Sistemas de teledetección activos y pasivos embarcados en sistemas aéreos no tripulados para la monitorización de la tierra

Abstract

La comunidad científica ha mostrado gran interés por estudiar los fenómenos que ocurren sobre la superficie de la tierra, específicamente los que suceden en la atmósfera, los océanos, o la superficie del suelo, y que afectan el clima o modifican la superficie de la tierra. Para poder analizar y predecir estos fenómenos, se monitorizan parámetros que se relacionan de manera directa o indirecta con procesos biofísicos y geofísicos. Es en este punto donde la teledetección entra en juego, puesto que es la técnica que permite medir tales parámetros de forma remota sin necesidad de entrar en contacto directo con un objeto o una superficie.
 En particular, la teledetección por microondas permite la detección de energía electromagnética casi bajo cualquier condición climática y a cualquier hora del día, debido a que a esta longitud de onda la energía electromagnética puede penetrar a través de las nubes, polvo, neblina y lluvia, y es menos susceptible a la dispersión atmosférica, que afecta en gran medida a las señales ópticas.
 Actualmente existen varios sistemas de teledetección por microondas que se han embarcado en satélites, para monitorizar parámetros biofísicos y geofísicos sobre la superficie de la tierra de manera global. También se han desarrollado estos sistemas para ser transportados en plataformas aéreas tripuladas para realizar estudios a nivel local o regional, donde se desea obtener información de una zona en particular en tiempos relativamente cortos.
 Sin embargo, ambas plataformas representan, entre otras cosas, un alto coste, no solo económico sino de infraestructura, equipo, grupos de trabajo, permisos de operación, y varios requerimientos más.
 El creciente desarrollo de los sistemas aéreos no tripulados (Unmanned Aerial Vehicle, UAV), ha hecho posible su uso para transportar sensores de teledetección. Los sistemas UAV presentan las mismas ventajas que los sistemas aéreos tripulados, pero además añaden otras ventajas adicionales. Por ejemplo, pueden ser operados durante varias horas de forma autónoma, el coste de explotación y desarrollo puede ser menor que el de un avión tripulado si se emplea un UAV de bajas prestaciones.
 Por tal motivo en este trabajo se propone el uso de un aeromodelo de control por radio como plataforma UAV para monitorizar diversos parámetros geofísicos y biofísicos de la tierra mediante sensores activos y pasivos de teledetección por microondas.
 Para realizar las medidas de teledetección pasiva se ha desarrollado el sensor denominado Airborne RadIometEr at L-Band (ARIEL) que es un radiómetro Dicke de bajo peso y pequeñas dimensiones, y que trabaja en Banda L (≈1.4 GHz). En la presenta memoria se muestra el diseño del sensor, las características principales de funcionamiento, y las técnicas de procesamiento de datos. Posteriormente se presentan las campañas de medida realizadas en zonas de cultivo, suelo descubierto, y zonas costeras. En tales campañas se han conseguido generar mapas de temperatura de brillo y de humedad de suelo.
 Con el fin de llevar a cabo medidas de teledetección activa se ha desarrollado el sistema denominado AiR Based REmote Sensing ARBRES, que consta de dos sensores radar de apertura sintética SAR diseñados a dos frecuencias diferentes, uno en Banda C (≈ 5.3 GHz) y otro en Banda X (≈ 9.65 GHz). Ambos radares son de onda continua FMCW, además son de bajo peso, bajo consumo de potencia y de pequeñas dimensiones. Ambos sensores tienen la capacidad de realizar medidas de interferometría SAR. En esta memoria se muestran las características de funcionamiento del sistema, así como algunos algoritmos de focalización de imágenes SAR, y una técnica para compensar los movimientos de la plataforma de vuelo. Finalmente se presentan medidas en campo para obtener imágenes de reflectividad de un escenario, y se muestran también los resultados para medidas realizadas en configuración de interferometría de simple pasada, la cual está relacionada con la topografía del terreno.