Implementación y comparación de tres algoritmos de formación de imágenes SAR empleando un radar de apertura sintética de estación terrena (GB-SAR) para una aplicación de monitoreo de deslizamientos

Abstract

En el presente trabajo se describe la implementación y comparación de tres algoritmos de formación de imágenes para radares de Apertura Sintética de Estación Terrena (GB-SAR), con el objetivo principal de determinar el algoritmo más adecuado para aplicarlo en la etapa inicial de un Sistema de monitoreo de deslizamientos con radares SAR. Los algoritmos que se implementaron fueron los siguientes: Frequency Domain Back Projection (FDBP), Range Migration Algorithm (RMA) y Discrete Linear Inverse Problem (DLIP). Cada uno de estos algoritmos se probaron con datos simulados, mientras que solo los dos primeros se probaron con datos reales. Las pruebas con datos simulados consistieron en la obtención de las imágenes SAR de blancos teóricos, estos blancos fueron definidos por el usuario y los datos fueron generados por un programa de computador. Por otro lado, las pruebas con datos reales consistieron en la obtención de las imágenes SAR de un blanco real. El blanco real usado fue un cerro propenso a deslizamiento, y los datos fueron adquiridos con el radar GB-SAR ‘IGP-ROJ’, perteneciente al Instituto Geofísico del Perú (IGP). En el análisis comparativo se consideraron los siguientes tres parámetros de comparación: calidad de reconstrucción de la imagen, calidad de enfoque y coste computacional. Además se analizó cómo afectan los resultados de cada algoritmo en la etapa final del Sistema de monitoreo de deslizamientos con radares SAR, que es la generación de los mapas y gráficos de deslizamientos del blanco real. De los resultados de comparación usando tanto datos obtenidos de la simulación como datos reales, se concluyó que el algoritmo FDBP es el más adecuado para una aplicación de monitoreo de deslizamientos.

In this work, three imaging algorithms using Ground-Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR) were implemented and then compared, in order to select the most suitable one, and to apply it to the first stage of a SAR Landslide Monitoring System application. The Imaging Algorithms are: “Frequency Domain Back Projection” (FDBP), “Range Migration Algorithm” (RMA), and “Discrete Linear Inverse Problem” (DLIP). These algorithms were tested with simulated data, but only the former two were tested with real data. The simulated data was obtained by the means of a program that generated a matrix of values, accordingly to a user defined scenario. On the other hand, the real data measurements were carried out using the ‘IGP-ROJ’ GB-SAR radar (developed by Instituto Geofísico del Perú - IGP), which was focused on a part of a mountain, where a landslide has occurred. These three imaging algorithms were compared in terms of image reconstruction quality, focusing quality and computational burden. Besides, an analysis was made to figure out the effect of the algorithms on the generation of the landslides graphs and maps, which are the results of the last stage of the landslide monitoring system. Results with both, simulated and real data, showed that the FDBP Algorithm is most appropriate for the mentioned application.