The activity of the EEF group in the TMR European Project Radar Polarimetry: Theory and Applications will be presented in this paper. We have developed new polarimetric-interferometric retrieval algorithms and enhancement techniques. These methods will be showed briefly in the next points.Peer ReviewedPostprint (published version

Broquetas Ibars, Antoni

Fabregas Canovas, Francisco Javier

López Martínez, Carlos

Spanish

Sagués Piella, Lluís

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See	discussions,	stats,	and	author	profiles	for	this	publication	at:	https://www.researchgate.net/publication/267222183ACTIVIDADES	DEL	GRUPO	EEF	EN	ELCONTEXTO	DE	LA	RED	EUROPEA	TMR"PORLARIMETRÍA	RADAR:	TEORÍA	YAPLICACIONES"ArticleCITATIONS0READS96	authors,	including:Carlos	López-MartínezUniversitat	Politècnica	de	Catalunya179	PUBLICATIONS			1,493	CITATIONS			SEE	PROFILEAntoni	BroquetasUniversitat	Politècnica	de	Catalunya157	PUBLICATIONS			1,634	CITATIONS			SEE	PROFILEAll	content	following	this	page	was	uploaded	by	Carlos	López-Martínez	on	19	November	2014.The	user	has	requested	enhancement	of	the	downloaded	file.ACTIVIDADES DEL GRUPO EEF EN EL CONTEXTO DE LA RED EUROPEA TMR“PORLARIMETRÍA RADAR: TEORÍA Y APLICACIONES”Xavier Fàbregas Cànovas, Carlos López Martínez, Lluis Saguès i Piella, Antoni Broquetas i IbarsDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones. Universidad Politécnica de Cataluña.Campus Nord, C/Jordi Girona 1-3, Barcelona (C.P.: 08034)Tlf: 93 – 401 72 26, e-mail: fabregas@tsc.upc.esABSTRACTThe activity of the EEF group in the TMR Euro-pean Project Radar Polarimetry: Theory and Appli-cations will be presented in this paper. We have de-veloped new polarimetric-interferometric retrievalalgorithms and enhancement techniques. Thesemethods will be showed briefly in the next points.1 INTRODUCCIÓNLa polarimetría radar es una disciplina emergentecon un gran potencial de beneficios económicos paratoda la comunidad internacional, principalmente através del impacto que está teniendo la teledetecciónradar en la obtención de información geofísica y bio-lógica en el estudio medioambiental. La polarimetríaradar puede proporcionar información asociada con elcontrol  de los recursos naturales, así como con nume-rosas aplicaciones científicas e industriales tales comola meteorología radar, tecnología humanitaria de de-tección de minas, cálculo de la biomasa forestal y agrí-cola, formación de mapas topográficos, etc.Durante los últimos años se ha realizado un esfuer-zo importante, a nivel internacional, desarrollandosistemas radar polarimétricos, culminando en las dosmisiones Shuttle SIR-C de la NASA en 1995, dondefueron recogidos datos multifrecuencia y polarimétri-cos a escala mundial. La ESA planea lanzar el satéliteENVISAT que aunque no será totalmente polarimétri-co, si podrá obtener parejas de coeficientes de disper-sión en las polarizaciones lineales horizontal (h) yvertical (v). También existen sistemas radar polarimé-tricos aerotransportados que permiten observacionesde zonas particualres. Estas plataformas son además,un paso intermedio de prueba de prototipos en el desa-rrollo de futuros sensores espaciales.La total explotación de los métodos polarimétricosse encuentra aún en una fase preliminar debido al po-bre entendimiento de la teoría básica polarimétrica, asícomo del  insuficiente desarrollo de algoritmos de in-versión que permitan recuperar los parámetros geofísi-cos y biológicos más relevantes. El objetivo del pro-yecto europeo TMR: “Polarimetría Radar: Teoría yAplicaciones” es intentar resolver los problemas ante-riormente mencionados, a partir de la colaboracióninternacional y los programas de formación de investi-gadores en el campo de la polarimetría radar. Los par-ticipantes en este proyecto de investigación son 4 uni-versidades: UPC (ESP), U. RENNE (FR), U. ESSEX(GB), U. CHEMITZ (AL), 3 centros de investigación:DLR (AL), DDRE (DK), JRC (IT), y 2 empresas: AL(GB), MOTHESIM (FR).Este proyecto de investigación tiene una duraciónde cuatro años (1998-2002) y está subdividido entres áreas fundamentales del desarrollo de la polari-metría radar:1. Teoría Básica polarimétrica2. Algoritmos de inversión polarimétricos3. Desarrollo de técnicas avanzadas de calibracióny medida polarimétricas.El grupo de Ingeniería Electromagnética y Fotó-nica (EEF) de la UPC está involucrado en esta redeuropea en los puntos 2 y 3. A continuación se des-cribirá la actividad investigadora que se está reali-zando, en este marco europeo, por el grupo EEF.2 INTERFEROMETRÍA POLARIMÉTRICAEn la interferometría SAR se trabaja con pares deimágenes obtenidas desde posiciones separadas poruna distancia o línea de base adecuada. Mediante unalineado y correlación compleja se obtiene la diferen-cia de fase para cada punto de la imagen que está rela-cionada con su elevación. Recientemente se ha empe-zado a aplicar la polarimetría a las técnicas interfero-métricas radar (INSAR) con el fin de mejorar los ma-pas de elevación de terrenos (DEM) y obtener un cál-culo estimado de la biomasa de un terreno [1] [2].2.1 OPTIMIZACIÓN EN LA EXTRACCIÓNDE MAPAS DIGITALES DEL TERRENOEl error de elevación, que se obtiene en la deter-minación del mapa de alturas de un terreno al finaldel proceso interferométrico, es menor cuanto másalta es la coherencia (correlación) entre las dos imá-genes radar con las que se trabaja. El objetivo deltrabajo ha sido optimizar este parámetro de coheren-cia a partir de la utilización de la información adicio-nal que supone disponer de los tres canales radarpolarimétricos: HH, HV y VV [1] [2]. El algoritmopolarimétrico desarrollado se ha basado en cálculodel estado de polarización que maximiza el paráme-tro de la coherencia [2].2.2 DETECCIÓN DE MINASDurante estos últimos años, los sistemas radar deimagen de muy alta resolución se han convertido enuna herramienta muy valiosa para la detección deobjetos enterrados, como per ejemplo, las minas anti-persona. Sin embargo, tal y como se demuestra en lasúltimas publicaciones [3], las minas dieléctricasplásticas resultan invisibles para el radar, debido aque su dispersión electromagnética es muy débil res-peto al clutter y a que su comportamiento dieléctricoes muy parecido al de su entorno (bajo contraste). Eneste sentido, se ha desarrollado una nueva técnicaradar polarimétrica capaz de separar el comporta-miento de la mina respeto al clutter basándose en lautilización de la polarimetría para diferenciar estosdos diferentes mecanismos de dispersión [4]. Em-pleando información interferométrica es posible ob-tener la profundidad de la mina (Figura 1).2.3 CÁLCULO DE BIOMASAUno de los métodos mas utilizados para la detec-ción de cantidad de biomasa se basa en emplear diver-sas bandas frecuenciales para obtener imágenes radarde las diferentes capas que forman la vegetación enfunción de la profundidad de penetración de la ondaelectromagnética emitida. Otros métodos más actualesse basan en la utilización de una sola banda frecuencialpero con un ancho de banda muy elevado con el fin dedisponer de la suficiente resolución espacial para po-der diferenciar la contribución del suelo de las demáspartes que forman la vegetación que lo cubre.El uso de técnicas interferométricas y polarimé-tricas al mismo tiempo permite diferenciar los dife-rentes mecanismos de dispersión existentes dentro deuna misma celda de resolución, sin que sea necesarioutilizar un ancho de banda elevado ni el uso de distin-tas bandas frecuenciales. Así se puede obtener la es-tructura vertical de la vegetación con el objetivo decalcular su altura y la cantidad de biomasa [1][2].3 REDUCCIÓN DE RUIDO SPECKLEUno de los principales problemas de los sistemasSAR, ya sean polarimétricos o no, es la presencia deruido speckle. Debido a la naturaleza coherente deestos sistemas, el ruido speckle afecta tanto a la in-formación de módulo como a la información de fase.Por lo tanto, se hace necesario implementar un algo-ritmo de eliminación del ruido speckle.Los datos SAR se caracterizan por ser datos noestacionarios, por lo tanto si se desea procesar dichosdatos es necesario emplear una ventana de análisis,cuyo problema es la mezcla de diferentes zonas de laimagen a la hora de calcular las estadísticas de dichazona. En este contexto, la transformada wavelet pre-senta una serie de ventajas que hacen factible su usoen este campo. Una de las ventajas es que no se hacenecesario el empleo de ventanas de análisis.En nuestro grupo se están desarrollando algorit-mos basados en la transformada wavelet que permi-ten eliminar el ruido tanto en la información de mó-dulo [5] como en la información de fase.En este momento se ha desarrollado un algoritmoque permite la eliminación de ruido speckle en lafase interferométrica, sin emplear una ventana deanálisis. En este caso, se aplica la transformada wa-velet a toda la imagen de fase para eliminar el ruidospeckle en el dominio transformado wavelet.La eliminación de ruido speckle en el caso pola-rimétrico presenta una complejidad mayor que en elcaso no polarimétrico, debido a que se ha de eliminarel ruido speckle sin alterar las relaciones entre losdiferentes canales de información.4 CONCLUSIONESEl trabajo realizado en el proyecto Europeo: Po-larimetría Radar por el grupo EEF se ha centrado enel desarrollo de nuevas técnicas de inversión polari-métricas e interferométricas en las aplicaciones demejora de DEM, detección de minas y cálculo debiomasa. También se ha desarrollado un sistema dereducción de ruido speckle en imágenes SAR pola-rimétricas basado en técnicas wavelet.AGRADECIMIENTOSEste trabajo ha sido financiado por la red TMRERB-FMRX-CT98-0211.BIBLIOGRAFÍA[1] S. Cloude, K. P. Papathanassiou, “PolarimetricSAR Interferometry”, IEEE T.G.R.S., vol. 36,no. 5, pp. 1551-1565, Sept. 1998.[2] L. Sagués, J. Lopez, J. Fortuny, X. Fabregas, A.Broquetas, and A. J. Sieber “Indoor Experimentson Polarimetric SAR Interferometry” IEEE T.G.R.S., vol. 38 n 2, pp. 671-685, Mar. 2000.[3] L. Carin, N. Geng, M. McClure, J. Sichina, L.Nguyen, “Ultra-Wide-Band Synthetic ApertureRadar for Mine-Field Detection”, IEEE Mgz.A.P., vol. 41, no. 1, pp. 18-33, February 1999[4] L. Sagués, J.M. López, J. Fortuny, X. Fàbregas,A.Broquetas, A.J. Sieber, “Wide-Band Polari-metric Sar Interferometry For Burier Mine De-tection”. Se presentará en el congreso EUSAR2000, 23-25 de Mayo de 1999, Munich.[5] C. López, X. Fàbregas, A. Broquetas, E. Kro-gager, “Polarimetric Techniques for SAR Con-trasr And Image Enhancement”, 29th Euro. Mi-cro. conf., 5-7 Oct. 1999, Munich, pp.327-330.Figura 1: Ubicación espacial de minas enterradas.mView publication stats

Actividades del grupo EEF en el contexto de la red europea TMR "Polarimetría radar: Teoría y aplicaciones"

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