Geocodificación de imágenes SAR del satélite ERS-1

V. Palà

Description

Resumen
Desde el lanzamiento del satélite ERS-l en Julio de 1991 por parte de la Agencia Espacial Europea, el Institut Cartogràfic de Catalunya y el Departament de Geología de la Universitat de Barcelona han estado trabajando conjuntamente en el problema de la geocodificación de imágenes de radar de apertu-ra sintética (SAR). El método desarrollado utiliza un modelo kepleria-no para la órbita del satélite, ajustado mediante los puntos orbitales de efemérides y sus velocidades. En caso de tener una imagen en Ground-Range, serán necesarios los coeficientes de un polinomio de paso a Slant-Range que, si no están presentes en la información de cabecera de la cinta, obtendre-mos en base a los puntos control. El proceso de rectificación necesita un Modelo de Elevaciones del Terreno (MET) preciso y aprove-cha las propiedades de localidad en el momento de calcular la posición de la imagen SAR a partir de la coordenada geocéntrica de un punto. Una imagen ERS-1 sobre un área de accidentado relieve en el Sur de Catalunya fue rectificada y comparada con una ortoimagen SPOT PAN a escala 1:50.000 de la misma zona, obteniéndose una buena superposi-ción.
Abstract
Since the European Space Agency's ERS-1 satel1ite was launched on July 1991, the Institut Cartogràfic de Catalunya and the Departament de Geología of the Universitat de Barcelona have been working together on the SAR geocoding problem. The developed method involves a keplerian mode-lization for the satellite orbit based on the ephemerides orbital points and its velocities. In the case of Ground-Range data, polynomial coeffi-cients allowing transformation from Ground-Range to Slant-Range are needed and derived from con-trol points if not provided in the tape header. The rectification process needs and accurate DEM, arid takes profit of locality when calculating the SAR position from the geocentric position. An ERS-1 image over a rough area in South Catalonia was rectified and compared with 1:50.000 SPOT PAN orthoimages over the same area, giving a successful overlapping.

Sujets

• SAR
• ERS-1
• Geocodificación
• Geocoding

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 1993
• Nombre de lectures: 44
• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 1993
Geocodificación de imágenes SAR del satélite
ERS-1
1 2 lV. Palà , J. Corbera y F. Pérez
1Institut Cartogràfic de Catalunya, Balmes 209-211 - 08006 Barcelona
2Departament de Geología Dinàmica i Paleontologia. Universitat de Barcelona Zona Universitaria de Pedralbes
08028 Barcelona.


RESUMEN ABSTRACT
Desde el lanzamiento del satélite ERS-l en Julio de Since the European Space Agency's ERS-1
1991 por parte de la Agencia Espacial Europea, el satel1ite was launched on July 1991, the Institut
Institut Cartogràfic de Catalunya y el Departament Cartogràfic de Catalunya and the Departament de
de Geología de la Universitat de Barcelona han Geología of the Universitat de Barcelona have
estado trabajando conjuntamente en el problema de been working together on the SAR geocoding
la geocodificación de imágenes de radar de apertu- problem.
ra sintética (SAR). The developed method involves a keplerian mode-
El método desarrollado utiliza un modelo kepleria- lization for the satellite orbit based on the
no para la órbita del satélite, ajustado mediante los ephemerides orbital points and its velocities. In the
puntos orbitales de efemérides y sus velocidades. case of Ground-Range data, polynomial coeffi-
En caso de tener una imagen en Ground-Range, cients allowing transformation from Ground-Range
serán necesarios los coeficientes de un polinomio to Slant-Range are needed and derived from con-
de paso a Slant-Range que, si no están presentes en trol points if not provided in the tape header.
la información de cabecera de la cinta, obtendre- The rectification process needs and accurate DEM,
mos en base a los puntos control. arid takes profit of locality when calculating the
El proceso de rectificación necesita un Modelo de SAR position from the geocentric position. An
Elevaciones del Terreno (MET) preciso y aprove- ERS-1 image over a rough area in South Catalonia
cha las propiedades de localidad en el momento de was rectified and compared with 1:50.000 SPOT
calcular la posición de la imagen SAR a partir de la PAN orthoimages over the same area, giving a
coordenada geocéntrica de un punto. Una imagen successful overlapping.
ERS-1 sobre un área de accidentado relieve en el
Sur de Catalunya fue rectificada y comparada con
una ortoimagen SPOT PAN a escala 1:50.000 de la
misma zona, obteniéndose una buena superposi-
ción.

PALABRAS CLAVE: SAR, ERS-l, geocodifica- KEY WORDS: SAR, ERS-l, geocoding.
ción.


El propósito de dicha colaboración ha sido ela-INTRODUCCIÓN
borar un modelo que reproduzca la geometría de
En el lnstitut Cartogràfic de Catalunya (ICC) observación y captación de la imagen (Corbera,
hemos acumulado una considerable experiencia en 1992) y que, combinado con el Modelo de Eleva-
la geocodificación de imágenes obtenidas por ciones del Terreno (MET) de una zona, permita
sensores ópticos, con la finalidad de obtener pro- eliminar en lo posible las distorsiones geométricas.
ductos cartográficos, es decir, ortoimágenes libres Esto ha de permitir combinar imágenes de diferen-
de distorsiones geométricas. En concreto se ha tes sensores, y también efectuar estudios multi-
trabajado con imágenes LANDSAT (MSS y TM), temporales de una zona.
SPOT (Pancromático y multiespectral), NOAA, El trabajo ha sido concebido específicamente pa-
ATM (Airborne TM) y CASI (Compact Airborne ra tratar imágenes de ERS-1, aunque podría ser
Spectrographic Imager). fácilmente generalizado para otras imágenes SAR.
Tras el anuncio del lanzamiento del satélite En primer lugar revisaremos la información útil
ERS-1, el ICC se planteó por vez primera la utili- disponible en las cabeceras de las cintas que el
zación con fines cartográficos de las imágenes usuario recibe. Seguidamente entraremos en deta-
radar. Para ello contactó con el departamento de lle sobre la generación de una función temporal
Geología de la Universidad de Barcelona, que que describa la órbita del satélite, para pasar des-
tenía como objetivo la utilización de imágenes pués al modelo radargramétrico general y su parti-
ERS-1 para el estudio del retroceso del hielo de la cularización para ERS-l. Se describirá también el
isla Livingston, en la Antártida. algoritmo de geocodificación y el problema del
Nº 2– Noviembre 1993 1 de 5 V. Palà, J. Corbera y F. Pérez
ajuste en base a puntos de control (PC), así como Range a Ground-Range, que necesariamente han
futuros desarrollos previstos. En la Figura 1 resu- sido utilizados en ESRIN.
mimos el esquema general de la geocodificación En cuanto a la información colateral, útil para la
para ERS-l. geocodificación, proporcionada junto con las imá-
genes de ERS-l, cabe destacar.
• Información relativa a 5 puntos de paso de la
órbita en la que se ha captado la imagen a tratar.
Para cada punto se proporcionan sus coordenadas
y velocidades en un sistema geocéntrico fijo a la
Tierra. También se proporciona el intervalo de
tiempo transcurrido entre punto y punto.
• Tiempo de «Zero-doppler azimuth» para el
primer y último píxel azimutal (t, t ). Estos dos f l
valores nos indican el tiempo de la primera y últi-
ma líneas de imagen en relación con los puntos
orbitales.
• El número total de líneas de la imagen. Este
valor junto con los tiempos asociados a la primera
y última línea nos proporciona el tiempo transcu-
rrido entre línea y línea.
• «Normalization reference range (r )». Permite 0
trasladar las distancias en Slant-Range a posiciones
de píxel dentro de la línea.
AJUSTE DE LA ÓRBITA
A partir de los puntos orbitales es necesario
construir una función que describa la evolución de
la posición del satélite en el tiempo.
Figura 1. Esquema global de la geocodificación

(1) s= (x , y , z ) = f(t)s s sUSO DE LA INFORMACIÓN
AUXILIAR A LA IMAGEN
donde s es un vector que define la posición del
Dado que este trabajo está orientado específica- satélite y t es el tiempo.
mente al tratamiento de imágenes de ERS-l, se ha Para ello, la aproximación más simple, y sufi-
intentado aprovechar al máximo la información ciente en la mayoría de casos, pasa por la utiliza-
existente en las cabeceras de las cintas con el obje- ción de polinomios (Raggam, 1990; Roth, 1990):
to de evitar en lo posible la búsqueda de puntos de
2 3control. En nuestro caso, dicha búsqueda tiene un (2) s = s + s ⋅ t + s ⋅t + s ⋅ t + ... 0 1 2 3coste especialmente alto en las imágenes de radar
2 (3) v =∂s/∂t = s + 2⋅s ⋅ t + 3⋅s ⋅t + ...por dos razones fundamentales: el nivel de ruido 1 2 3
de las imágenes y aspecto general de las mismas (4) t = t + row⋅∆t f
(con importantes deformaciones en las zonas de
gran relieve), y nuestra intención de utilizar imá- donde t es el tiempo para la primera línea de f
genes sobre zonas remotas en las que apenas existe imagen y ∆t es el tiempo entre líneas consecutivas.
información cartográfica. El principal obstáculo de la utilización de poli-
La instalación central ERS-1 de Earthnet nomios es la gran cantidad de coeficientes que hay
(EECF) situada en ESRIN (Frascati, Italia) está que ajustar a partir de los puntos orbitales. Aunque
proporcionando imágenes en diversos formatos cinco puntos serían suficientes para una imagen,
pensados para diferentes aplicaciones. En cuanto a no bastarían para modelizar grandes segmentos
la cartografía, dos de los formatos son adecuados, orbitales (por ejemplo una órbita entera). Por ello
aunque no ideales. El primero es el producto lla- optamos por una modelización basada en una con-
mado SAR.SLC que ofrece imágenes de un único cepción más física y realista de la evolución orbi-
«look», complejas y en Slant-Range. El segundo es tal, la que permite reducir el número de incógnitas
el producto SAR.PRI con múltiples «looks», reales involucradas y admite la opción de trabajar con
y Ground-Range. Como veremos más adelante, el grandes segmentos orbitales.
formato ideal sería un híbrido entre ambos, carac- La función que describe la trayectoria orbital se
terizado por disponer de múltiples «looks», valores basa en los 6 elementos Eularianos: a (semieje
reales y Slant-Range, aunque este último requisito mayor de la elipse), e (excentricidad de la órbita), i
podría obviarse si en la información de cabecera se
(inclinación orbital), Ω (nodo ascendente), w (ar-encontraran los coeficientes de paso de Slant-
2 de 5 Nº 2– Noviembre 1993 Geocodificación de imágenes SAR del satélite ERS-1
gumento del perigeo) y T (tiempo de paso por el imagen. Esto nos l