Efficient SAR MTI simulator of marine scenes

Tècniques de detecció de moviment amb radars d'apertura sintètica multicanals sobre escenaris marítims.[ANGLÈS] Multichannel spaceborne and airborne synthetic aperture radars (SAR) offer the opportunity to monitor maritime traffic through specially designed instruments and applying a suitable signal processing in order to reject sea surface clutter. These processing techniques are known as Moving Target Indication techniques (MTI) and the choice of the most adequate method depends on the radar system and operating environment. In maritime scenes the seas presents a complicated clutter whose temporal/spatial coherence models and background reflectivity depends on a large number of factors and are still subject of research. Moreover the targets kinematics are influenced by the sea conditions, producing in some situations high alterations in the imaged target. These aspects make difficult the detectability analysis of vessels in maritime scenarios, requiring both theoretical models and numerical simulations. This thesis looks into the few available MTI techniques and deals experimentally with them in a developed simulator for maritime SAR images. The results are also presented in a image format, giving the sequence for one trial simulation and the asymptotic probability of detection for the simulated conditions.[CASTELLÀ] Los radares de apertura sintética (SAR) multicanal a bordo de satélites o plataformas aerotransportadas ofrecen la oportunidad de monitorizar el tráfico marítimo a través de instrumentos especialmente diseñados y procesando los datos recibidos de forma adecuada para rechazar la señal provocada por la reflexión del mar. A estas técnicas se las conoce como Moving Target Indication techniques (MTI) y la elección de la más adecuada depende del sistema y del entorno de aplicación. En escenarios marinos, el mar presenta un clutter complicado de modelar, cuya coherencia espacio-temporal y reflectividad radar dependen de un gran número de factores que hoy en día todavía siguen siendo investigados. Por otra parte los parámetros dinámicos del target estan influenciados por las condiciones del mar, produciendo en algunas situaciones graves alteraciones en la formación de la imagen. Estos aspectos dificultan el análisis de la detección de las embarcaciones, requiriendo modelos teóricos y simulaciones numéricas. Este Proyecto Final de Carrera investiga las técnicas MTI disponibles, aplicándolas sobre las imágenes marítimas generadas por un simulador SAR. Los resultados son la generación de los productos MTI en formato imagen y el cálculo de la probabilidad de detección para cada target.[CATALÀ] Els radars d'obertura sintètica (SAR) multicanal embarcats en satèl·lits o plataformes aerotransportades ofereixen l'oportunitat de monitoritzar el tràfic marítim a través d'instruments especialment dissenyats i processant les dades rebudes de forma adequada per rebutjar la senyal provocada per la reflexió del mar. A aquestes tècniques se les coneix com Moving Target indication techniques (MTI) i l'elecció de la més adequada depèn del sistema i de l'entorn d'aplicació. En escenaris marins, el mar presenta un clutter complicat de modelar, la coherència espai-temporal i reflectivitat radar depenen d'un gran nombre de factors que avui dia encara segueixen sent investigats. D'altra banda els paràmetres dinàmics del target estan influenciats per les condicions de la mar, produint en algunes situacions greus alteracions en la formació de la imatge. Aquests aspectes dificulten l'anàlisi de la detecció de les embarcacions, requerint models teòrics i simulacions numèriques. Aquest Projecte Final de Carrera investiga les tècniques MTI disponibles, aplicant-les sobre les imatges marítimes generades per un simulador SAR. Els resultats són la generació dels productes MTI en format imatge i el càlcul de la probabilitat asimptòtica de detecció per a cada target

Ground moving target indication with synthetic aperture radars for maritime surveillance

The explosive growth of shipping traffic all over the World, with around three quarters of the total trade goods and crude oil transported by sea, has raised newly emerging concerns (economical, ecological, social and geopolitical). Geo-information (location and speed) of ocean-going vessels is crucial in the maritime framework, playing a key role in the related environmental monitoring, fisheries management and maritime/coastal security. In this scenario space-based synthetic aperture radar (SAR) remote sensing is a potential tool for globally monitoring the oceans and seas, providing two-dimensional high-resolution imaging capabilities in all-day and all-weather conditions. The combination of ground moving target indication (GMTI) modes with multichannel spaceborne SAR systems represents a powerful apparatus for surveillance of maritime activities. The level of readiness of such a technology for road traffic monitoring is still low, and for the marine scenario is even less mature. Some of the current space-based SAR missions include an experimental GMTI mode with reduced detection capabilities, especially for small and slow moving targets. In this framework, this doctoral dissertation focuses on the study and analysis of the GMTI limitations of current state-of-the-art SAR missions when operating over maritime scenarios and the proposal of novel and optimal multichannel SAR-GMTI architectures, providing subclutter visibility of small (reduced reflectivity) slow moving vessels. This doctoral activity carries out a transversal analysis embracing system-architecture proposal and optimization, processing strategies assessment, performance evaluation, sea/ocean clutter characterization and adequate calibration methodologies suggestion. Firstly, the scarce availability of multichannel SAR-GMTI raw data and the related restrictions to access it have raised the need to implement flexible simulation tools for SAR-GMTI performance evaluation and mission. These simulation tools allow the comparative study and evaluation of the SAR-GMTI mode operated with current SAR missions, showing the reduced ability of these missions to detect small and slow boats in subclutter visibility. Improved performance is achieved with the new multichannel architecture based on non-uniformly distributed receivers (with external deployable antennas), setting the ground for future SAR-GMTI mission development. Some experimental multichannel SAR-GMTI data sets over the sea and acquired with two instruments, airborne F-SAR and spaceborne TerraSAR-X (TSX) platforms, have been processed to evaluate their detection capabilities as well as the adequate processing strategies (including channel balancing). This doctoral activity presents also a preliminary characterization of the sea clutter returns imaged by the spaceborne TSX instrument in a three-level basis, i.e., radiometric, statistical and polarimetric descriptions using experimental polarimetric data. This study has shown that the system-dependent limitations, such as thermal noise and temporal decorrelation, play a key role in the appropriate interpretation of the data and so should be properly included in the physical backscattering models of the sea. Current and most of the upcoming SAR missions are based on active phase array antennas (APAA) technology for the operation of multiple modes of acquisitions. The related calibration is a complex procedure due to the high number of different beams to be operated. Alternative internal calibration methodologies have been proposed and analyzed in the frame of this doctoral thesis. These approaches improved the radiometric calibration performance compared to the conventional ones. The presented formulation of the system errors as well as the proposed alternative strategies set the path to extrapolate the analysis for multichannel SAR systems.L'increment continu del tràfic marítim arreu del món, amb gairebé tres quartes parts del total de mercaderies i cru transportats per mar, porta associats uns impactes canviants a nivell econòmic, ambiental, social i geopolític. La geo-informació (localització i velocitat) dels vaixells té un paper fonamental en el monitoratge ambiental, la gestió de la pesca i la seguretat marítima/costanera. Els radars d'obertura sintètica (SAR, sigles en anglès) embarcats en satèl·lits són una eina molt potent per al monitoratge global dels oceans i dels mars, gràcies a la seva capacitat de generar imatges d'alta resolució amb independència de les condicions meteorològiques i de la llum solar. La detecció de blancs mòbils terrestres (GMTI, sigles en anglès) combinada amb sistemes multicanal SAR és fonamental per a la vigilància de les activitats marítimes. El nivell de maduresa d'aquesta tecnologia per monitorar tràfic rodat és baix, però per al cas marítim encara ho és més. Algunes missions SAR orbitals inclouen el mode GMTI, però amb unes capacitats de detecció reduïdes, especialment per a blancs petits i lents. En aquest marc, la tesi doctoral es centra en l'estudi i anàlisi de les limitacions GMTI dels actuals sistemes SAR operant en entorns marítims, proposant noves configuracions SAR-GMTI multicanal optimitzades per a la detecció de vaixells petits (emmascarats pels retrons radar del mar) i que es mouen lentament. La present dissertació doctoral du a terme un estudi transversal que abasta des de la proposta i optimització de sistemes/configuracions, passant per l'avaluació de les tècniques de processat, fins a l'estudi del rendiment de la missió, caracterització del mar i la valoració de noves metodologies de calibratge. En primer terme, diverses eines de simulació flexibles s'han implementat per poder avaluar les capacitats GMTI de diferents missions tenint en compte la poca disponibilitat de dades multicanal SAR-GMTI. Aquests simuladors permeten l'estudi comparatiu de les capacitats GMTI de les missions SAR orbitals actuals, demostrant les seves reduïdes opcions per identificar vaixells emmascarats pels retorns del mar. En el marc de l'activitat de recerca s'han processat dades experimentals SAR-GMTI multicanal de sistemes aeris (F-SAR) i orbitals (TerraSAR-X), per tal d'avaluar les seves capacitats de detecció de blancs mòbils sobre entorns marítims, proposant les estratègies de processat i calibratge més adients. Com a part de l'activitat de recerca doctoral, s'ha portat a terme una caracterització preliminar dels retorns radar del mar adquirits amb el sensor orbital TerraSAR-X, amb tres nivells d'anàlisi (radiomètric, estadístic i polarimètric). Aquest estudi demostra que aspectes com el soroll tèrmic i la decorrelació temporal, dependents del propi sensor i de l'entorn dinàmic del mar, poden limitar la correcta interpretació de les dades, i per tant, s'han d'incloure en els models físics dels mecanismes de dispersió del mar. Les missions SAR tant actuals com futures es basen en l'explotació de la tecnologia de les agrupacions d'antenes de fase activa (APAA) per operar diferents modes d'adquisició. El procés de calibratge associat és molt complex atès el gran nombre de feixos que es poden utilitzar. En el marc de la tesi doctoral s'han proposat i avaluat metodologies alternatives de calibratge intern per aquests sistemes, amb un millor rendiment en comparació amb les tècniques convencionals. Aquestes estratègies de calibratge, juntament amb la corresponent formulació dels errors de sistema, estableixen les bases per a l'estudi i avaluació en sistemes multicanal SA

A Priori Knowledge-Based Post-Doppler STAP for Traffic Monitoring with Airborne Radar

Die Verkehrsüberwachung gewinnt aufgrund des weltweiten Anstiegs der Verkehrsteilnehmer immer mehr an Bedeutung. Sicherer und effizierter Straßenverkehr erfordert detaillierte Verkehrsinformationen. Häufig sind diese lediglich stationär, räumlich stark begrenzt und meist nur auf Hauptverkehrsstraßen verfügbar. In dieser Hinsicht ist ein Ausfall des Telekommunikationsnetzes, beispielsweise im Falle einer Katastrophe, und der damit einhergehende Informationsverlust als kritisch einzustufen. Flugzeuggetragene Radarsysteme mit synthetischer Apertur (eng. Synthetic Aperture Radar - SAR) können für dieses Szenario eine Lösung darstellen, da sie großflächig hochauflösende Bilder generieren können, unabhängig von Tageslicht und Witterungsbedingungen. Sie ermöglichen aufgrund dieser Charakteristik die Detektion von Bewegtzielen am Boden (eng. ground moving target indication – GMTI). Moderne GMTI-Algorithmen und -Systeme, die prinzipiell für die Verkehrsüberwachung verwendbar sind, wurden in der Literatur bereits diskutiert. Allerdings ist die Robustheit dieser Systeme oft mit hohen Kosten, hoher Hardwarekomplexität und hohem Rechenaufwand verbunden. Diese Dissertation stellt einen neuartigen GMTI-Prozessor vor, der auf dem Radar-Mehrkanalverfahren post-Doppler space-time adaptive processing (PD STAP) basiert. Durch die Überlagerung einer Straßenkarte mit einem digitalen Höhenmodell ist es mithilfe des PD STAP möglich, Falschdetektionen zu erkennen und auszuschließen sowie die detektierten Fahrzeuge ihren korrekten Straßenpositionen zu zuordnen. Die präzisen Schätzungen von Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Fahrzeuge können mit vergleichsweise geringerer Hardware-Komplexität zu niedrigeren Kosten durchgeführt werden. Ferner wird im Rahmen dieser Arbeit ein effizienter Datenkalibrierungsalgorithmus erläutert, der das Ungleichgewicht zwischen den Empfangskanälen sowie die Variation des Dopplerschwerpunkts über Entfernung und Azimut korrigiert und so das Messergebnis verbessert. Darüber hinaus werden neue und automatisierte Strategien zur Erhebung von Trainingsdaten vorgestellt, die für die Schätzung der Clutter-Kovarianzmatrix wegen ihres direkten Einflusses auf die Clutter-Unterdrückung und Zieldetektion essentiell für PD STAP sind. Der neuartige PD STAP Prozessor verfügt über drei verschiedene Betriebsarten, die für militärische und zivile Anwendungen geeignet sind, darunter ein schneller Verarbeitungsalgorithmus der das Potential für eine zukünftige Echtzeit-Verkehrsüberwachung hat. Alle Betriebsarten wurden erfolgreich mit Radar-Mehrkanaldaten des flugzeuggetragenen F-SAR-Radarsensors des DLR getestet

Detección y estimación de velocidad de blancos móviles utilizando técnicas GMTI en imágenes SAR

Tesis (Magister en Aplicaciones de Información Espacial)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2019.Maestría conjunta con el Instituto de Altos Estudios Espaciales "Mario Gulich"-CONAEEl foco de este trabajo está puesto en el estudio y desarrollo de técnicas Ground Moving Target Indication (GMTI) aplicadas en imágenes SAR (Synthetic Aperture Radar), destinadas a detectar y estimar parámetros de velocidad de objetos en movimiento, como por ejemplo autos o camiones. Se propone un esquema de procesamiento de bajo costo computacional basada simplemente en transformadas de Fourier y multiplicaciones de exponenciales complejas. La validez y eficiencia del esquema propuesto es estudiado procesando imágenes COSMO-SkyMed (CSK) Single Look Complex (SLC) adquiridas en modo Spotlight sobre países distintos. Los resultados obtenidos verifican la teoría estudiada con su aplicación en datos reales, demostrando de este modo la factibilidad de implementación de técnicas GMTI sobre datos SAR.The focus of this work is on the study and development of Ground Moving Target Indication (GMTI) techniques applied in Synthetic Aperture Radar (SAR) images, aimed at detecting and estimating velocity parameters of moving targets, such as cars or trucks. A low-cost computational processing scheme is proposed based on Fourier transforms and multiplications of complex exponentials. The validity and efficiency of the proposed scheme is studied by processing COSMO-SkyMed (CSK) Single Look Complex (SLC) images acquired in Spotlight mode over different countries. The results obtained verify the theory studied with its application in real data, thus demonstrating the feasibility of implementing GMTI techniques on SAR data.Fil: Testa, Alejandro Iván. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.Fil: Testa, Alejandro Iván. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Altos Estudios Espaciales Mario Gulich; Argentina.Fil: Testa, Alejandro Iván. Comisión Nacional de Actividades Espaciales. Instituto de Altos Estudios Espaciales Mario Gulich; Argentina

Ocean Remote Sensing with Synthetic Aperture Radar

The ocean covers approximately 71% of the Earth’s surface, 90% of the biosphere and contains 97% of Earth’s water. The Synthetic Aperture Radar (SAR) can image the ocean surface in all weather conditions and day or night. SAR remote sensing on ocean and coastal monitoring has become a research hotspot in geoscience and remote sensing. This book—Progress in SAR Oceanography—provides an update of the current state of the science on ocean remote sensing with SAR. Overall, the book presents a variety of marine applications, such as, oceanic surface and internal waves, wind, bathymetry, oil spill, coastline and intertidal zone classification, ship and other man-made objects’ detection, as well as remotely sensed data assimilation. The book is aimed at a wide audience, ranging from graduate students, university teachers and working scientists to policy makers and managers. Efforts have been made to highlight general principles as well as the state-of-the-art technologies in the field of SAR Oceanography

Oil spill and ship detection using high resolution polarimetric X-band SAR data

Among illegal human activities, marine pollution and target detection are the key concern of Maritime Security and Safety. This thesis deals with oil spill and ship detection using high resolution X-band polarimetric SAR (PolSAR). Polarimetry aims at analysing the polarization state of a wave field, in order to obtain physical information from the observed object. In this dissertation PolSAR techniques are suggested as improvement of the current State-of-the-Art of SAR marine pollution and target detection, by examining in depth Near Real Time suitability

Maritime Moving Target Detection, Tracking and Geocoding Using Range-Compressed Airborne Radar Data

Eine regelmäßige und großflächige überwachung des Schiffsverkehrs gewinnt zunehmend an Bedeutung, vor allem auch um maritime Gefahrenlagen und illegale Aktivitäten rechtzeitig zu erkennen. Heutzutage werden dafür überwiegend das automatische Identifikationssystem (AIS) und stationäre Radarstationen an den Küsten eingesetzt. Luft- und weltraumgestützte Radarsensoren, die unabhängig vom Wetter und Tageslicht Daten liefern, können die vorgenannten Systeme sehr gut ergänzen. So können sie beispielsweise Schiffe detektieren, die nicht mit AIS-Transpondern ausgestattet sind oder die sich außerhalb der Reichweite der stationären AIS- und Radarstationen befinden. Luftgestützte Radarsensoren ermöglichen eine quasi-kontinuierliche Beobachtung von räumlich begrenzten Gebieten. Im Gegensatz dazu bieten weltraumgestützte Radare eine große räumliche Abdeckung, haben aber den Nachteil einer geringeren temporalen Abdeckung. In dieser Dissertation wird ein umfassendes Konzept für die Verarbeitung von Radardaten für die Schiffsverkehr-überwachung mit luftgestützten Radarsensoren vorgestellt. Die Hauptkomponenten dieses Konzepts sind die Detektion, das Tracking, die Geokodierung, die Bildgebung und die Fusion mit AIS-Daten. Im Rahmen der Dissertation wurden neuartige Algorithmen für die ersten drei Komponenten entwickelt. Die Algorithmen sind so aufgebaut, dass sie sich prinzipiell für zukünftige Echtzeitanwendungen eignen, die eine Verarbeitung an Bord der Radarplattform erfordern. Darüber hinaus eignen sich die Algorithmen auch für beliebige, nicht-lineare Flugpfade der Radarplattform. Sie sind auch robust gegenüber Lagewinkeländerungen, die während der Datenerfassung aufgrund von Luftturbulenzen jederzeit auftreten können. Die für die Untersuchungen verwendeten Daten sind ausschließlich entfernungskomprimierte Radardaten. Da das Signal-Rausch-Verhältnis von Flugzeugradar-Daten im Allgemeinen sehr hoch ist, benötigen die neuentwickelten Algorithmen keine vollständig fokussierten Radarbilder. Dies reduziert die Gesamtverarbeitungszeit erheblich und ebnet den Weg für zukünftige Echtzeitanwendungen. Der entwickelte neuartige Schiffsdetektor arbeitet direkt im Entfernungs-Doppler-Bereich mit sehr kurzen kohärenten Verarbeitungsintervallen (CPIs) der entfernungskomprimierten Radardaten. Aufgrund der sehr kurzen CPIs werden die detektierten Ziele im Dopplerbereich fokussiert abgebildet. Wenn sich die Schiffe zusätzlich mit einer bestimmten Radialgeschwindigkeit bewegen, werden ihre Signale aus dem Clutter-Bereich hinausgeschoben. Dies erhöht das Verhältnis von Signal- zu Clutter-Energie und verbessert somit die Detektierbarkeit. Die Genauigkeit der Detektion hängt stark von der Qualität der von der Meeresoberfläche rückgestreuten Radardaten ab, die für die Schätzung der Clutter-Statistik verwendet werden. Diese wird benötigt, um einen Detektions-Schwellenwert für eine konstante Fehlalarmrate (CFAR) abzuleiten und die Anzahl der Fehlalarme niedrig zu halten. Daher umfasst der vorgeschlagene Detektor auch eine neuartige Methode zur automatischen Extraktion von Trainingsdaten für die Statistikschätzung sowie geeignete Ozean-Clutter-Modelle. Da es sich bei Schiffen um ausgedehnte Ziele handelt, die in hochauflösenden Radardaten mehr als eine Auflösungszelle belegen, werden nach der Detektion mehrere von einem Ziel stammende Pixel zu einem physischen Objekten zusammengefasst, das dann in aufeinanderfolgenden CPIs mit Hilfe eines Bewegungsmodells und eines neuen Mehrzielverfolgungs-Algorithmus (Multi-Target Tracking) getrackt wird. Während des Trackings werden falsche Zielspuren und Geisterzielspuren automatisch erkannt und durch ein leistungsfähiges datenbankbasiertes Track-Management-System terminiert. Die Zielspuren im Entfernungs-Doppler-Bereich werden geokodiert bzw. auf den Boden projiziert, nachdem die Einfallswinkel (DOA) aller Track-Punkte geschätzt wurden. Es werden verschiedene Methoden zur Schätzung der DOA-Winkel für ausgedehnte Ziele vorgeschlagen und anhand von echten Radardaten, die Signale von echten Schiffen beinhalten, bewertet

High-accuracy digital elevation model generation and ship monitoring from synthetic aperture radar images: innovative techniques and experimental results.

In this Thesis several state-of-the-art and innovative techniques for Digital Elevation Model (DEM) generation from Synthetic Aperture Radar (SAR) images are deeply analyzed, with a special focus on the methods which allow the improvement of the accuracy of the DEM product, which is directly related to the geolocation accuracy of geocoded images and is considered as an enabling factor for a large series of civilian and Defence applications. Furthermore, some of the proposed techniques, which are based both on phase and amplitude information, are experimented on real data, i.e. COSMO-SkyMed (CSK) data, assessing the achievable performances compared with the state-of-the-art, and pointing out and quantitatively highlighting the acquisition and processing strategies which would allow to maximize the quality of the results. Moreover, a critical analysis is performed about the main errors affecting the applied techniques, as well as the limitations of the orbital configurations, identifying several complementary techniques which would allow to overcome or mitigate the observed drawbacks. An innovative procedure for on-demand DEM production from CSK SAR data is elaborated and proposed, as well as an auto-validation technique which would enable the validation of the produced DEM also where vertical ground truths are not available. Based on the obtained results and on the consequent critical analysis, several interferometric specifications for new generation SAR satellites are identified. Finally, a literature review is proposed about the main state-of-the-art ship monitoring techniques, considered as one of the main fields of application which takes benefit from SAR data, based on single/multi-platform multi-channel SAR data, with a focus on TanDEM-X (TDX). In particular, in Chapter 1 the main concepts concerning SAR operating principles are introduced and the main characteristics and performances of CSK and TDX satellite systems are described; in Chapter 2 a review is proposed about the state-of-the-art SAR interferometric techniques for DEM generation, analyzing all the relevant processing steps and deepening the study of the main solutions recently proposed in the literature to increase the accuracy of the interferometric processing; in Chapter 3 complementary and innovative techniques respect to the interferometric processing are analyzed to mitigate disadvantages and to improve performances; in Chapter 4 experimental results are presented, obtained in the generation of high accuracy DEM by applying to a dataset of CSK images properly selected state-of-the-art interferometric techniques and innovative methods to improve DEM accuracy, exploring relevant limitations, and pointing out innovative acquisition and processing strategies. In Chapter 5, the basic principles of Ground Moving Target Indication (GMTI) are described, focusing on Displaced Phase Center Antenna (DPCA) and Along-Track Interferometry (ATI) techniques

Contribution to ground-based and UAV SAR systems for Earth observation

Mankind's way of life is the main driver of a planetary-scale change that is marked by the growing of human population's demand of energy, food, goods, services and information. As a result, it have emerged new ecological, economical, social and geopolitical concerns. In this scenario, SAR remote sensing is a potential tool that provides unique information about the Earth's properties and processes that can be used to solve societal challenges of local and global dimension. SARs, which are coherent systems that are able to provide high resolution images with weather independence, represent a suitable alternative for EO with diverse applications. Some examples of SAR application areas are topography (DEM generation with interferometry), agriculture (crop classification or soil moisture), or geology (monitoring surface deformation). In this framework, the encompassing objective of the present doctoral work has been part of the implementation and the subsequent evaluation of capabilities of two X-band SAR sensors. On the one hand, the RISKSAR-X radar designed to be operated at ground to monitor small-scale areas of observation and, on the other, the ARBRES-X sensor designed to be integrated into small UAVs. Despite its inherently dissimilar conception, the concurrence of both sensors has been evidenced along this manuscript. By taking advantage of the similarities between them, it has been possible to analogously assess both sensors to obtain conclusions. In this context, the common link has been the development of the polarimetric OtF operation mode of the RISKSAR-X, allowing this sensor to be operated equivalently to the ARBRES-X. Regarding the RISKSAR-X SAR sensor, several hardware contributions have been developed during part of this Ph.D. with the aim of improving the system performance. By endowing the system with the capability to operate in the fully polarimetric OtF acquisition mode, the relative long scanning time has been reduced. It is of great interest since the measured scatterers that present a short term variable reflectivity during the scanning time, such as moving vegetation, may degrade the extracted parameters from the retrieved data and the SAR image reconstruction. During this doctoral activity, it has been studied the image blurring, the decorrelation and the coherence degradation introduced by this effect. Furthermore, a new term in the differential interferometric coherence that takes into account the image blurring has been introduced. Concerning the ARBRES-X SAR system, one of the main objectives pursued during this Ph.D. has been the integration of the sensor into a small UAV MP overcoming restrictions of weight, size and aerodynamics of the platform. The use of this type of platforms is expected to open up new possibilities in airborne SAR remote sensing, since it offers much more versatility than the commonly used fixed wings UAVs. Different innovative flight strategies with this type of platforms have been assessed and some preliminary results have been obtained with the use of the ARBRES-X SAR system. During the course of the present doctoral work, much effort has been devoted to achieve the first experimental repeat-pass interfereometric results obtained with the UAV MP together with the ARBRES-X. Moreover, the sensor has been endowed with fully polarimetric capabilities by applying the improvements developed to the RISKSAR-X radar, which is another example of the duality between both systems. Finally, a vertical and a semicircular aperture have been successfully performed obtaining SLC images of the scenario, which envisages the capability of the UAV MP to perform tomographic images and complete circular apertures in the future. In conclusion, the UAV MP is a promising platform that opens new potentials for several applications, such as repeat-pass interferometry or differential tomography imaging with the realization of almost arbitrary trajectories.El mode de viure de la humanitat és el principal motor d'un canvi a escala planetària que està marcat per la creixent demanda d'energia, d'aliment, de béns, de serveis i d'informació de les poblacions humanes. Com a resultat, han sorgit noves inquietuds ecològiques, econòmiques, socials i geopolítiques. En aquest escenari, la detecció remota SAR és una eina potencial que proporciona informació única sobre les propietats i processos de la Terra que es pot utilitzar per resoldre reptes socials de dimensió local i global. Els SARs, que són sistemes coherents que poden proporcionar imatges d'alta resolució amb independència del temps, representen una alternativa adequada per a l'observació de la Terra. Alguns exemples d'àrees d'aplicació SAR són la topografia (generació de DEM amb interferometria), l'agricultura (classificació de cultius o humitat del sòl) o la geologia (monitoratge de deformació superficial). En aquest context, l'objectiu general del present doctorat ha estat part de la implementació i posterior avaluació de les capacitats de dos sensors SAR de banda X. D'una banda, el radar RISKSAR-X dissenyat per funcionar a terra i monitoritzar àrees d'observació a petita escala i, d'altra, el sensor ARBRES-X dissenyat per ser integrat en petits UAVs. Malgrat la seva concepció inherentment diferent, la concurrència d'ambdós sensors s'ha evidenciat al llarg d'aquest manuscrit. Aprofitant les similituds entre ells, s'han pogut avaluar de forma anàloga els dos sensors per obtenir conclusions. En aquest sentit, el vincle comú ha estat el desenvolupament del mode de funcionament polimètric OtF del RISKSAR-X, permetent que aquest sensor operi de forma equivalent a l'ARBRES-X. Pel que fa al sensor RISKSAR-X, s'han desenvolupat diverses contribucions hardware durant part d'aquest doctorat amb l'objectiu de millorar el rendiment del sistema. En dotar el sistema de la possibilitat d'operar en el mode d'adquisició totalment polarimètric OtF, s'ha reduït el relatiu llarg temps d'escaneig. Això és de gran interès ja que els blancs mesurats que presenten una reflectivitat variable a curt termini, com ara la vegetació en moviment, poden degradar els paràmetres extrets de les dades recuperades i la reconstrucció d'imatges SAR. Durant aquesta activitat doctoral s'ha estudiat el desenfocat de la imatge, la decorrelació i la degradació de la coherència introduïts per aquest efecte. A més, s'ha introduït un nou terme en la coherència interferomètrica diferencial que té en compte el desenfocat de la imatge. Pel que fa al sistema ARBRES-X, un dels principals objectius perseguits durant aquest doctorat ha estat la integració del sensor en un petit UAV MP superant les restriccions de pes, grandària i aerodinàmica de la plataforma. S'espera que l'ús d'aquest tipus de plataformes obri noves possibilitats en la detecció remota SAR aerotransportada, ja que ofereix molta més versatilitat que els UAV d'ales fixes habituals. S'han avaluat diferents estratègies de vol innovadores amb aquest tipus de plataformes i s'han obtingut resultats preliminars amb l'ús del sistema ARBRES-X. Durant el transcurs del present treball, s'ha dedicat molt esforç a assolir els primers resultats experimentals d'interferometria de múltiple passada obtinguts amb l'UAV MP conjuntament amb l'ARBRES-X. A més, el sensor ha estat dotat de capacitats totalment polarimètriques aplicant les millores desenvolupades al radar RISKSAR-X, el qual constitueix un altre exemple de la dualitat entre ambdós sistemes. Finalment, s'han realitzat amb èxit una apertura vertical i semicircular obtenint imatges SLC de l'escenari, el qual permet preveure la capacitat de l'UAV MP per a realitzar imatges tomogràfiques i apertures circulars completes en el futur. En conclusió, l'UAV MP és una plataforma prometedora que obre nous potencials per a diverses aplicacions, com ara la interferometria de múltiple passada o la tomografia diferencial amb la realització de trajectòries gairebé arbitràries