Autores: Ramiro Salcedo G., Freddy Flores A., Glenis Valencia G., Maritza Silva C. / Centro de Procesamiento Digital de Imágenes (CPDI).FIIIDT.
1.- INTRODUCCIÓN
El presente documento constituye una Guía de Usuarios que permita conocer las principales características de la Misión Sentinel-1 así como las imágenes derivadas de dicho Proyecto. Se describen y grafican los pasos requeridos para accesar el catálogo de imágenes y la selección y descarga de las mismas de los satélites de esta misión.
La misión SENTINEL-1 es el Observatorio de Radar Europeo para la iniciativa conjunta Copernicus de la Comisión Europea (EC) y la Agencia Espacial Europea (ESA). Copernicus, previamente conocido como GMES, permite la implementación de servicios de información relacionados con el ambiente y la seguridad. Está basada en datos de observación recibidos de satélites de Observación de la Tierra así como información del terreno, Figura 1.
La misión SENTINEL-1 incluye un sistema de imágenes en banda C que opera en cuatro modos exclusivos de tomas con diferentes resoluciones (mínimo de 5 m) y una cobertura de hasta 400 km. El sistema suministra imágenes con polarización dual, tiempos de revisita muy cortos y rápida entrega de productos. Para cada observación, se dispone de mediciones precisas, así como los datos de posición y actitud de la nave. El Radar de Apertura Sintética (SAR) tiene la ventaja de operar a longitudes de onda que no se ven afectados por cobertura de nubes o poca iluminación y puede adquirir datos de un lugar durante el día o la noche, bajo cualquier condición climática. El SENTINEL-1, con su instrumento C-SAR, puede ofrecer monitoreo confiable y repetido sobre grandes áreas. La misión está compuesta por una constelación de dos satélites, SENTINEL-1A y SENTINEL-1B, los cuales comparten el mismo plano orbital.
OBJETIVO DE LA MISIÓN.
SENTINEL-1 está diseñado para funcionar en un modo de operación pre-programado libre de conflictos, generando imágenes de todas las áreas emergidas, zonas costeras y rutas de barcos. Esto asegura la confiabilidad del servicio requerido por agencias operacionales y un archivo de datos consistentes y de largo plazo, construido para aplicaciones basadas en series de largo plazo.
La constelación cubrirá todas las masas terrestres del planeta y cada dos semanas, las zonas de hielo en el mar y las zonas costeras de Europa. Las rutas de barcos diariamente y los océanos abiertos continuamente.
2.- POLITICA DE DISTRIBUCIÓN DE LOS DATOS
Con el fin de promover una amplia distribución de los datos del Sentinel-1, así como incrementar la investigación científica, la creación de empleos y el crecimiento del mercado de Observación de la Tierra, los datos del SENTINEL es suministrado en forma abierta y gratuita por la ESA y la Comisión Europea, basados en los siguientes principios:
- Cualquier persona puede tener acceso a los datos adquiridos del SENTINEL. En particular, no se hace distinción entre usuarios públicos, científicos o comerciales, o entre usuarios europeos o no europeos.
- Las licencias para el uso de datos SENTINEL están disponibles gratuitamente.
- Los datos SENTINEL estarán disponibles a los usuarios vía ‘generic’ online access, gratuitamente, sujetos a un proceso de registro de usuarios y a la aceptación de los términos y condiciones genéricas.
- Modos de acceso adicionales y entrega de productos adicionales serán ajustados a las necesidades específicas del usuario y estarán sujetos a condiciones específicas.
3.- CARGA ÚTIL DEL SATÉLITE
SENTINEL-1 carga un instrumento de radar de apertura sintética en banda C, operando en una frecuencia centrada en 5.405 GHz.
El instrumento C-SAR opera en polarización dual (HH+HV, VV+VH). Los datos de polarización Dual son útiles para clasificaciones de Uso y Cobertura de la Tierra y aplicaciones de hielo oceánico.
SENTINEL-1 opera en cuatro modos exclusivos de adquisición, Figura 2. :
- Stripmap (SM)
- Interferometric Wide swath (IW)
- Extra-Wide swath (EW)
- Wave mode (WV).
- El Modo de adquisición Stripmap se ha incorporado para suministrar continuidad con las misiones ERS y Envisat. Stripmap suministra cobertura de 5 m por 5 m de resolución sobre una franja estrecha de 80 km de ancho. Una de las seis franjas puede ser seleccionada sólo con cambiar el ángulo de incidencia del haz y la elevación del haz de amplitud.
- El Modo de adquisición Interferometric Wide swath (IW) permite combinar una franja de gran anchura (250 km) con una resolución geométrica moderada (5 m by 20 m).
- El Modo de adquisición Extra Wide swath (EW) está previsto para servicios operacionales marítimos de zonas polares y de hielo, donde se requieren grandes coberturas y períodos de revisitas cortos. El modo EW trabaja similarmente al modo IW, empleando una técnica TOPSAR que usa cinco sub-franjas en vez de tres, resultando en una resolución más baja (20 m by 40 m). El modo EW también puede ser usado para interferometría así como el modo IW.
- El Modo de adquisición SENTINEL-1 Wave, en conjunto con modelos globales de olas oceánicas, puede ayudar a determinar la dirección, longitud de onda y altura de las olas en océanos abiertos.
Las adquisiciones en modo Wave están compuestas de imágenes Stripmap de 20 km por 20 km, adquiridas alternativamente en dos ángulos de incidencia diferentes, cada 100 km, con imágenes del mismo ángulo de incidencia separadas por 200 km.
4.- PRODUCTOS DE LOS DATOS
Los productos de los datos del Sentinel-1 están disponibles sistemáticamente y en forma gratuita a todos los usuarios, incluyendo el público general, los científicos y los usuarios comerciales. Los datos son entregados dentro de una hora, después de la recepción, para el caso de respuesta de emergencia en tiempo casi-real (NRT), dentro de tres horas para áreas de prioridad NRT y dentro de 24 horas para datos archivados sistemáticamente.
Todos los productos de datos son distribuídos en el Sentinel Standard Archive Format for Europe (SAFE).
Cada modo de adquisición potencialmente puede producir datos a los niveles SAR Level-0, Level-1 SLC, Level-1 GRD, y Level-2 OCN.
Los productos de datos están disponibles en polarización simple (VV or HH) para modo Wave y polarización dual (VV+VH or HH+HV) o polarización simple (HH or VV) para los modos SM, IW and EW.
5.- NIVELES DE PROCESAMIENTO DE LOS DATOS
Los datos al nivel 1 (Level-1 data) es el tipo de producto generalmente disponible para la mayoría de los usuarios. Level-1 productsson producidos como Single Look Complex (SLC) and Ground Range Detected (GRD).
- Los productos Level-1 Single Look Complex (SLC) consisten de datos SAR geo-referenciados que usan información de órbita y actitud del satélite, así como geometría suministrada en zero-Doppler slant-range.
- Los productos Level-1 Ground Range Detected (GRD) consisten de datos SAR que han sido detectados, multi-looked y proyectados al rango en tierra usando un modelo elipsoidal de la Tierra. La información de Fase se pierde. El producto resultante tiene pixeles de resolución espacial aproximadamente cuadrados y espaciamiento de pixeles cuadrados con retro-dispersión reducida, al costo de una resolución espacial más pobre. Los productos GRD pueden ser de una de tres resoluciones:
- Full Resolution (FR)
- High Resolution (HR)
- Medium Resolution (MR).
Los productos Level-2 OCN incluyen componentes para Ocean Swell spectra (OSW) suministrando continuidad con ERS y ASAR WV y dos nuevos componentes: Ocean Wind Fields (OWI) y Surface Radial Velocities (RVL).
El OSW es un espectro de oleaje de la superficie del océano bi-dimensional que incluye un estimado de la velocidad y dirección del viento.El OSW es generado a partir de los modos Stripmap and Wave solamente.
El OWI es un estimado del rango sobre el terreno correspondiente a la velocidad y dirección superficial del aire a 10m sobre la superficie derivados de las imágenes generadas internamente del Level-1 GRD de los modos SM, IW o EW.
6.- PROCEDIMIENTO PARA LA SELECCIÓN Y DESCARGA DE IMÁGENES
El proceso de selección y descarga de imágenes de los satélites Sentinel-1, se rige por los siguientes pasos:
- Acceder al portal del Programa Copernicus, https://scihub.copernicus.eu/, Figura 3.
Una vez que se despliega el mapa, se mueve el mismo presionando con el mouse sobre el mapa y desplazándose hasta la localización deseada, Figura 5.
Luego que se define el área de interés en el mapa, se activa el módulo o ventana de selección de los datos, Figura 6.
Al abrirse la ventana de selección de datos, se procede a seleccionar cada una de las opciones necesarias para la apropiada escogencia de las imágenes que se encuentren disponibles para un periodo determinado para el área de interés previamente seleccionada, Figura 7.
En esta ventana, figura 7, debe procederse a seleccionar los parámetros de acuerdo a los siguientes criterios:
En la casilla Sort by: seleccionar “Sensing Date”.
En la casilla Order By: seleccionar “Descending”. Sin embargo, el usuario también puede hacer la búsqueda en modo “Ascending” para obtener mayor cantidad de imágenes de su área de búsqueda.
En la casilla Sensing Period: seleccionar la fecha de inicio de la búsqueda en la casilla de la izquierda. Si no indica la fecha final de la búsqueda, el sistema tomará por default la fecha del día que se está trabajando. Si por el contrario, desea definir un período debe ir a la casilla de la derecha.
En las casillas Ingestion Period de la izquierda y derecha, dejar en blanco.
A continuación, seleccionar el pequeño recuadro “Mission: Sentinel-1”.
En la casilla Satellite Platform, el usuario puede seleccionar uno de los dos satélites (S1A ó S1B), pero si deja la casilla en blanco, el sistema hace la búsqueda en los dos satélites.
En la casilla Product Type: el usuario puede seleccionar una de las tres opciones disponibles. Si no selecciona ninguna, el sistema seleccionará el producto GRD. (Descrito anteriormente).
Seguidamente, en la casilla polarisation, el usuario puede seleccionar alguna de las 6 opciones de polarización disponibles. Si no se escoge ninguna, el sistema escoge una polarización dual de las dos disponibles.
En la casilla Sensor Mode el usuario puede escoger una de las cuatro opciones disponibles. Si no lo hace y lo deja en blanco, el sistema selecciona el Modo IW (descrito anteriormente).
En la casilla Relative Orbit Number (from 1 to 175), dejar en blanco.
Finalmente, en la casilla Collection, dejar en blanco.
Seguidamente, se activa la búsqueda de las imágenes con los parámetros antes definidos, presionando el ícono de la lupa localizado en la parte superior derecha de esta ventana. Al hacerlo se activará, a la derecha de la pantalla, la ventana de ingreso al sistema (login). El usuario deberá registrarse para tener acceso al catálogo de imágenes. Una vez cumplido este procedimiento y después de recibir el mensaje: “login succesfull”, el usuario volverá a presionar la lupa de búsqueda antes señalada y el sistema desplegará un conjunto de imágenes las cuales podrán ser visualizadas colocando el cursor en el ícono tipo ojo (View Produc Details) de cada imagen, (círculo rojo). Figura 8.
Seguidamente, se desplegará una ventana que mostrará el quick look de la imagen escogida de la forma antes señalada, con un mapa a su izquierda indicando la localización precisa de dicha imagen, Figura 9.
Al presionar el cursor sobre el quick look, se abrirá en otra pantalla una vista con mayor detalle de la imagen seleccionada, Figura 10.
La descarga de la imagen (es) finalmente seleccionada (s) se puede hacer de dos maneras: en la parte inferior derecha de la ventana de la Figura 8, hay un símbolo (círculo rojo) que permite hacer la descarga. La otra manera de descargar una imagen es presionando el símbolo similar ubicado al lado izquierdo de la ventana de la Figura 9.
Una vez descargada la imagen, ésta se debe descomprimir. Al hacerlo, se pueden encontrar los datos de la imagen en formato TIFF, en la siguiente ruta: S1B_IW_GRDH_1SDV_20200909T103216_20200909T103241_023297_02C3EF_ABF7.SAFE (identificación de la imagen una vez descomprimida), en la carpeta measurement se localizan tantas imágenes como polarizaciones se hayan descargado para cada imagen.
NOTA: el contenido de esta guía fue tomado de los portales de la ESA.
7.- REFERENCIAS:
- Portal del Programa Copernicus: https://scihub.copernicus.eu/
- Portal de la Agencia Espacial Europea (ESA): https://esa.int
Contactos: freddyfloresa@gmail.com; ramiros0649@gmail.com; glenisvalencia38@gmail.com; maritcie@gmail.com