InSAR Radar interferométrico de apertura sintética

La tecnología InSAR es capaz de medir deformaciones milimétricas del terreno utilizando satélites que están orbitando a cientos de kilómetros de altura. Parece increíble detectar movimientos de pocos milímetros desde el espacio (yo aluciné cuando lo descubrí) pero es así.

Si eres ingeniero civil, geotecnista, geólogo… Si participas en cualquier fase del ciclo de vida de una gran infraestructura (planificación, diseño, construcción o explotación) deberías conocer la tecnología InSAR, o al menos los aspectos más básicos de esta.  Responsables de la gestión o control de la explotación de agua subterránea; gestores u operadores de infraestructuras lineales, presas, puentes, túneles, minas, de extracción de hidrocarburos, expertos en terremotos, tectónica de placas, volcanes… también deberían conocer e integrar esta tecnología en su trabajo diario.

Para utilizar esta información no es necesario conocer en profundidad una tecnología tan compleja pero sí comprender aspectos básicos que te permitan entender los resultados obtenidos, la calidad y precisión del dato o la dirección en la que el InSAR mide los movimientos y deformaciones…

¿Qué es InSAR?

La Interferometría Radar de Apertura Sintética (InSAR por sus siglas en inglés) utiliza información proveniente de sensores Radar de Apertura Sintética (SAR). Estos sensores activos emiten pulsos electromagnéticos en el espectro de las microondas, operan tanto de día como de noche y son capaces de ver el terreno a través de las nubes.

Muchas de las aplicaciones con SAR hacen uso de la amplitud de la señal que vuelve al sensor e ignoran la información de fase de la onda. En cambio, las técnicas basadas en interferometría SAR utilizan la información de la fase de la radiación reflejada. Si no recordáis bien qué es esto de la fase de una onda, internet ofrece montones de recursos para refrescar rápidamente este concepto.

Interferogramas

Calculando las diferencias de fase de dos imágenes SAR de la misma zona adquiridas en momentos diferentes generamos mapas denominados interferogramas. A partir de estos interferogramas, podemos inferir el desplazamiento o deformación de la superficie del suelo o de una infraestructura entre las dos fechas que cubre el interferograma. Los desplazamientos medidos utilizando un único interferograma pueden contener errores debidos al estado de la atmósfera o a lo que se denomina desenrollo de la fase. Para reducir al máximo los errores y separar la señal de deformación del resto de señales se trabaja con series temporales largas de interferogramas.

Las técnicas InSAR más avanzadas, como es el caso de PSI (Persistent Scatterer Interferometry) o SBAS (Small Baseline Subset), utilizan múltiples imágenes SAR adquiridas en el mismo lugar, generando montones de interferogramas, e incluyendo un flujo de procesamiento que permite separar la señal de deformación de interés de otros componentes de las observaciones, como el error topográfico residual, el error atmosférico o el orbital.

¿En qué dirección mide InSAR las deformaciones?

El instrumento SAR a bordo de los satélites ilumina una misma zona en su paso ascendente (cuando el satélite viaja de sur a norte) como en su paso descendente (cuando viaja de norte a sur).  La siguiente figura muestra cómo una misma zona puede verse desde estos dos puntos de vista diferentes (geometría ascendente y geometría descendente). 

El sensor SAR emite los pulsos en una geometría lateral (“one-side-looking”), en contraste con la visión cenital de los sensores ópticos en los satélites de observación de la tierra. Las mediciones realizadas con la tecnología InSAR son unidimensionales, es decir, miden los movimientos en la línea que conecta el satélite con cada punto observado (lo que llamamos LOS, line-of-sight en inglés). Para obtener los desplazamientos en el eje vertical y planimetría es necesario descomponer los movimientos en LOS teniendo en cuenta la geometría del sistema.

Esquema de adquisición de datos satelitales con geometría ascendente y descendente.

En el caso de un área donde los movimientos en planimetría son despreciables frente a los movimientos en vertical, el cálculo del movimiento en vertical se puede realizar a partir de una sola geometría en LOS utilizando el coseno del ángulo de incidencia del satélite en esa área.  

La siguiente figura muestra un esquema con la línea de medición de los movimientos en geometría ascendente, así como el código de color utilizado por Detektia en sus informes y plataforma web. 

Esquema de adquisición de imágenes radar satelital. En la imagen izquierda, configuración de adquisición en modo ascendente. A la derecha, esquema de colores para los movimientos analizados en esta geometría.

En el caso de que el movimiento horizontal no sea despreciable, podemos descomponer los movimientos en LOS obtenidos usando las dos geometrías de adquisición (ascendente y descendente) para así obtener los desplazamientos verticales y horizontales en el eje Este-Oeste tal y como se indica en la siguiente figura.

Esquema de la descomposición de movimientos a través de la combinación de geometría ascendente y descendente en movimientos en plano vertical y planimetría Este-Oeste. Donde Dreal es el movimiento real del punto analizado, Ddes es el movimiento en LOS en geometría descendente, Dasc es el movimiento en LOS en geometría ascendente. Dv y Deo son los movimientos descompuestos en el eje vertical y en planimetría Este-Oeste.

En otros posts hablaremos de los satélites o constelaciones de satélites que portan sensores SAR, de las diferentes bandas o longitudes de onda y de las diferencias entre ellos. También repasaremos las misiones que ya no están en órbita.  Recuerda que los primeros satélites con sensores SAR fueron lanzados en los 90, pero de sus imágenes de archivo podemos reconstruir deformaciones del terreno o infraestructuras ocurridas hace 10, 20 o incluso más años, como este caso de las Obras de Tunelacion de la M30.

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