The BIOMASS mission plans to exploit for the first time ever a specific space radar with a 435 MHz frequency (P-band frequency). This instrument aims at mapping forest biomass at global scale. Fostered by recent results based on long-term P-band tower based campaigns, new possibilities in the use of the upcoming mission data are proposed. The suggested data combination and acquisition scenarios concern the computation of 3D cubes using data of a specific phase of the mission. This innovative combination is called multi-temporal block tomography and makes estimates of the forest by multiple cubes thanks to two image triplets of this latter that are separated by a months interval. Each cube is associated to a certain energy that represents the forest at a given 3D localization. The objective is to measure the quality of the forest 3D representation that decreases with time intervals. The position of the ground and the volume preservation of trees determine the quality of the forest representation and they are measured by metrics we define. Two types of 3D reconstruction techniques used in the BIOMASS mission, Beamforming and Capon, are done to measure the decrease of quality with time intervals. The simulation is done on a tropical airborne data TropiSAR. Based on the long term observation from TropiScat, the time interval is simulated with the injection of noise in the image triplets. Multiple simulations are done to represent time intervals. For each simulation, metrics inform about the quality of the 3D representation and they enable to anticipate the future BIOMASS results. Also, TropiSAR uses polarized data like the BIOMASS mission. The importance of the polarization in the quality is highlighted. The results of the volume metrics show non-critical energetic errors up to a certain value. Above this value, this innovative technique is not available. For any tropical forests, parts of the energetic error can be compensated in this technique thanks to the multiple simulations on TropiSAR. The results provide a basis for alternative approaches.
La missione BIOMASS prevede di sfruttare per la prima volta un radar spaziale specifico con una frequenza di 435 MHz (frequenza in banda P). Questo strumento mira a mappare la biomassa forestale su scala globale. Sulla base di recenti risultati basati su campagne a lungo termine basate su torri in banda P, vengono proposte nuove possibilità di utilizzo dei dati della prossima missione. La combinazione di dati suggerita e gli scenari di acquisizione riguardano il calcolo di cubi 3D utilizzando i dati di una fase specifica della missione. Questa combinazione innovativa è chiamata tomografia a blocchi multitemporale e fa stime della foresta da cubi multipli grazie a due triplette di immagini di quest'ultima che sono separate da un intervallo di mesi. Ogni cubo è associato a una certa energia. L'obiettivo è di misurare la qualità della rappresentazione 3D della foresta che diminuisce con gli intervalli di tempo. La posizione del terreno e la conservazione del volume degli alberi determinano la qualità della rappresentazione della foresta e sono misurate da metriche da noi definite. Due tipi di tecniche di ricostruzione 3D utilizzate nella missione BIOMASS, Beamforming e Capon, sono fatte per misurare la diminuzione della qualità. La simulazione è fatta su dati tropicale aviotrasportato TropiSAR. Sulla base dell'osservazioni a lungo termine di TropiScat, l'intervallo di tempo viene simulato con l'iniezione di rumore nelle triplette di immagini. Vengono fatte simulazioni multiple per rappresentare intervalli di tempo. Per ogni simulazione, le metriche informano sulla qualità della rappresentazione 3D e permettono di anticipare i risultati futuri di BIOMASS. Inoltre, TropiSAR utilizza dati polarizzati come la missione BIOMASS. L'importanza della polarizzazione nella qualità è evidenziata. I risultati della metrica del volume mostrano errori energetici non critici fino a un certo valore. Al di sopra di questo valore, questa tecnica innovativa non è disponibile. Per qualsiasi foresta tropicale, parte dell'errore energetico può essere compensato in questa tecnica grazie alle simulazioni multiple su TropiSAR. I risultati forniscono una base per approcci alternativi.
Performance analysis of P-band multi-temporal block tomography : possible acquisition scenarios for the BIOMASS mission
BOU, PIERRE-ANTOINE ERIC
2020/2021
Abstract
The BIOMASS mission plans to exploit for the first time ever a specific space radar with a 435 MHz frequency (P-band frequency). This instrument aims at mapping forest biomass at global scale. Fostered by recent results based on long-term P-band tower based campaigns, new possibilities in the use of the upcoming mission data are proposed. The suggested data combination and acquisition scenarios concern the computation of 3D cubes using data of a specific phase of the mission. This innovative combination is called multi-temporal block tomography and makes estimates of the forest by multiple cubes thanks to two image triplets of this latter that are separated by a months interval. Each cube is associated to a certain energy that represents the forest at a given 3D localization. The objective is to measure the quality of the forest 3D representation that decreases with time intervals. The position of the ground and the volume preservation of trees determine the quality of the forest representation and they are measured by metrics we define. Two types of 3D reconstruction techniques used in the BIOMASS mission, Beamforming and Capon, are done to measure the decrease of quality with time intervals. The simulation is done on a tropical airborne data TropiSAR. Based on the long term observation from TropiScat, the time interval is simulated with the injection of noise in the image triplets. Multiple simulations are done to represent time intervals. For each simulation, metrics inform about the quality of the 3D representation and they enable to anticipate the future BIOMASS results. Also, TropiSAR uses polarized data like the BIOMASS mission. The importance of the polarization in the quality is highlighted. The results of the volume metrics show non-critical energetic errors up to a certain value. Above this value, this innovative technique is not available. For any tropical forests, parts of the energetic error can be compensated in this technique thanks to the multiple simulations on TropiSAR. The results provide a basis for alternative approaches.| File | Dimensione | Formato | |
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