Polarimetric differential SAR Interferometry with ground-based sensors

Resumen

Las técnicas de Interferometría Diferencial se basan en la combinación de varias imágenes SAR con distinta separación temporal y permiten la recuperación de las componentes lineales y no-lineales del proceso de deformación ocurrida en el entorno de interés durante el entero periodo de observación. Condición imprescindible para una correcta estimación de los fenómenos geodéticos es la elevada estabilidad de la plataforma que embarca el sensor SAR. Por esta razón, a nivel operativo se utilizan datos SAR satelitales.El objetivo de la Polarimetría SAR es describir el entorno de interés analizando las propiedades de la señal que éste dispersa cuando se utilizan diferentes combinaciones de polarización de las antenas transmisora y receptora, definidas canales polarimétricos. La polarimetría interferométrica SAR junta la capacidad de la polarimetría de separar mecanismos de dispersión independientes con la sensibilidad de la Interferometría a la altura de los correspondientes centros de fase, y permite describir la distribución volumétrica de los dispersores dentro de la escena observada. Debido a la falta de conjuntos de datos polarimétricos SAR satelitales que cubran tramos temporales suficientemente largos, hay aún un gran interés en las mejoras que la polarimetría podría aportar a técnicas ya consolidadas como las de Interferometría Diferencial.La actividad de investigación que se presentará en esta tesis doctoral abarca, por primera vez conjuntamente, las dos áreas de la Polarimetría SAR y de la Interferometría Diferencial utilizando el sensor radar terrestre de corto alcance (gbSAR) desarrollado por la Universitat Politècnica de Catalunyua (UPC). El trabajo constará de dos bloques principales.El primer bloque describirá las técnicas que se han desarrollado para convertir el sistema UPC gbSAR en un instrumento operativo y simplificar la utilización de sus adquisiciones, incluyendo la formulación matemática de los principios de funcionamiento del sistema, la cadena de procesado de los raw data y su calibración polarimétrica, los procedimientos de georeferenciación, y las técnicas de compensación de los artefactos atmosféricos presentes en sus medidas diferenciales.La segunda parte se ocupará de demostrar los beneficios que los datos SAR polarimétricos ofrecen respecto a la medición de un único canal polarimétrico para aplicaciones diferenciales. A fin de llevar a cabo esta tarea, se analizarán los datos gbSAR adquiridos durante una campaña de medidas de un año realizada en el pueblo de Sallent, en Cataluña, afectado por un fenómeno de subsidencia. En esta parte se analizarán tres temas principales. El primero es el comportamiento no estacionario en tiempo del entorno urbano bajo la geometría de observación del sensor terrestre. Se estudiarán en detalle los efectos de su inestabilidad y se propondrá una técnica de filtrado novedosa entallada a las propiedades de los blancos deterministas con el fin de preservar la información de la fase diferencial. El segundo tema abarca el problema de los efectos de troposfera en datos diferenciales con separación temporal superior al mes y de su separación de las variaciones de fase inducidas por el proceso de deformación. El tercer tema es la utilización de toda la información polarimétrica diferencial. Con fin de superar las limitaciones propias de las técnicas DInSAR clásicas, se propondrá un nuevo modelo polarimétrico de dispersión y se demostrarán las ventajas de la nueva formulación enseñando la mejor estimación del proceso de subsidencia en Sallent. En la parte final de este apartado se explorará también el potencial de las técnicas polarimétricas de optimización de la coherencia para aplicaciones diferenciales.