceso de los datos dráticas (Chirp Scaling Theorem). Este teorema
SAR, desde los datos en el satélite hasta el usuario establece un método para escalar una señal tempo-
final, ocupa un papel destacado la generación de ral mediante una cadena de convoluciones y multi-
las imágenes a partir de los datos brutos, conocida plicaciones por funciones de fase <Papoulis-77>.
por procesado o preprocesado de datos SAR. En Una vez efectuada la ecualización, la migración
este artículo se presenta el procesador SAR y su de profundidad de todo el conjunto de datos brutos
entorno de trabajo desarrollados por el Departa- puede ser corregida. Esta corrección se efectúa al
mento de Teledetección de Inisel Espacio. mismo tiempo que la compresión en profundidad,
con el consiguiente ahorro de dos operaciones de
transformada de Fourier (FFT) respecto a los pro-EL PROCESADOR CSA
cesadores clásicos. Recordemos que el cálculo de
Los datos brutos del SAR están constituidos por la las FFT es la principal tarea consumidora de tiem-
sucesión de pulsos recibidos Por la antena; a dife- po. Después de esta etapa queda por realizar la
rencia de los sensores ópticos, estos datos no for- compresión en acimut y la compensación de la fase
man una imagen. El enfoque de los datos brutos por efecto de la ecualización. El diagrama de flujo
SAR es un problema bidimensional consistente en del proceso se muestra en la figura 1.
la correlación de las señales retrodispersadas con Las principales características del procesador
una función de referencia: la función de respuesta CSA en comparación con otros procesadores clási-
a impulso del sistema SAR. La manera más directa cos son las siguientes:
de realizar la compresión es directamente en el
dominio temporal. Sin embargo, la gran carga - El algoritmo CSA produce imágenes SAR de
computacional de este método lo hacen inapropia- alta calidad, que pueden ser utilizadas para
do; otros métodos que trabajan en el dominio de todo tipo de aplicaciones.
frecuencias han sido investigados en el pasado,
destacando los algoritmos Range- Doppler y w-K
<Bennet-80>,<Cafforio-91>.
El propósito de estos métodos es calcular la co-
rrelación bidimensional como dos correlaciones
monodimensiona- les. El proceso en la dirección
de profundidad (perpendicular al movimiento de la
antena) no supone un gran problema, al ser la
función de referencia la misma para todos los datos
brutos. La compresión en acimut (dirección de
vuelo) conlleva más problemas, ya que la función
de referencia para la correlación es dependiente de
las coordenadas de profundidad y acimut (efecto
de migración en profundidad, o range migration),
por lo que el proceso en acimut es, en realidad,
bidimensional.
La corrección de la migración en profundidad es
llevada a cabo en los procesadores SAR clásicos
por medio de una interpolación de los datos brutos.
Este paso presenta algunos inconvenientes, como
son el aumento de la complejidad del procesador y
de la carga computacional y la posible inducción
de artefactos (blancos fantasmas y anomalías de
fase) en el producto final.
Recientemente ha sido propuesto un nuevo algo-
ritmo de proceso SAR que no requiere de interpo-
laciones: el Chirp Scaling Algorithm (CSA) Fig. 1.-. Diagrama de flujo del procesador CSA
<Runge-92>, <Cumming-92>. La idea clave del
- No existe necesidad de interpolar los datos método CSA es ecualizar las trayectorias de mi-
SAR antes de ser comprimidos; este hecho gración de profundidad de todo el conjunto de
2 de 5 Nº 4 – Junio 1995 Un procesador SAR basado en el Chirp Scaling Algorithm
facilita enormemente el diseño del procesa- Mbytes de RAM; la c