Los satélites de radar cubren la Tierra en 3D: Se trata de Elevación

Con el exitoso lanzamiento del satélite radar alemán TanDEM-X el 21 de junio de 2010, una nueva era de suministro mundial de información digital de elevación se ha iniciado. Junto con TerraSAR-X, TanDEM-X forman un interferómetro de radar de alta precisión para la base de datos mundial homogénea para Modelos Digitales de Elevación de calidad, precisión y cobertura sin precedentes. Este conjunto de datos únicos estará disponible para toda la superficie terrestre de la Tierra a partir de 2014.

La precisión de una nueva dimensión

El satélite radar alemán de alta resolución TerraSAR-X fue lanzado en el 2007, lo que permite el suministro de productos nuevos de datos de radar para una amplia gama de aplicaciones. Este satélite de radar con características únicas de resolución de hasta 1 m, excelente precisión radiométrica y una precisión geométrica inigualable por cualquier otro sensor espaciales comercial.

TerraSAR-X se unió a su “doble” TANDEM-X (X-TerraSAR add-on para medición de Elevación Digital) el 21 de junio del 2010 y juntos forman una formación única de satélites. Los dos satélites son absolutamente fiables, ya que operan independientemente de la cobertura de nubes y las condiciones de iluminación. Durante los próximos tres años se registrará una base de datos para Modelo Dogotal global de Elevación (DEM) de una calidad, precisión y cobertura sin precedentes.

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Figura 1: TanDEM-X Modelo Digital de Elevación del volcán Tunupa y los bordes del lago de sal, Salar de Uyuni en Bolivia (Fuente: DLR)


Este DEM contará con una precisión relativa vertical de 2 metros y una precisión absoluta de 10 metros dentro de una trama horizontal 12 m x 12 m. La precisión será mayor que la de cualquier modelo de elevación por satélite disponible hoy en día y el nivel de calidad será cercano a la de la adquisición caprturada por sensores en vehículos espaciales. En consecuencia, la Misión TanDEM-X abrirá una nueva era global para DEM de alta calidad y reemplazar el Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) de DEM, con un salto hacia adelante en la precisión y la calidad de los datos.

La adquisición homogénea en todo el mundo garantiza un modelo de elevación global sin líneas de quiebre en las fronteras regionales o nacionales y heterogeneidades en la calidad de datos causada por diferentes procedimientos de medición o escalonadas en el tiempo. En comparación con los procedimientos establecidos, el número de lagunas medidas se reducirá considerablemente. Los clientes de la industria y autoridades públicas, así como la comunidad científica contará con una alta calidad de una fuente de datos homogénea para información de elevación.

Tanto la misión TerraSAR-X y la misión TanDEMX se están llevando a cabo por un público-privada entre el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la empresa líder del sector espacial de Europa, Astrium. Dentro de esta asociación DLR es responsable de la planificación y ejecución de la misión, el control de los dos satélites y la generación de los DEM globales sin editar, así como el uso científico de los datos TanDEM-X. Astrium construyó los satélites y contribuyo al costo de su desarrollo y despliegue. Infoterra GmbH, una subsidiaria de Astrium y parte de la GEO-División de Servicios de Información, es el único responsable de la adaptación del modelo de elevación a las necesidades de los usuarios comerciales y para su comercialización en todo el mundo.

Retos técnicos

Uno de los retos más apasionantes de la misión es el vuelo en formación cerca de los dos satélites, que no tiene precedente. Poco después del lanzamiento de TANDEM-X los satélites estaban volando a una distancia de 2.000 kilómetros, y en diversas etapas de maniobras que convergieron más cerca alllegar a su formación final a mediados de octubre del 2010. Ahora los dos satélites vuelan a una distancia mínima de sólo 200 metros el uno del otro – a una velocidad de 28.000 kilómetros por hora. Para evitar la colisión los satélites dan vueltas alrededor de la otra, siempre manteniendo la misma distancia. TanDEM-X se mueve en torno a su doble, una vez cada 95 minutos (duración de su órbita alrededor de la Tierra).

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Figura 2: TANDEM-X Modelo Digital de Elevación del Monte Merapi en Indonesia para apoyar los esfuerzos de rescate tras la erupción del volcan en octubre del 2010 (fuente: DLR)

En el Polo Norte, TerraSAR-X y TanDEMX se alcanzan, debido a su órbita excéntrica, son ligeramente superior y por lo tanto las órbitas son más lentas. En el Polo Sur la situación se invierte: TANDEM-X órbita más bajo y más rápido, y TerraSAR-X se adelanta. Este patrón de vuelo de hélice es una primicia mundial, nunca antes ha habido dos satélites volando en una formación cerrada.

Este vuelo en formación única permite a TerraSAR-X y X-TanDEM grabar imágenes del terreno idénticos desde perspectivas ligeramente diferentes. Los dos satélites funcionan en un modo llamado bi-estático: mientras que un satélite transmite la señal de radar, tanto el registro de satélites de la retrodispersión de la señal de forma simultánea (en una configuración de radar monostatica clásica, se utiliza la misma antena para transmisión y recepción de la señal). La aplicación de la técnica SAR-Interferometría (InSAR), la diferencia de fase de las dos adquisiciones SAR se evalúa y la información de la elevación precisa se puede extraer. Un requisito fundamental para que esto funcione es que los dos satélites funcionen completamente sincronizados. TanDEM-X necesita saber exactamente cuándo TerraSAR-X transmite la señal y por lo tanto cuando las señales de retrodispersión se abren y cierran la abertura de recepción en el momento adecuado. Esto se logra mediante arreglos de antenas altamente especializados a bordo de los dos satélites, que permite el análisis del tiempo GPS y el intercambio de señales de sincronización.

Otro reto fue el diseño de un programa de adquisición que permite que TerraSAR-X y X-TanDEM adquieran datos que cubren la superficie de la Tierra de forma completa en un plazo de tiempo mínimo. Expertos del DLR apoyados por sus colegas de Astrium, han ideado un plan detallado de misión que tiene en cuenta la planificación de las adquisiciones de imágenes, gestión de los recursos por satélite, tales como espacio de memoria disponible, capacidad del enlace descendente, estado de la batería, y muchos otros parámetros.

El programa de adquisición de datos fue desarrollado con los aspectos de conveniencia en mente para hacer el mejor uso posible de la formación de los satélites, mientras que también permite la capacidad para la operación continua de rutinas de TerraSAR-X y la capacidad que permite a ambos satélites las aplicaciones (y el potencial no programado ). Por lo tanto, no hay áreas prioritarias del mundo, que se cubrirán en primer lugar, pero el conjunto de datos mundial DEM estará disponible casi al mismo tiempo en el 2014.

Adquisición de Datos y Procesamiento

Con el fin de lograr excelente calidad y exactitud de los DEM globales, TerraSAR-X y X-TanDEM registrarán datos que cubren la superficie completa de la Tierra en dos extensas campañas de adquisición, cada uno requiere aproximadamente un año para su conclusión. La cobertura de la primera entrega DEM intermedia, se refina de nuevo para sus especificaciones finales, tras la adquisición de la cobertura completa de la segunda. En una campaña de adquisición extendida posterior, los datos adicionales tendrán la compleja tarea de las condiciones del terreno y la corrección de volds posibles.

Los datos obtenidos se almacenan en a bordo de TerraSAR-X y TanDEM-X hasta que entren en el rango de una estación terrestre. Para lograr la utilización óptima de los dos satélites de una red global de tres estaciones terrestres principales (Inuvik en Canadá, O’Higgins en la Antártica y Kiruna, en Suecia) es operado para esta misión. Desde las estaciones de tierra los datos en bruto se transfieren a las instalaciones DLR, donde una cadena de tratamiento automatizado transforma en imágenes SAR y genera los datos inéditos de los conjuntos DEM.

GEO-Servicios de Información Astrium con sede en Friedrichshafen, Alemania, refinan los datos entregados por el sistema de satélites en los pasos de procesamiento adicionales de acuerdo a los requerimientos del cliente (por ejemplo, la superficie del agua se ha editado garantizando una altura de agua constante e inclinación correcta de los lechos de los ríos). Con bastante frecuencia, los usuarios requieren un Modelo Digital del Terreno (DTM), que – en contraste con el modelo de elevación TanDEM-X – representa la superficie de tierra desnuda, con exclusión de objetos tales como edificios,vegetación, etc. Este DTM es preparado por expertos de Astrium en información geográfica en un manual de más pasos de edición. En el caso de los requerimientos del cliente adicional, las soluciones individuales están diseñados para la aplicación respectiva. Entregada en cualquier formato establecido, así como ISO 9001 certficada, está garantizado para todos los productos y servicios provistos.

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Figura 3: TerraSAR-X Elevación DSM por un paisaje del bosque tropical en Sabah, Malasia (fuente: Infoterra GmbH)

Datos digitales de elevación para aplicaciones versátiles

Datos precisos de elevación son la base inicial de cualquier producto geoespacial preciso, sobre todo cuando la integración de imágenes de múltiples fuentes y datos se realiza en base a ella. En los futuros operadores de satélites de observación civil y militar de la Tierra pueden estar seguros: No importa dónde se encuentre su área de adquisición en el planeta, gracias a TanDEM-X un modelo de elevación estándar estará disponible para el proceso de ortorectificación. Autoridades Cartográficas de todo el mundo serán capaces de mejorar o actualizar sus mapas cartográficos estándar gracias a esto, más precisa y actualizada a las fuentes de datos.

Además de la actualización de la información de la altura, los datos de radar utilizados para generar DEM también pueden servir como datos de entrada para análisis de detección de cambios (desarrollo de las zonas urbanas, infraestructuras, etc) y por lo tanto, el apoyo a la actualización del material cartográfico existente.

La disponibilidad global del conjunto de datos sin líneas de costura y heterogeneidades a lo largo de las fronteras nacionales o regionales también apoyará la cooperación internacional y planificación de las misiones transfronterizas. En particular, cuando la transmisión rápida de información es precisa y de suma importancia (por ejemplo en el caso de situaciones de emergencia como desastres naturales o ambientales), la disponibilidad de un estándar, el DEM de alta precisión será de gran ventaja ya que permitirá el suministro de información fiable a los equipos de rescate sobre el terreno.

Ya, durante la fase de puesta en marcha de la misión, TanDEM-X se utiliza para la gestión de crisis en respuesta a la erupción del volcán Monte Merapi en Indonesia, en noviembre del 2010. Utilizando los datos TanDEM-X expertos DLR fueron capaces de predecir el movimiento de flujo de lava y por lo tanto facilita la toma de decisiones de los equipos de rescate en relación con la evacuación de las personas que viven en las zonas afectadas.
Por otra parte, una multitud de aplicaciones se basan en datos fiables y precisos, como la cartografía temática, el análisis de detección de cambios, control de los movimientos de superficie, así como una preparación más específica de las misiones de defensa y seguridad.

Otras áreas de aplicación innovadoras de la constelación de satélites y el modelo de elevación TanDEM-X están siendo investigados por la DLR y científicos de todo el mundo a través de la PPP-responsabilidad asignada a la DLR para coordinar proyectos de investigación científica. Conceptos innovadores para la optimización de las técnicas de medición establecidos o el desarrollo de nuevas metodologías ya están en fase de preparación y mostrar un potencial prometedor. Los científicos de DLR están, por ejemplo, trabajando en el desarrollo de la llamada tierra blanca móvil de identificación (GMTI), que es una técnica para controlar el modo, velocidad y dirección del movimiento de los objetos (por ejemplo, coches) en el suelo. Con TANDEM-X, un GMTI incluso en terrenos difíciles (es decir, fuera de las carreteras) sería posible – una solución que podría resultar especialmente útil para la seguridad fronteriza (por ejemplo, la inmigración ilegal, el contrabando) o para el seguimiento de los bosques (tala ilegal).

La comercialización de un concepto único

Al igual que con TerraSAR-X, Infoterra GmbH, la parte alemana de Astrium GEO-División de Servicios, es responsable de la comercialización de los datos TanDEM-X a los clientes en todo el mundo. Para ello la empresa podrá contar con la experiencia adquirida de la comercialización de los datos TerraSAR-X y su cartera de servicios, que se ha posicionado con éxito en el mercado internacional y representa un negocio en continuo crecimiento. Los clientes de la industria privada y las autoridades públicas están esperando ansiosamente este conjunto de datos, del que se beneficiarán de manera significativa en su trabajo diario. Productos innovadores y modelos de distribución estarán disponibles para los clientes y adaptados a sus necesidades respectivas.

Hoy en día, los expertos de Astrium, están ofreciendo la geoinformación a una amplia gama de servicios para los modelos digitales de elevación. La Elevación de TerraSAR-X Suite ofrece datos digitales de elevación para áreas tan pequeñas como 500 kilometros², y una cobertura regional o incluso nacional, con 10 millones de espaciamientos de grilla y una precisión absoluta de altura de hasta 5 metros. Estos productos se basan en pares estereos TerraSAR-X StripMap en ambas órbitas ascendentes y descendentes, que se elaboran aplicando técnicas radiométricas.
La fiabilidad única del sensor de radar meteorológico independiente hace de este un particular complemento ideal para otros conjuntos de datos de elevación establecidos y ofrecidos por los Servicios de GeoInformación Astrium como Reference3D, sobre la base de datos SPOT HRS óptica.

Hitos de una historia de éxitos

La excelente cooperación e integración entre todas las partes interesadas dentro de la industria y la comunidad científica ha dado lugar a la preparación excepcionalmente suave y realización de la misión TanDEM-X. Tras la imagen perfecta del despegue el 21 de junio del 2010 desde el cosmódromo de Baikonur en Kazajstán, las primeras imágenes fueron grabadas por Tandem-X en un tiempo récord: sólo tres días después del lanzamiento. Un mes más tarde (y una semana antes de lo previsto), los científicos de la DLR procesaron los primeros ejemplos DEMs creados a partir de datos recolectados por TerraSAR-X / TanDEM-X, a pesar de que los satélites no estaban volando en su estrecha formación. El 19 de octubre del 2010, los primeros datos DEM del mundo con una formación SAR de vuelo libre por satélites bi-estáticos se registró y confirmó todas las expectativas con respecto a la precisión y calidad de los datos.

Por último, la fase de puesta en marcha de TanDEM-X se concluyó totalmente en la fecha prevista el 12 de diciembre del 2010 y la adquisición de datos complejos y la fase de transformación iniciado. Ahora lo único que queda por hacer es “esperar y ver”: los dos satélites y el segmento de terreno que se configuran y Finetuned y será difícil en el trabajo en los próximos años hasta el mundial DEM TanDEM-X está disponible a partir del 2014.

Fuente:

GeoInformatics

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