Sensoriamento Remoto por Microondas

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Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CENTRO TÉCNICO AEROESPACIAL 
INSTITUTO DE ESTUDOS AVANÇADOS 
 
 
SENSORIAMENTO REMOTO POR MICROONDAS 
 
 
DARCTON POLICARPO DAMIÃO – TCEL.-AV. 
ORLANDO ALVES MÁXIMO – MAJ.-AV. 
RICARDO DE QUEIROZ VEIGA – MAJ.-AV. 
SIDNEI JOÃO S. SANT´ANA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São José dos Campos, junho de 2003 
 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto I 
 
SUMÁRIO 
Sumário ................................................................................................................. I 
Lista de Figuras................................................................................................... III 
Lista de Tabelas ..................................................................................................VI 
1 Introdução ..................................................................................................... 1 
1.1 Histórico ................................................................................................. 3 
1.2 Aplicações.............................................................................................. 6 
1.2.1 Verificação de Tratados Internacionais.......................................... 7 
1.2.2 Interferometria (SAR 3-D) .............................................................. 7 
1.2.3 Penetração no Solo e Dossel......................................................... 7 
1.2.4 Indicação de Alvos Móveis (MTI) ................................................... 8 
1.2.5 Vigilância Ambiental ....................................................................... 8 
1.2.6 Defesa Civil..................................................................................... 9 
1.3 Considerações Finais ............................................................................ 9 
2 Conceitos Básicos de Radar.......................................................................11 
2.1 Ondas Eletromagnéticas .....................................................................11 
2.1.1 Equações de Maxwell...................................................................11 
2.2 Polarização ..........................................................................................13 
2.3 Antena..................................................................................................15 
2.3.1 Diagrama de Irradiação................................................................15 
2.3.2 Ganho de Potência.......................................................................16 
2.3.3 Largura de Feixe ..........................................................................16 
2.3.4 Redes Lineares Uniformes...........................................................17 
3 Características da Radiação Eletromagnética na Faixa das Microondas..20 
3.1 Interação com o Meio ..........................................................................20 
3.1.1 Constante Dielétrica .....................................................................20 
3.1.2 Penetração ...................................................................................22 
3.1.3 Tipos de Reflexão.........................................................................28 
4 Radar Imageador ........................................................................................30 
4.1 Equação Radar ....................................................................................31 
4.2 Resolução Espacial do Radar .............................................................33 
4.3 Radar de abertura real (RAR) .............................................................35 
4.4 Radar de Abertura Sintética (SAR) .....................................................38 
4.4.1 Abertura Sintética .........................................................................39 
4.4.2 Modulação do Pulso .....................................................................41 
4.4.3 Gravação dos Dados....................................................................42 
4.4.4 Modelo do Alvo Pontual ...............................................................44 
4.4.5 Histórico de Fase..........................................................................47 
4.4.6 Compressão do Sinal ...................................................................48 
4.4.7 "Strip"............................................................................................49 
4.4.8 "Spot"............................................................................................50 
4.4.9 Interferometria ..............................................................................51 
5 Padrões de Resposta Espectral para Alvos de Radar ...............................56 
5.1 Coeficiente de Retroespalhamento .....................................................56 
5.1.1 Influência da Rugosidade.............................................................59 
5.1.2 Influência da Permissividade........................................................60 
6 Propriedades da Imagem Radar.................................................................61 
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Divisão de Sensoriamento Remoto II 
 
6.1 Azimute e Alcance ...............................................................................61 
6.2 Linha de Visada ...................................................................................62 
6.3 Sombreamento ("Shadowing") ............................................................63 
6.4 Encurtamento ("Foreshortening") ........................................................64 
6.5 Inversão ("Layover") ............................................................................64 
6.6 "Speckle"..............................................................................................66 
6.7 Alvos Móveis........................................................................................67 
7 Características das Imagens SAR..............................................................69 
7.1 Distorções Geométricas ......................................................................69 
7.2 Escala Dinâmica ..................................................................................70 
7.3 Resolução Espacial .............................................................................72 
7.4 Relações entre os Lóbulos Principal e Secundário.............................72 
7.5 Resolução Radiométrica......................................................................73 
7.6 Ruído ...................................................................................................73 
7.7 Modelagem dos Dados SAR ...............................................................76 
7.7.1 Histograma ...................................................................................76 
7.7.2 Modelagem Estatística de dados SAR.........................................78 
8 Sistemas Sensores de Abertura Sintética ..................................................84 
8.1 Radar de Abertura Sintética do EMB145 RS ......................................84 
8.1.1 Características Gerais ..................................................................84 
8.1.2 Interação do Sistema SAR com o Ambiente de Operação..........85 
8.1.3 Missão Típica ..............................................................................86 
8.1.4 Modos de Operação do SAR do SIVAM ......................................86 
8.2 Satélite Canadense de Observação da Terra – RADARSAT .............87 
8.2.1 A Antena SAR ..............................................................................89 
8.2.2 O Sistema de Manuseio de Dados do RADARSAT.....................89 
9 Referências Bibliográficas ..........................................................................92 
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Divisão de Sensoriamento Remoto III 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1.1 – Imagens da Guiana Francesa. À esquerda, uma imagem radardo RADARSAT de 19/06/1996. À direita, uma imagem TM-
LANDSAT, de 30/12/1986. ............................................................. 2 
Figura 1.2 – Linha reta visualizada em "B-Scan" e PPI, com o radar 
localizado na origem....................................................................... 4 
Figura 1.3 – RADARSAT..................................................................................... 6 
Figura 1.4 – Derramamento de óleo na costa da Califórnia – EUA. .................. 8 
Figura 2.1 – Exemplos de polarizações de uma onda EM: (a) horizontal e 
(b) vertical. .................................................................................... 13 
Figura 2.2 – Uso da polarimetria para determinação de áreas florestais 
alagadas........................................................................................ 15 
Figura 2.3 – Comparação entre diagramas de irradiação em coordenadas 
retangulares e coordenadas polares. ........................................... 16 
Figura 2.4 – Largura de feixe de uma antena................................................... 17 
Figura 2.5 – Rede Linear de antenas. .............................................................. 18 
Figura 2.6 – Antena com 18 elementos irradiadores que operam na faixa de 
1,5 GHz. ........................................................................................ 18 
Figura 2.7 – Influência do número de elementos na rede de antenas. ............ 19 
Figura 3.1 – Representação esquemática de uma fração do espectro de 
microondas. .................................................................................. 20 
Figura 3.2 – Constante dielétrica como função do conteúdo gravimétrico de 
água em folha de milho para a banda C a 22ºC. ......................... 22 
Figura 3.3 – Efeito de nuvens na transmissão das microondas do espaço 
para a superfície. .......................................................................... 23 
Figura 3.4 – Efeito da chuva na transmissão das microondas do espaço 
para a superfície. .......................................................................... 24 
Figura 3.5 – Penetração dos sinais radar na vegetação, em função da 
umidade e do ângulo de incidência. ............................................. 25 
Figura 3.6 – Penetração dos sinais radar no solo, em função do conteúdo 
volumétrico de água, da freqüência e do tipo de solo.................. 26 
Figura 3.7 – Medida do coeficiente de retroespalhamento de uma cultura de 
milho como uma função da umidade do solo e do ângulo de 
incidência. ..................................................................................... 26 
Figura 3.8 – Efeito do ângulo de incidência e rugosidade superficial no 
padrão de retroespalhamento de um alvo: (a) superfície 
perfeitamente plana, toda energia incidente é especularmente 
refletida, (b) superfície intermediária (moderado 
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Divisão de Sensoriamento Remoto IV 
 
retroespalhamento), a energia incidente é refletida 
especularmente e difusamente, (c) superfície rugosa (forte 
retroespalhamento) a energia incidente é difusamente refletida 
em todas as direções possíveis.................................................... 28 
Figura 3.9 – Contribuições do retroespalhamento de um dossel: (1) direto 
do dossel, (2) direto dos troncos, (3) direto da superfície, (4a) 
interação tronco-solo, (4b) interação solo-tronco, (5a) interação 
dossel-solo, (5b) interação solo-dossel. ....................................... 29 
Figura 4.1 – Classificação dos sensores de microondas. ................................ 30 
Figura 4.2 – Elementos básicos de um sistema de radar................................. 31 
Figura 4.3 – Ambigüidade no imageamento por radar com visada vertical. .... 34 
Figura 4.4 – O imageamento com visada lateral e suas dimensões básicas. . 34 
Figura 4.5 – Parâmetros de resolução da imagem do radar. ........................... 35 
Figura 4.6 – Diagrama esquemático de um imageamento com radar. ............ 36 
Figura 4.7 – Exemplo de resolução RAR com os seguintes parâmetros: 
h = 7,5 km, τ= 100 ns e βh = 3 mrad (0,17º). ............................... 38 
Figura 4.8 – Imagem SAR do campo de provas da Ford, Detroit – MA. .......... 39 
Figura 4.9 – Síntese de uma rede de antenas através do deslocamento do 
radar.............................................................................................. 40 
Figura 4.10 – Sinal com modulação linear de freqüência................................. 42 
Figura 4.11 – Ilustração da relação entre o tamanho da área amostrada e a 
área efetiva-mente imageada ....................................................... 43 
Figura 4.12 – Vista superior da geometria de aquisição. ................................. 45 
Figura 4.13 – Variação da distância de diversos alvos pelo deslocamento 
do radar......................................................................................... 47 
Figura 4.14 – Distribuição das amostra de um alvo pontual no banco de 
dados. ........................................................................................... 47 
Figura 4.15 – Sinal com modulação linear de freqüência e o seu espectro..... 49 
Figura 4.16 – Representação gráfica da geometria de aquisição do modo 
“strip”. ............................................................................................ 50 
Figura 4.17 – Representação gráfica da geometria de aquisição do modo 
“spot”. ............................................................................................ 51 
Figura 4.18 – Geometria típica para interferometria SAR. ............................... 52 
Figura 5.1 – Valores de σº para várias classes de alvos a 9,375 GHz. ........... 58 
Figura 5.2 – Ilustração de superfícies lisa (a) e rugosa (b). ............................. 59 
Figura 6.1 – Geometria típica de um sistema SLAR. ....................................... 61 
Figura 6.2 – Distorções causadas pela transformação de coordenadas no 
solo para coordenadas de visada................................................. 62 
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Divisão de Sensoriamento Remoto V 
 
Figura 6.3 – Efeito da linha de visada no sombreamento do radar.................. 63 
Figura 6.4 – Sombreamento ("shadowing") ...................................................... 63 
Figura 6.5 – Encurtamento (“foreshortening”)................................................... 64 
Figura 6.6 – Inversão ("layover")....................................................................... 65 
Figura 6.7 – Imagem do RADARSAT afetada pelos efeitos de 
sombreamento, encurta-mento e inversão................................... 65 
Figura 6.8 – Exemplos de filtragem de uma área rural: (a) imagem original, 
(b) filtragem adaptativa, (c) filtro de Frost e (d) filtro de Frost 
modificado..................................................................................... 67 
Figura 6.9 – Detecção de veículos em movimento........................................... 68 
Figura 7.1 – Distorções causadas pelo movimento da plataforma................... 70 
Figura 7.2 – Exemplo de sinal eco radar e a sua escala dinâmica. ................. 71 
Figura 7.3 – Resposta impulsiva de um SAR. .................................................. 72 
Figura 7.4 – Imagem de Aparecida do Norte obtida na banda X com o SAR 
do SIVAM: (a) um "look" e (b) quatro "looks". .............................. 76 
Figura 7.5 – Histograma de freqüências (a) e histograma de probabilidades 
(b).................................................................................................. 77 
Figura 7.6 – Exemplo de uma imagem na banda X, do radar do SIVAM, de 
Aparecida do Norte (São Paulo), nos formatos, complexo, (a) 
parte real e (b) parte imaginária; e (c) amplitude. ........................ 79 
Figura 7.7 – Representação das distribuições gaussiana, Rayleigh e 
exponencial. ..................................................................................80 
Figura 7.8 – Imagem ESAR/DLR...................................................................... 81 
Figura 7.9 – Separação entre alvos construídos e não construídos. ............... 82 
Figura 7.10 – Discriminação da pista de pouso................................................ 82 
Figura 7.11 – Discriminação de áreas naturais. ............................................... 83 
Figura 8.1 – EMB 145 com o SAR instalado. ................................................... 84 
Figura 8.2 – Ilustração do RADARSAT............................................................. 88 
Figura 8.3 – Órbita do RADARSAT................................................................... 88 
Figura 8.4 – Modos de operação do SAR......................................................... 89 
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Divisão de Sensoriamento Remoto VI 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1.1 – Missões Orbitais SAR. ................................................................... 6 
Tabela 3.1 – Designação de Bandas e Freqüências........................................ 20 
Tabela 3.2 – Percentual de dados satisfatórios................................................ 24 
Tabela 7.1 – Escala dinâmica. .......................................................................... 71 
Tabela 7.2 – Parâmetros das diversas classes da imagem ............................. 81 
Tabela 8.1 – Modos de Operação do SAR ....................................................... 86 
Tabela 8.2 – Participação no RADARSAT........................................................ 87 
Tabela 8.3 – Características da Órbita do RADARSAT ................................... 88 
Tabela 8.4 – Características de desempenho dos sistemas de 
imageamento do RADARSAT ...................................................... 90 
Tabela 8.5 – Modos de operação do SAR........................................................ 91 
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Divisão de Sensoriamento Remoto 1 
 
1 Introdução 
O sensoriamento remoto é definido por Lillesand & Kiefer(1987) como “... a ciência e 
arte de obter informações sobre um objeto, uma área ou fenômeno pela análise de dados 
obtidos de uma maneira tal que não haja contato direto com este objeto, esta área ou este 
fenômeno”. Para se obter estas informações, usa-se um meio que, neste caso, é a 
radiação eletromagnética, supondo que esta possa chegar diretamente ao sensor. Isto, no 
entanto, não é possível em todas as partes do espectro eletromagnético porque a 
transmissividade atmosférica é variável para os diversos comprimentos de onda. 
O sensoriamento tem evoluído de uma maneira peculiar, como ferramenta a serviço 
da ciência, a cada vez que um novo sistema sensor ou uma nova técnica, ou ambos, são 
introduzidos na comunidade científica. Tal evolução tem ocorrido, com especial vigor, 
desde os primeiros sensores orbitais, começando pelo lançamento do primeiro “Earth 
Resource Technology Sensor (ERTS), em 1972, mais tarde rebatizado como o primeiro 
da série LANDSAT. Desde então, estudos envolvendo os recursos terrestres, renováveis 
ou não, experimentaram grandes avanços com o advento de sensores como: o “Thematic 
Mapper” (TM), dos satélites da série LANDSAT; “Haute Resolution Visible” (HRV), dos 
satélites da série SPOT (“Systéme Probatoire pour l’Observation de la Terre”); e 
“Synthetic Aperture Radar”(SAR), utilizado no satélite Seasat e nas missões SIR (“Shuttle 
Imaging Radar”) A e B do ônibus espacial americano. 
As missões envolvendo o emprego de radares imageadores tiveram curtíssima 
duração mas, não obstante a relativa escassez de dados obtidos comparativamente 
àqueles coletados por sensores ópticos, vêm provando a grande utilidade desse tipo de 
sensor para o sensoriamento remoto. O principal ganho foi, certamente, a eliminação de 
um fator altamente limitante no estudo de recursos renováveis e de áreas cultivadas. Este 
fator é a disponibilidade de dados apenas na ausência, total ou parcial, de cobertura de 
nuvens. Tal limitação foi em parte minimizada com o advento da visada "off-nadir" na 
série SPOT. No entanto, foram os sistemas imageadores por radar os responsáveis pela 
obtenção de dados de extensas regiões tropicais que apresentam uma pronunciada falta 
de informações. Nessas regiões, as imagens radar mostraram ser de grande valia, graças 
a algumas vantagens irrefutáveis em relação às imagens óticas. 
Devido ao comprimento de onda utilizado, de ordem centimétrica, a atmosfera 
terrestre torna-se transparente às microondas, não importando, desta maneira, as 
condições meteorológicas vigentes por ocasião do imageamento. 
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Divisão de Sensoriamento Remoto 2 
 
As imagens apresentadas na Figura 1.1 mostram a mesma região da Guiana 
Francesa. A radar, esquerda, não é afetada pela cobertura de nuvens que prejudica a 
imagem ótica, à direita. 
Por se tratar de um sistema ativo, a imagem radar independe da iluminação solar, 
podendo ser empregada indiscriminadamente tanto no período diurno quanto no noturno. 
As duas características mencionadas acima tornam os radares imageadores 
ferramentas atrativas, principalmente para o sensoriamento remoto de áreas onde a 
cobertura perene de nuvens é fator impeditivo à utilização de sistemas sensores ópticos. 
 
Figura 1.1 – Imagens da Guiana Francesa. À esquerda, uma imagem radar do 
RADARSAT de 19/06/1996. À direita, uma imagem TM-LANDSAT, de 
30/12/1986. 
As duas características mencionadas acima tornam os radares imageadores 
ferramentas atrativas, principalmente para o sensoriamento remoto de áreas onde a 
cobertura perene de nuvens é fator impeditivo à utilização de sistemas sensores ópticos. 
Atualmente, com o lançamento de satélites equipados com sensores de microondas 
de vida útil prevista para vários anos, há uma grande expectativa sobre o que pode ser 
feito e aperfeiçoado com técnicas de sensoriamento remoto, usando-se os dados obtidos 
por esses sistemas sensores. 
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Divisão de Sensoriamento Remoto 3 
 
1.1 Histórico 
Em 1886, o físico alemão Heinrich Hertz conduziu o primeiro experimento envolvendo 
freqüências de microondas, testando experimentalmente a teoria eletromagnética de 
Maxwell. Nesses testes, Hertz demonstrou que vários objetos, metálicos e não metálicos, 
podiam refletir radiação numa freqüência de aproximadamente 200 MHz. A primeira 
demonstração de um radar como um detector de navios, entretanto, foi feita por 
Hülsmeyer em 1903. Ainda que Hülsmeyer tivesse obtido, já em 1904, a patente por sua 
idéia, foi somente a partir de 1922 que ela veio a ser desenvolvida como uma ferramenta 
apropriada para a detecção de navios e aeronaves, por A. H. Taylor e outros 
pesquisadores no “Naval Reasearch Laboratory” (NRL), nos Estados Unidos da América. 
Com o início da 2ª Grande Guerra, os radares tiveram um impulso definitivo. Nesta 
época, radares aerotransportados já estavam sendo desenvolvidos com o principal 
objetivo de detecção de outras aeronaves e navios. Entretanto, após estudos realizados 
no Laboratório de Radiação do MIT (“Massachusetts Institute of Technology”), imagens do 
solo já podiam ser obtidas através deles. 
O acrônimo RADAR origina-se das palavras "RAdio Detection And Ranging". Este 
nome reflete a ênfase colocada nos primeiros experimentos realizados com um dispositivo 
que pudesse detectar a presença de um alvo e medir sua distância. Inicialmente, foi 
concebido para detectar incursões de aeronaves hostis e direcionar as defesas 
antiaéreas. Muito embora os radares modernos possam extrair mais informações do alvo, 
a medição de distância é, ainda, uma de suas funções mais importantes. 
Skolnik (1980) cita que o termo radar foi a palavra-código oficialmente adotada pela 
Marinha norte-americana em novembro de 1940, após designações do tipo 
´equipamento de eco rádio´ ("Radio Echo Equipment"). Porém, o Exército, que realizou 
trabalhos pioneiros no desenvolvimentodo radar, denominou-o ´procura de posição por 
rádio´ ("Radio Position Finding"), até adotar o termo radar em 1942. O mesmo ocorreu no 
ano seguinte com os ingleses que trocaram a sigla RDF (“Radio Detection Finding”) por 
radar. Na França e na Alemanha, o termo era anteriormente conhecido por DEM 
("détection életromagnétique") e "Funkmessgeraet", respectivamente. Hoje em dia, o 
termo radar é quase mundialmente aceito. 
As primeiras imagens radar foram apresentadas utilizando-se um mostrador do tipo 
"B-scan". Este sistema apresentava uma imagem em formato retangular com grandes 
distorções, devido às relações não lineares do sistema de coordenadas adotado: distância 
do alvo para a aeronave num eixo e ângulo entre o alvo e a direção de vôo da aeronave 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 4 
 
no outro. Essas distorções foram parcialmente corrigidas com o desenvolvimento do 
mostrador PPI ("Plan Position Indicator"), que consiste de um setor circular com varredura 
rotativa, que representa o movimento da antena. A expressão posição plana ou 
planificada significa que alvos separados verticalmente são apresentados em um mesmo 
plano horizontal, sem que a separação vertical seja representada. Na Figura 1.2 podemos 
perceber que a linha reta apresentada corretamente em um mostrador PPI aparece 
distorcida em um "B-Scan". 
Na década de 50, foi desenvolvido o radar aerotransportado de visada lateral (SLAR-
“Side Looking Airborne Radar”) para reconhecimento militar. A resolução espacial desse 
sistema era melhor porque as antenas utilizadas eram muito maiores que as tradicionais 
por serem fixas à lateral da aeronave. 
Para os radares convencionais, que varrem uma certa região do espaço, o tamanho 
da antena fica limitado pelo volume do radome e pela necessidade de rotação da mesma. 
A área de cobertura é determinada pelo setor angular de varredura da antena. Já para o 
SLAR, a área de cobertura é determinada pelo deslocamento da aeronave, dispensando a 
varredura angular. Isso possibilitou a utilização de antenas com dimensões muito maiores 
para reduzir a sua abertura angular e obter uma resolução espacial melhor que em 
sistemas que utilizam mostradores do tipo “B-scan” e PPI. 
 
Figura 1.2 – Linha reta visualizada em "B-Scan" e PPI, com o radar localizado na origem. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 5 
 
A imagem do SLAR era gravada em uma longa faixa de filme porque não havia, 
naquela época, outro meio físico capaz de armazenar a enorme quantidade de dados 
produzidos. Seu processamento era todo analógico e pouco flexível. 
Segundo Ulaby et al. (1981), o primeiro sistema, que hoje é conhecido como radar de 
abertura sintética (SAR – "Synthetic Aperture Radar"), foi desenvolvido por Wiley em 
1952. Era chamado de sistema "Doppler Beam Sharpening" (DBS). Ele buscava melhorar 
a resolução espacial das imagens combinando a rotação da antena com o deslocamento 
da aeronave. 
Durante o final da década de 50 e o início da década de 60, desenvolvimentos 
sigilosos, envolvendo sistemas de radar de abertura sintética, foram conduzidos na 
Universidade de Michigan e em várias companhias dos EUA. Somente em 1961 surgiram 
trabalhos ostensivos descrevendo esse novo tipo de radar, também utilizado como um 
radar de visada lateral. A capacidade de obter uma resolução em azimute independente 
da distância do radar e bem menor que aquela alcançável com um SLAR, com antena tão 
pequena quanto aquela utilizada pelo SAR, fez com que este último tornasse viável o 
conceito de radares imageadores orbitais com boa resolução espacial. 
De acordo com Leberl (1990), as imagens de radares orbitais proporcionaram uma 
motivação considerável para as pesquisas com imageamento ativo em microondas 
visando aplicações em Geociências, especialmente em função dos resultados obtidos 
pelas missões radar da NASA. Os primeiros dentre esses projetos foram o Experimento 
de Sondagem Lunar Apollo (ALSE) na missão Apollo-17, em 1972, e o satélite Seasat em 
1978. Outros projetos SAR incluíram os lançamentos de ônibus espaciais ("Shuttle") com 
cargas úteis de radar. Dentre eles o SIR-A, em 1981, o SIR-B em 1984, e o SIR-C, em 
1994. 
Atualmente, há vários sistemas SAR a bordo de satélites em missões consideradas 
de longa duração. Dentre eles, podem ser citados: o ERS-1 (Satélite Europeu de 
Sensoriamento Remoto), o JERS-1 (“Japanese Earth Resources Satellite”) e o 
RADARSAT, lançado no final de 1995, mostrado na Figura 1.3. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 6 
 
 
Figura 1.3 – RADARSAT. 
A Tabela 1.1 mostra algumas características de sensores SAR lançados em missões 
orbitais. A missão Seasat, realizada em 1978, teve a duração de apenas 100 dias, por ter 
apresentado, segundo a NASA, problemas de funcionamento que levaram à sua 
desativação. Apesar da vida útil limitada por projeto a apenas poucos anos, na prática, as 
plataformas orbitais costumam permanecer em operação por períodos bem maiores. 
Tabela 1.1 – Missões Orbitais SAR. 
SISTEMAS Seasat ALMAZ ERS-1 e 2 JERS-1 LACROSSE RADARSAT 
País EUA Rússia Europa Japão EUA Canadá 
Início 16/06/78 31/03/91 jul/91 e abr/95 11/02/92 13/12/88 1996 
Vida útil 3 meses 1,5 ano 2-3 anos 2 anos - 5 anos 
Freqüência L (1,2 GHz) S (3 GHz) C (5,3 GHz) L (1,2 GHz) X (9,5 GHz) C (5,3 GHz) 
Polarização HH HH VV HH HH HH 
Âng. Incid. 23° 30° – 60° 23° 39° Variável 10° – 60° 
Comp. Onda 23 cm 10 cm 5,6 cm 23 cm 3 cm 5,6 cm 
Resolução (y) 25 m 15 m 26 m 18 m > 1 m 9-100 m 
Resolução (x) 25 m 15 m 28 m 18 m > 1 m 10-100 m 
Altura de Vôo 800 km 300 km 785 km 568 km 275 km 800 km 
Larg. de Faixa 100 km 20-45 km 100 km 75 km Variável Variável 
Antena 10 m 15 m 10 m 12 m 8 x 2 m 15 m 
1.2 Aplicações 
O número de aplicações para as imagens SAR aumenta constantemente, à medida 
que novas tecnologias de processamento e análise são desenvolvidas. Nessa seção são 
apresentadas apenas algumas delas. 
Muitas vezes as imagens SAR são utilizadas para o reconhecimento, vigilância ou 
designação de alvos de interesse militar. A identificação de alvos baseia-se em atributos 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 7 
 
geométricos dos alvos e, para que ela seja possível, a resolução espacial deve ser 
suficientemente pequena para distingui-los. 
1.2.1 Verificação de Tratados Internacionais 
A capacidade de monitoramento, através de sensores orbitais, permite realizar 
inspeções no território de outras nações, sem a necessidade de autorização para 
sobrevôo. Sítios de lançamento de mísseis, plantas de produção de combustível nuclear e 
instalações militares são facilmente detectáveis por meio de imagens SAR de alta 
resolução. Assim, a utilização de satélites de imageamento para vigiar continuamente 
outras nações aumenta a segurança na manutenção de acordos de não proliferação, 
reduzindo o número de inspeções necessárias e cobrindo áreas de acesso difícil. 
Imagens SAR ampliam os meios de vigilância e não estão limitadas por cobertura de 
nuvens ou pela ausência de luz solar, dificultando a ocultação de atividades ilícitas. 
1.2.2 Interferometria (SAR 3-D) 
A interferometria SAR permite a determinação de Modelos Numéricos de Elevação do 
terreno a partir de dados orbitais ou aeroembarcados. Essa é uma área que ainda gera 
inúmeros trabalhos científicos, visando aprimorar a confiabilidade e precisão dos modelos. 
A informação de altimetria fornecida pela interferometria permite, dentre outras 
aplicações, correção radiométrica e orto-retificação de imagens e levantamento 
topográfico de áreas de difícil acesso. 
1.2.3 Penetração no Solo e Dossel 
A onda eletromagnética (EM) transmitida pelo radar pode penetrar materiais que são 
opacos aos sensores ópticos. Tal penetração depende do comprimento de onda e das 
condições dielétricas do meio. Penetrações maiores são obtidas para freqüências mais 
baixas, sendoque a umidade interfere nesse processo por aumentar a constante 
dielétrica do meio, tornando-o mais opaco à radiação EM. 
As bandas L e C são capazes de penetrar o dossel de uma floresta e serem refletidas 
pelos troncos e galhos das árvores. Essa propriedade de penetração é útil para a 
avaliação da biomassa de áreas muito extensas como a região amazônica. 
Como a umidade do alvo prejudica a penetração da radiação eletromagnética, a 
utilização do SAR para investigação de artefatos subterrâneos é mais comum em regiões 
áridas como os desertos. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 8 
 
Radares de baixa freqüência, operando na faixa de VHF ou UHF, são utilizados com 
maior eficiência para penetração do solo, mas apresentam diversas dificuldades 
tecnológicas para a geração de imagens de alta resolução. 
1.2.4 Indicação de Alvos Móveis (MTI) 
A característica de coerência do sinal recebido pelo SAR permite distinguir alvos 
móveis de estáticos. Essa capacidade facilita a identificação de veículos terrestres com 
pouco contraste em relação ao cenário. Ao contrário das imagens óticas, é possível 
identificar deslocamentos de poucos centímetros, mesmo que o alvo seja aparentemente 
invisível a olho nu. 
1.2.5 Vigilância Ambiental 
O radar de abertura sintética é usado para uma grande variedade de aplicações 
ambientais, tais como acompanhamento de plantações, desmatamentos e vazamentos de 
óleo. 
Vazamentos de óleo são detectados nas imagens SAR porque eles reduzem a 
rugosidade da superfície aquática, aparecendo como uma mancha mais escura na 
imagem. A Figura 1.4 ilustra a detecção de óleo por meio de imagens radar. 
 
Figura 1.4 – Derramamento de óleo na costa da Califórnia – EUA. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 9 
 
Áreas de desmatamento podem ser detectadas por mudança temporal. Duas ou mais 
imagens da mesma área e coletadas em datas diferentes são subtraídas umas das outras 
para evidenciar as mudanças. Vários modelos de classificação e segmentação foram 
desenvolvidos para automatizar esse processo com uma taxa de erro reduzida. 
1.2.6 Defesa Civil 
As imagens radar são muito úteis para a defesa civil na determinação das áreas 
alagadas durante enchentes. Devido à presença de chuvas e nuvens, comum nessa 
situação, não é possível utilizar qualquer sensor ótico. O radar, além de sofrer pouca 
influência das nuvens e chuvas, é capaz de penetrar na vegetação e delimitar a área 
efetivamente inundada. A combinação de imagens da banda X com imagens da banda L 
permite, inclusive, determinar as áreas de vegetação atingidas pela enchente. 
1.3 Considerações Finais 
O radar é basicamente um sistema eletrônico para a detecção e localização de alvos 
utilizando a faixa do espectro de radiofreqüências. Seu princípio de funcionamento 
baseia-se na medição do tempo de propagação que uma radiação eletromagnética1, 
emitida pelo próprio radar, leva para atingir um alvo e retornar. A posição do alvo é 
determinada convertendo-se o tempo de propagação em distância radial e assumindo sua 
direção como a de apontamento da antena. 
Enquanto os sistemas de imageamento civis concentram-se na precisão radiométrica 
e análise de alvos naturais, a prioridade para sistemas militares é a detecção e 
reconhecimento de alvos construídos pelo homem misturados a vários outros alvos 
(“clutter”). Requisitos de flexibilidade e disponibilidade para um reconhecimento rápido 
favorecem sistemas aeroembarcados, que possibilitam sua utilização sob demanda. Por 
sua natureza, a tarefa de reconhecimento militar geralmente requer, por razões de 
sobrevivência, resolução menor que 1 metro e visada de longo alcance. Esses dois 
requisitos exigem uma abertura sintética muito grande, o que forçou o desenvolvimento 
de um sofisticado processo de compensação de trajetória. 
Enquanto uma enorme quantidade de esforço foi gasto em sistemas SAR para 
aquisição de dados, comparativamente pouco foi gasto para se fazer o melhor uso deles. 
Duas abordagens são necessárias para isso. Uma é a pesquisa do conteúdo físico dos 
dados por meio de experiências, observação e modelagem. A outra é examinar as 
 
1 – Para observação terrestre, os comprimentos de onda (λ) utilizados situam-se entre 3 mm e 30 cm. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 10 
 
propriedades dos dados sob a luz da física e das aplicações de interesse, para identificar 
e extrair estimativas otimizadas dos componentes dos dados. 
Sistemas radar são capazes de produzir imagens de altíssima qualidade da Terra. 
Entretanto, o processo de extração de informação das mesmas é extremamente 
demorado, especialmente quando áreas muito grandes devem ser investigadas. Além 
disso, não há garantias de que os resultados obtidos por analistas de imagem sejam 
consistentes entre si. Essas limitações motivaram a busca de algoritmos automáticos para 
extração de informações relevantes com maior rapidez e repetibilidade, ou, em alguns 
casos, com maior sensibilidade. 
A necessidade de métodos automáticos ou semi-automáticos torna-se mais forte com 
a disponibilidade de imagens multitemporais, multipolarimétricas e multi-espectrais. Para 
tais imagens multidimensionais, o analista deve, inicialmente, definir quais parâmetros são 
significativos e contêm informação. Quando há mais informações independentes a cada 
pixel do que podem ser representadas, por exemplo, por superposição de cores, como os 
dados devem ser organizados e apresentados? A interpretação visual requer que todas 
as informações relevantes apareçam na mesma imagem. Quando isso não é possível, é 
melhor deixar que algumas decisões sejam tomadas automaticamente. Isso é 
particularmente importante quando há um volume de dados muito grande para ser 
processado e o tempo alocado para essa tarefa é curto. 
As imagens radar possuem propriedades distintas daquelas encontradas em 
fotografias. Todos aqueles que desejam utilizar eficientemente as imagens SAR devem 
compreender tais propriedades básicas: 
• função de espalhamento; 
• resolução espacial; e 
• resolução radiométrica. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 11 
 
2 CONCEITOS BÁSICOS DE RADAR 
2.1 Ondas Eletromagnéticas 
Uma onda eletromagnética (EM) é, por natureza, um vetor composto pelos campos 
elétrico E e magnético H, que são capazes de se propagar. Perceber-se-á mais adiante 
que, um campo E, variável no tempo, é a fonte para a indução de um campo H e vice-
versa. Portanto, uma onda EM é capaz de propagar-se por conta própria tanto no espaço 
livre, como no interior de um meio material. Todas as ondas EM decaem em magnitude 
quando se afastam da sua fonte emissora devido ao espalhamento esférico, a não ser 
que uma propagação anômala ocorra, como, por exemplo, a canalização da propagação. 
2.1.1 Equações de Maxwell 
As equações de Maxwell possibilitaram um grande avanço na compreensão dos 
fenômenos eletromagnéticos ao estabelecerem as relações entre o vetor campo elétrico 
er , o campo magnético b
r
, a densidade de carga elétrica ρ e a densidade de corrente j
r
. 
t
be
∂
∂
−=×∇
r
r
 
( 2.1 ) 
t
ejb
∂
∂
+=×∇
rrr
 
( 2.2 ) 
0b =⋅∇
r
 ( 2.3 ) 
ε
ρ
=⋅∇ er
 
( 2.4 ) 
Quando as correntes e cargas de uma fonte eletromagnética são osciladores 
harmônicos, as equações de Maxwell assumem a forma clássica de uma equação de 
onda, onde ω é a freqüência angular, µ, ε e σ são, respectivamente, a permeabilidade 
magnética, permissividade elétrica e a condutividade do meio em que a onda se propaga. 
O valor i é a raiz quadrada de –1. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 12 
 
0E
i
1E 22 =





ωε
σ
+µεω+∇
rr
 
( 2.5 ) 
0H
i
1H 22 =





ωε
σ
+µεω+∇
rr
 
( 2.6 ) 
Estas são equações diferenciais de segunda ordem, cuja solução para o espaço livre 
depende das condiçõesde contorno na fonte. Por exemplo, a distribuição de correntes na 
superfície de uma antena determina o seu diagrama de irradiação e a orientação dos 
campos. O mesmo se aplica para a reflexão em objetos, onde as correntes induzidas em 
suas superfícies são responsáveis pelo retroespalhamento da energia incidente. 
Ondas que se propagam no espaço livre apresentam as seguintes propriedades: 
• variações magnéticas devem ser acompanhadas de variações elétricas e vice-
versa; 
• os campos magnéticos e elétricos possuem a mesma fase; e 
• os vetores campo elétrico, campo magnético e deslocamento formam um 
sistema ortogonal. 
Os três parâmetros fundamentais de uma onda EM harmônica estão relacionados 
entre si conforme a Equação (2.7). Estes parâmetros são: o comprimento de onda λ 
(variação espacial), a freqüência f (variação temporal) e a velocidade de propagação v. 
vf =λ ( 2.7 ) 
O comprimento de onda λ representa a distância sobre a qual as quantidades dos 
campos realizam um ciclo completo. A direção de propagação de uma onda EM é definida 
pelo vetor k, cuja magnitude é inversamente proporcional ao comprimento de onda. 
λ
π
=
2k
r
 
( 2.8 ) 
A freqüência f representa o número de ciclos por segundo da oscilação dos campos, 
medidos em hertz. No entanto, como o equacionamento matemático envolve a variação 
angular da fase da onda, a grandeza velocidade angular ω é mais útil e costuma ser 
expressa em radianos por segundo e relaciona-se com a freqüência através da Equação 
(2.9). 
f.2 ⋅π=ω ( 2.9 ) 
Alternativamente, o inverso da freqüência representa o intervalo de tempo τ 
necessário para que uma onda realize um ciclo completo. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 13 
 
f
1
=τ
 
( 2.10 ) 
A velocidade máxima de uma onda EM ocorre no vácuo e é a velocidade da luz, com 
valor aproximado de 3 × 108 m/s. Comprimentos de onda podem ser muito grandes, como 
os 5.000 km para uma radiação de 60 Hz, ou muito pequenos, como 600 nm para a 
radiação no espectro visível (luz verde). 
2.2 Polarização 
A direção de propagação de uma onda eletromagnética, definida pelo vetor k, é 
sempre perpendicular ao plano definido pelos vetores campo elétrico e magnético que, 
por sua vez, também são sempre perpendiculares entre si. Assim, conhecer apenas a 
direção k de propagação não é suficiente para caracterizar uma onda EM, como mostra a 
Figura 2.1. Note que, para a mesma direção de propagação k, o campo elétrico E está 
paralelo ao plano horizontal, na figura superior e é paralelo ao plano vertical, na figura 
inferior. 
 
Figura 2.1 – Exemplos de polarizações de uma onda EM: (a) horizontal e (b) vertical. 
 
A direção do vetor campo elétrico define a polarização elétrica de
uma onda eletromagnética. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 14 
 
É possível decompor o vetor campo elétrico em componentes verticais e horizontais. 
Se a diferença de fase entre elas for nula, diz-se que a onda está linearmente polarizada. 
Diferenças de fase não nulas caracterizam ondas com polarização elíptica, cujo caso 
especial é a polarização circular, onde a diferença de fase é de 90o e as amplitudes são 
iguais. 
 
A polarização horizontal (Figura 2.1-a) ocorre quando o vetor campo elétrico é 
paralelo à superfície terrestre. A polarização vertical (Figura 2.1-b) ocorre quando ele está 
contido no plano definido pela vertical da superfície terrestre e o vetor k (direção de 
deslocamento) da onda. 
Geralmente, os radares são projetados para trabalhar apenas com uma polarização, 
cuja orientação depende da aplicação a que se destina. Em sensoriamento remoto, a 
tendência é o emprego de radares multipolarimétricos, capazes de coletar dados de 
qualquer uma das quatro combinações possíveis: HH, HV, VH e VV. A primeira letra 
indica a polarização de transmissão e a segunda indica a de recepção. Portanto, HV 
indica transmissão horizontal e recepção vertical. 
Características eletromagnéticas dos alvos e a sua geometria podem alterar o estado 
de polarização do campo elétrico de uma onda incidente. Esse fenômeno vem sendo 
utilizado para classificação de alvos através da assinatura polarimétrica. Um exemplo da 
importância da assinatura polarimétrica na classificação é apresentado na Figura 2.2. 
Nesta figura, um mapa, de áreas florestais alagadas próximas a Manaus, é obtido a partir 
das informações extraídas das imagens SIR-C nas polarizações HH, HV e VV. 
A polarização elétrica linear é caracterizada por uma diferença de fase nula 
entre as componentes horizontal e vertical do vetor campo elétrico. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 15 
 
 
Figura 2.2 – Uso da polarimetria para determinação de áreas florestais alagadas. 
2.3 Antena 
Uma antena pode ser definida como um dispositivo capaz de transmitir ou receber 
ondas de radiofreqüência. Existe uma ampla variedade de tipos de antenas, para os mais 
variados usos, tais como as filamentares, as de abertura, as refletoras e as de microfitas, 
dentre outras. Alguns parâmetros contidos neste conjunto são a impedância de entrada, a 
área de recepção, a diretividade e a eficiência. Tal conjunto é de interesse para os 
projetistas do radar, mas uma vez definidos, não são utilizados no processamento das 
imagens. A antena afeta uma imagem radar através de seu diagrama de radiação, de seu 
ganho de potência e da sua largura de feixe. 
2.3.1 Diagrama de Irradiação 
Para uma antena colocada na origem de um sistema de coordenadas esféricas, a 
função de irradiação U(Θ,Φ) define uma superfície tridimensional chamada diagrama de 
irradiação da antena. Este diagrama é determinado medindo-se a intensidade de 
irradiação sobre a superfície de uma esfera a uma distância fixa r. 
Na prática, são apresentadas as projeções horizontal e vertical destes diagramas em 
coordenadas polares ou retangulares. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 16 
 
Figura 2.3 – Comparação entre diagramas de irradiação em coordenadas retangulares e 
coordenadas polares. 
2.3.2 Ganho de Potência 
Um parâmetro de grande importância em antenas é o ganho de potência, que inclui 
as perdas na antena. Por definição, o ganho de potência G é a razão entre o valor 
máximo da intensidade de irradiação Imax da antena e o valor da intensidade de irradiação 
de uma antena omnidirecional I0. 
0
max
I
I
G =
 
( 2.11 ) 
2.3.3 Largura de Feixe 
Se a maior parte da potência irradiada por uma antena é concentrada em um lóbulo 
principal, a largura angular entre os pontos de meia potência é a largura do feixe 
(Figura 2.4). 
-100 0 100
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Diagrama Retangular
-1 -0,5
0
0,5 1
1
-0.5
0,5
1
Diagrama Polar
0-100 0 100
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Diagrama Retangular
-1 -0,5
0
0,5 1
1
-0.5
0,5
1
Diagrama Polar
0
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 17 
 
 
-3 dB
0 dB 
-3 dB
Largura 
do feixe 
θ-3dB 
 
Figura 2.4 – Largura de feixe de uma antena. 
Uma regra prática para a determinação da largura de feixe de uma antena relaciona o 
comprimento de onda médio, transmitido ou recebido, com a dimensão L da antena no 
plano de interesse. 
LdB3
λ
≈θ
 
( 2.12 ) 
Algumas antenas apresentam diagramas de irradiação consistindo de vários lóbulos, 
por exemplo, todos eles comparáveis em sua densidade máxima de potência, mas não 
necessariamente apresentando todos a mesma largura angular. Neste caso, não se pode 
falar em largura de feixe, sendo esse termo reservado apenas para antenas que 
apresentam lóbulo principal único. 
Esse é um parâmetro importante para o radar, pois ele, “grosso modo”, determina a 
área da superfície terrestre que pode ser imageada. Também é um fator relevante no 
processamento SAR ao limitar a resolução espacial, conforme será visto na seção 4. 
2.3.4 Redes Lineares Uniformes 
Uma rede linear uniforme é composta por um número finito deantenas idênticas, 
dispostas como mostra a Figura 2.5, e excitadas de tal modo que a forma da distribuição 
de corrente é a mesma em cada antena, podendo diferir, no entanto, em amplitude e fase 
de um elemento para o outro. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 18 
 
 
Figura 2.5 – Rede Linear de antenas. 
A importância fundamental de uma rede de antenas reside na possibilidade de 
obtenção de determinados diagramas de irradiação pelo ajuste das amplitudes, fases e 
espaçamento das antenas individuais que constituem a rede. Os radares modernos fazem 
uso de antenas que, na verdade, são uma coleção de pequenos irradiadores que seguem 
esses princípios para controlar o diagrama de irradiação e recepção. A Figura 2.6 ilustra 
uma antena de 18 elementos utilizada no radar SAR aeroembarcado do SIVAM. 
 
Figura 2.6 – Antena com 18 elementos irradiadores que operam na faixa de 1,5 GHz. 
Uma rede linear é caracterizada pelo espaçamento constante entre os elementos 
adjacentes e dispostos em uma linha reta. Para ser uniforme, a rede deve ser alimentada 
por correntes de mesma amplitude, mas com fase variando progressivamente ao longo da 
rede. 
De particular interesse é a rede linear uniforme coerente, onde a fase de todos os 
elementos é a mesma. Esse tipo de rede com m elementos, possui um diagrama bem 
definido pela equação: 
( ) ( )( )2senm
2msenA
θ⋅
θ
=θ
 
( 2.13 ) 
onde A é o ganho da rede de antenas com m elementos na direção θ. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 19 
 
Essa é uma propriedade muito importante e será vista mais adiante, na seção 4, 
quando será abordado o radar de abertura sintética. Conforme pode ser visto na 
Figura 2.7, quanto maior o número de elementos, menor será a largura do lóbulo principal 
da antena. 
 
Figura 2.7 – Influência do número de elementos na rede de antenas. 
 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 20 
 
3 Características da Radiação Eletromagnética na Faixa das 
Microondas 
Não existe uma definição precisa para o espectro de microondas, mas há uma 
razoável concordância de que ele cubra aproximadamente o intervalo que vai de 0,3 até 
300 GHz, definindo, assim, comprimentos de onda que vão de 1 mm até 1 m. Esse 
intervalo engloba as bandas conhecidas internacionalmente como “Ultra High Frequency” 
(UHF – 300 a 3000 MHz) e “Extremely High Frequency” (EHF – 30 a 300 GHz). A 
Figura 3.1 apresenta uma fração desse intervalo. 
BANDA 
FREQ. (GHz) 
0,3 1 
3,0 
10 
30 
100 
0,3 1,0 10,0 
30,0 
100,0 
3 λ (cm) 
P 
2 
L 
4 
S 
8 
C X 
12,5 
Ku Ka K 
18 26 40 
 
Figura 3.1 – Representação esquemática de uma fração do espectro de microondas. 
Fonte: Adaptada de Dallemand et al. (1993), p. 4. 
Como pode ser notado na Figura 3.1, é comum a designação de faixas do espectro 
de microondas através de letras. Esta designação teve sua origem no meio militar e, 
quando o uso da tecnologia de radar tornou-se disponível ao público civil, ela se manteve, 
provavelmente por hábito e pela necessidade de uma nomenclatura mais curta e 
descomplicada (Skolnik, 1980). Uma revisão das letras mais freqüentemente adotadas 
hoje em dia para a designação das diversas bandas de microondas é apresentada na 
Tabela 3.1. 
Tabela 3.1 – Designação de Bandas e Freqüências 
BANDA FREQ. (GHz) COMP. DE 
ONDA (cm) 
BANDA FREQ. 
(GHz) 
COMP. DE 
ONDA (cm) 
BANDA FREQ. (GHz) COMP. DE 
ONDA (cm) 
P 0,3 a 1,0 100 a 30 C 4,0 a 8,0 7,5 a 3,75 K 18,0 a 26,5 1,67 a 1,1 
L 1,0 a 2,0 30 a 15 X 8,0 a 12,5 3,75 a 2,4 Ka 26,5 a 40,0 1,1 a 0,75 
S 2,0 a 4,0 15 a 7,5 Ku 12,5 a 18,0 2,4 a 1,67 mm 40,0 a 100,0 0,75 a 0,3 
3.1 Interação com o Meio 
3.1.1 Constante Dielétrica 
Os processos que regem a interação das microondas com alvos são: transmissão, 
reflexão e absorção. A transmissão e a reflexão podem ocorrer na superfície de 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 21 
 
separação (interface) de dois meios adjacentes, enquanto a absorção ocorre em um meio 
específico. A perfeita transmissão só ocorre entre meios de idênticas propriedades 
elétricas. A perfeita reflexão ocorre somente se as propriedades elétricas do meio são 
iguais a de um condutor perfeito. Nas interfaces entre floresta e solo, ou entre diferentes 
tipos de vegetação, por exemplo, transmissão ou reflexão perfeita não ocorrem. 
Normalmente, a onda incidente é parcialmente transmitida e refletida. A onda transmitida 
em um ponto pode ser refletida quando encontrar outra borda. Este processo é repetitivo, 
mas é finito, pois há uma perda de potência devido ao espalhamento e à absorção. Esta 
perda de potência é conhecida como atenuação da microonda. 
A quantidade de energia que é transmitida, refletida ou absorvida é fortemente 
influenciada pelas propriedades elétricas do meio. O parâmetro que quantifica essa 
propriedade é a constante dielétrica relativa εr. A constante dielétrica relativa é complexa 
e pode ser escrita como: 
''' rr
o
c
r jεε
ε
ε
ε −==
 
( 3.1 ) 
onde εc é a constante dielétrica do material e εo é a constante dielétrica do vácuo. A 
constante dielétrica relativa é a constante dielétrica do meio, normalizada pela constante 
dielétrica do vácuo. O vácuo é um meio onde ocorre apenas transmissão, sem reflexão 
nem absorção. Na prática, a parte real ε’r rege a energia transmitida e refletida. A parte 
imaginária, ε”r, determina a quantidade de energia absorvida. O valor para εr’ e εr” 
depende das características intrínsecas do meio, isto é, tipo e proporção dos seus 
componentes e dos fatores externos, tais como, a freqüência e a temperatura. 
Os meios como solo e vegetação têm a constante dielétrica fortemente influenciada 
pelo seu conteúdo de água. A constante dielétrica está relacionada à capacidade de um 
material absorver menor ou maior quantidade de energia eletromagnética, atuando assim 
nos valores de σ°, uma vez que muita energia absorvida significa pouca energia refletida 
e vice-versa. Na Figura 3.2 é mostrada a relação do conteúdo de água e a constante 
dielétrica para folhas de milho na banda C a 22ºC. Para a vegetação com o peso seco por 
volume diferente da folha de milho (0,33 g cm-3), o resultado será diferente. Entretanto, a 
tendência deverá ser a mesma, isto é, um aumento em εr’ e εr” com o aumento do 
conteúdo de água. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 22 
 
 
Figura 3.2 – Constante dielétrica como função do conteúdo gravimétrico de água em folha 
de milho para a banda C a 22ºC. 
3.1.2 Penetração 
A capacidade de penetração de uma onda EM depende de diversos fatores, tais 
como: comprimento de onda da radiação, rugosidade do alvo, umidade do alvo, 
densidade do alvo, ângulo de incidência, etc. Na faixa das microondas, essa 
característica, entre outras, tornou o uso do radar muito atraente, especialmente pela 
penetração de nuvens ou até mesmo de chuva. 
A transparência atmosférica é certamente o maior atributo da radiação EM na faixa 
das microondas. A Figura 3.3 ilustra bem esta propriedade, ao mostrar o efeito de nuvens 
na transmissão da radiação EM entre o espaço e o solo. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 23 
 
r
a
n
s
m
i
s
s
i
v
i
d
d
a
e
(%)
1
100
10
10
90
80
70
60
50
40
30
30
20
T
0 2 3 4
5
5 6 7 8 9
Comprimento de onda (cm)
Freqüência (GHz)
3
Nuvens de água
Nuvens de gelo
 
Figura 3.3 – Efeito de nuvens na transmissão das microondas do espaço para a 
superfície. 
Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1981), p. 2. 
Nuvens de gelo, suficientemente densas para obscurecer o solo, impossibilitando o 
uso de fotografias aéreas, quase não afetam as microondas. As nuvens de chuva, por sua 
vez, têm um efeito significativo somente a partir de λ inferiores a 2 cm, sendo esse efeito 
realmente forte com λ inferior a 1 cm. 
A chuva possui um efeito maior que aquele provocado pelasnuvens mas, como 
mostra a Figura 3.4, esse efeito é desprezível para λ superiores a 4 cm, tornando-se 
considerável apenas para λ menores que 2 cm. 
A Tabela 3.2 fornece subsídios para avaliação da importância da utilização de 
sensores que operam na faixa das microondas para regiões tropicais. Esta tabela traz as 
percentagens de imagens consideradas satisfatórias para fins de sensoriamento remoto 
(aquelas que possuem um máximo de 30% da área coberta por nuvens) para o Brasil, no 
período de 1973 a 1985. Os dados são relativos a imagens do satélite LANDSAT. 
Os valores esperados são o resultado de uma simulação do efeito da cobertura de 
nuvens em missões de sensoriamento remoto feitas pela NASA. 
Pode-se perceber, principalmente durante os meses que correspondem à estação 
chuvosa no Brasil (novembro a março), os baixos percentuais de imagens consideradas 
satisfatórias, ficando bem aquém dos valores esperados. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 24 
 
r
a
n
s
m
i
s
s
i
v
i
d
d
a
e
(%)
1
100
10
10
90
80
70
60
50
40
30
30
20
T
0 2 3 4
5
5 6 7 8 9
Comprimento de onda (cm)
Freqüência (GHz)
3
 
Figura 3.4 – Efeito da chuva na transmissão das microondas do espaço para a superfície. 
Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1981), p. 3. 
Tabela 3.2 – Percentual de dados satisfatórios 
MÊS VALOR OBSERVADO (%) 
VALOR ESPERADO 
(%) 
JAN 0,23 12,5 
FEV 0,94 13,1 
MAR 0,70 11,5 
ABR 1,40 13,8 
MAI 7,89 12,1 
JUN 17,37 17,1 
JUL 25,82 31,3 
AGO 30,51 23,7 
SET 5,63 16,9 
OUT 1,87 15,0 
NOV 0,00 14,5 
DEZ 0,00 11,7 
MÉDIA 7,70 16,1 
 
Além da transparência atmosférica, há outros motivos que tornam o sensoriamento 
remoto na faixa das microondas interessante. Um deles é que, também na vegetação, a 
penetração das microondas é mais profunda que a da radiação ótica. Como se pode 
observar na Figura 3.5, os λ maiores penetram bem mais que os λ menores. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 25 
 
Sinais de retorno das folhas Sinais de retorno
das folhas,
troncos e solo
Sinais de retorno das
folhas e troncos
ALVOS ÚMIDOS ALVOS SECOS
Sinais de retorno
do trigo e do solo
Sinais de retorno
do trigo
Sinais de retorno Sinais de retorno
do solo e do subsolo do trigo e do solo
= 1 cm
= 1 cm
= 1 m
= 1 mλλ
λ λ
 
Figura 3.5 – Penetração dos sinais radar na vegetação, em função da umidade e do 
ângulo de incidência. 
Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1981), p. 4. 
Desta forma, os λ menores propiciam informações acerca das camadas superiores da 
vegetação, enquanto os λ maiores nos dão informações das camadas inferiores e do solo. 
Neste caso porém, não é somente o λ que influencia, mas também o grau de umidade 
existente, a densidade da vegetação e o ângulo de incidência da radiação EM. Estas 
relações também são mantidas quando se trata de solo, sendo o grau de umidade, neste 
caso, de extrema importância, como mostra o gráfico da Figura 3.6. Desta figura pode-se 
observar que a profundidade de penetração diminui com o aumento da umidade, 
independentemente do tipo de solo e da freqüência. 
A penetração da onda incidente num dossel pode ser constatada pela mudança 
relativa na magnitude do σdos
o em resposta a uma mudança no conteúdo de umidade do 
solo. A Figura 3.7 mostra como o σdos
o varia com a umidade do solo para diferentes 
ângulos de incidência. Para cada ângulo, desenhou-se uma linha de regressão. A 
inclinação de cada reta, denominada sensibilidade (S), indica a variação do σdos
o relativa a 
1% de umidade. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 26 
 
100.0
50.0
10.0
5.0
1.0
0.5
0.1
0.05
0.01
0.005
0.001
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
P
r
o
f
u
n
d
d
d
i
a
e
(m)
Umidade (g/cm )3
areia
calcário
argila
10.0 GHz
4.0 GHz
1.3 GHz
 
Figura 3.6 – Penetração dos sinais radar no solo, em função do conteúdo volumétrico de 
água, da freqüência e do tipo de solo. 
Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1981), p. 4. 
Umidade Gravimétrica do Solo (%)
0 10 20 30 40 50
-12
-8
-4
0
4
8
Cultura: Milho
Freqüência: 9,0 GHz
Polarização: HH
S = Sensitividade
dB/1% mg
S=0,001
S=0,050
S=0,075
S=0,210
S=0,240
0°
10°
30°
20°
50°
C
oe
fic
ie
nt
e 
de
 R
et
ro
es
pa
lh
am
en
to
 σ
° 
(d
B
) 
 
Figura 3.7 – Medida do coeficiente de retroespalhamento de uma cultura de milho como 
uma função da umidade do solo e do ângulo de incidência. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 27 
 
Como pôde ser visto nas figuras anteriores, o ângulo de incidência modifica a 
interação entre a onda EM e a floresta, devido à sua influência no poder de penetração da 
onda no dossel. O ângulo de incidência determina a extensão, no interior do alvo, com a 
qual a energia EM irá interagir. 
A profundidade vertical de penetração da microonda em um alvo diminui com o 
aumento do ângulo de incidência. Um aumento no ângulo de incidência causa uma 
redução na capacidade de comprimentos de onda longos interagirem com sua principal 
fonte de retroespalhamento. O sistema de radar que opera com comprimento de onda 
longo apresentará alto nível de retorno para pequenos ângulos de incidência. 
Outro fator a ser considerado é a rugosidade relativa do alvo. Neste caso, para a 
definição da rugosidade relativa de um alvo, deve-se levar em consideração o 
comprimento da onda incidente e o ângulo de incidência. 
Uma superfície pode ser considerada lisa, pelo critério de Rayleigh, se 
θ
λ
<
8cos
h
 ou f
ch 1
8cosθ
<
 
( 3.2 ) 
onde h é a altura média das variações da superfície, λ é o comprimento de onda, c é a 
velocidade da luz, ƒ é a freqüência, e θ é o ângulo de incidência. 
Como pode ser notado nesta fórmula, um dos efeitos do ângulo de incidência é o 
poder de modificar a característica de rugosidade da superfície do alvo. Um aumento do 
ângulo de incidência resulta em uma grande alteração na rugosidade. Na Figura 3.8, o 
retroespalhamento pode ser visto em função do ângulo de incidência. Pode-se também 
ver o retroespalhamento em função da rugosidade da superfície e como isto afeta o 
padrão do retroespalhamento do alvo observado. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 28 
 
 
Figura 3.8 – Efeito do ângulo de incidência e rugosidade superficial no padrão de 
retroespalhamento de um alvo: (a) superfície perfeitamente plana, toda 
energia incidente é especularmente refletida, (b) superfície intermediária 
(moderado retroespalhamento), a energia incidente é refletida 
especularmente e difusamente, (c) superfície rugosa (forte 
retroespalhamento) a energia incidente é difusamente refletida em todas as 
direções possíveis. 
A penetração da onda num alvo também é influenciada por sua polarização. Numa 
vegetação com estrutura predominantemente vertical, como as gramíneas, a atenuação e 
a reflexão podem ser mais significativas para a polarização VV do que para a polarização 
HH. Entretanto, um estudo realizado com uma cultura de milho, encontrou maiores 
valores de retorno para a polarização HH. Isto pode ser explicado pela diferença entre a 
estrutura desta cultura e a de outras gramíneas, porque talvez, a porção foliar do dossel 
de milho, que é mais horizontal que vertical, afete o sinal de retorno mais que a porção de 
hastes que é verticalmente orientada. Esta resposta também é influenciada pelo ângulo 
de incidência. 
3.1.3 Tipos de Reflexão 
Vamos utilizar como exemplo de alvo um dossel vegetal para identificar os diversos 
tipos de reflexão que podem ocorrer. 
Na região de microondas, um dossel, representado por uma cultura, pode ser 
caracterizado por um conjunto de elementos difusores, ocupando um certo volume no 
espaço, colocados sobre uma superfície difusora constituída pelo solo. O coeficiente de 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 29 
 
retroespalhamento deste dossel, odosσ , é representado pela soma das contribuiçõesdo 
próprio dossel, do retroespalhamento direto do solo e de múltiplos espalhamentos entre 
os elementos difusores do dossel e os da superfície do solo. A Figura 3.9 mostra 
esquematicamente as contribuições do retroespalhamento de um dossel. 
 
Figura 3.9 – Contribuições do retroespalhamento de um dossel: (1) direto do dossel, (2) 
direto dos troncos, (3) direto da superfície, (4a) interação tronco-solo, (4b) 
interação solo-tronco, (5a) interação dossel-solo, (5b) interação solo-dossel. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 30 
 
4 RADAR IMAGEADOR 
Os sensores de microondas aerotransportados são classificados em dois grandes 
grupos: os sensores ativos (conhecidos como radares) e os passivos (conhecidos como 
radiômetros de microondas) – Figura 4.1. Embora a maioria das aplicações em 
sensoriamento remoto esteja voltada aos radares imageadores, há três categorias 
distintas de sistemas ativos: imageadores, escaterômetros e altímetros (os dois últimos, 
não imageadores). 
Ao contrário de radares de vigilância ou diretores de tiro, para o radar imageador a 
energia retroespalhada pelo solo não é descartada e consiste no alvo de interesse do 
sistema. 
Sensores de
Microondas
Aerotransportados
Ativos
(radares)
Passivos
Imageadores
(SLAR)
Não-
Imageadores
Imageadores
Imageadores
Não-
SAR
RAR
Escaterômetros
Altímetros
(radiômetros)
 
Figura 4.1 – Classificação dos sensores de microondas. 
Como dito anteriormente, o radar é basicamente um sistema eletrônico para a 
detecção e localização de alvos. Seu princípio de funcionamento baseia-se na 
comparação entre um sinal conhecido, que é por ele enviado, e o eco dele decorrente. 
Assim sendo, o radar é utilizado como uma forma de se estender os sentidos 
humanos, em especial a visão. Entretanto, o valor dele não reside na substituição dos 
nossos olhos, mas em sua complementação, executando tarefas que estes não podem 
cumprir. Se os olhos podem detalhar melhor os objetos, inclusive reconhecendo-lhes 
cores de maneira sofisticada, o radar pode vê-los sob determinadas condições que seriam 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 31 
 
impraticáveis para a visão humana. Contudo, seu maior atributo é a capacidade de 
medição precisa da distância do objeto. 
Sendo um sistema de sensoriamento remoto ativo, o radar possui sua própria fonte de 
energia para obter uma imagem. De acordo com Ulaby et al. (1981), o termo radar é 
aplicável a qualquer sistema ativo de rádio com um transmissor capaz de iluminar uma 
superfície ou objeto que, ao refletir ou espalhar o sinal de volta ao sistema, terá algumas 
de suas propriedades medidas por um receptor. 
Um radar clássico se baseia na transmissão e recepção de pulsos situados na faixa 
centimétrica do espectro eletromagnético, sendo os sinais de retorno analisados a fim de 
se medir sua intensidade, intervalo de tempo e fase. O princípio básico é simples: 
emissão, recepção e correlação entre os sinais transmitido e recebido (normalmente 
utiliza-se uma mesma antena para transmissão e recepção). A Figura 4.2 apresenta os 
elementos essenciais de um sistema de radar. 
 
T
R
Chave
T-R
Antena
Antena
Antena
de
de
de
transmissão
transmissão
e recepção
recepção
Indicador/processador
 
Figura 4.2 – Elementos básicos de um sistema de radar. 
 Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1981), p. 34. 
4.1 Equação Radar 
A equação radar fornece uma relação matemática muito importante para o processo 
de geração de imagens de radar. Ela permite inferir a seção reta radar de cada um dos 
pixels da imagem através de: 
• parâmetros do sistema radar; 
• parâmetros do alvo; 
• ruído; 
• efeitos de propagação e 
• meio de propagação. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 32 
 
Considerando-se a potência média transmitida pelo radar como sendo Pt e utilizando-
se uma antena omnidirecional (isotrópica), a potência média por unidade de área a uma 
distância R do radar é igual à potência transmitida dividida pela área da superfície de uma 
esfera imaginária de raio R. Assim sendo, tem-se: 
D P
Ri
t=
4 2π
,
 
( 4.1 ) 
onde Di é a densidade de potência para uma antena isotrópica. 
Radares, porém, usualmente se utilizam de antenas anisotrópicas (diretivas) para 
canalizar o máximo da potência transmitida Pt em alguma direção particular. Neste caso, 
ganho de transmissão Gt de uma antena é uma medida da potência que é aumentada na 
direção do alvo, se comparada com a potência que seria irradiada por uma antena 
isotrópica. 
O ganho pode ser definido como a razão da máxima intensidade irradiada da antena 
em questão, pela intensidade irradiada por uma antena isotrópica, sem perda, com a 
mesma potência de entrada. Desta forma, a densidade de potência no alvo a partir de 
uma antena direcional com ganho de transmissão Gt é: 
D PG
Rni
t t=
4 2π
,
 
( 4.2 ) 
onde Dni é a densidade de potência para uma antena diretiva. 
Quando um alvo é iluminado pelo radar, parte da potência incidente retorna na 
direção do radar. Tal fenômeno é definido como retroespalhamento e é uma função 
complexa de parâmetros físicos do alvo. A forma, o tamanho e o material do alvo são 
fatores determinantes para o retroespalhamento da onda EM. Para simplificar o 
equacionamento, todos esses fatores são aglutinados em um único parâmetro σ, 
denominado “Seção Transversal Radar” do alvo. Tal parâmetro é uma característica 
intrínseca ao alvo e representa o tamanho como ele é visto pelo radar. Assim sendo, para 
uma dada área, tem-se, agora, a potência P irradiada na direção do radar, a qual pode ser 
definida da seguinte forma: 
2
tt
R4
GP
P
π
σ
=
 
( 4.3 ) 
Como o sinal retorna ao radar, a densidade de potência do eco no radar fica sendo: 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 33 
 
( )224 R
GP
D tte
π
σ
=
 
( 4.4 ) 
onde De é a densidade de potência do eco no radar. 
A antena do radar, porém, detecta apenas parte da potência deste eco. Se a área 
efetiva de coleta da antena de recepção é A, a potência Pr do eco que chega ao radar é: 
( )22
tt
r
R..4
.A.G.PP
π
σ
=
 
( 4.5 ) 
Esta é a forma fundamental da equação do radar. Note-se que, dois parâmetros 
importantes da antena são o ganho de transmissão e a área de recepção. A teoria das 
antenas fornece a seguinte relação entre o ganho da antena e a área efetiva: 
2
A..4G
λ
π
=
 
( 4.6 ) 
Ora, admitindo-se que a antena de transmissão é a mesma que a de recepção 
(normalmente é o caso), temos Gt = Gr = G e At = Ar = Ae. Substituindo estas relações na 
equação ( 4.5 ), obtém-se: 
P P A
Rr
t e=
2
2 44
σ
πλ ou 
P PG
Rr
t=
2 2
3 44
σλ
π( )
,
 
( 4.7 ) 
onde duas formas são apresentadas, uma em termos de ganho da antena e outra em 
termos de área da antena. 
Neste caso, o radar é dito monostático, pois a antena de transmissão é a mesma de 
recepção. Caso o radar fosse bistático (antenas distintas para transmissão e recepção), a 
equação seria: 
P PG A
R Rr
t t r
t r
=
σ
π( )
.
4 2 2 2 
( 4.8 ) 
4.2 Resolução Espacial do Radar 
A geometria de aquisição utilizada constitui um fator preponderante no cálculo das 
resoluções dos sistemas de radar. Enquanto sensores ópticos gravam uma faixa de 
terreno fotograficamente – seja quadro a quadro, seja linha a linha – os radares 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 34 
 
imageadores processam seus dados em função do tempo decorrido entre o sinal de ida e 
o eco dele decorrente. 
Esta condição, como ilustra a Figura 4.3, gera, para os radares imageadores, um 
problema insolúvel de ambigüidade de distâncias e intervalos de tempo. Os pares de 
alvos A1/A5 e A2/A4 aparecem agrupados por estarem à mesma distância do sensor. O 
efeito seria semelhante ao de se projetar uma imagem ótica superposta a uma outra. 
 
 
Figura 4.3 – Ambigüidade no imageamento por radar com visada vertical. 
Destaforma, a visada lateral – utilizada por alguns sistemas sensores ópticos, mas 
por outros motivos que não ambigüidade – é empregada por radares imageadores para a 
solução de tal problema (Figura 4.4). Assim, ecos provenientes de diferentes alvos na 
superfície não têm suas posições confundidas em função da recepção simultânea dos 
mesmos pelo sistema sensor. 
Neste tipo de geometria são definidas duas dimensões básicas e dois ângulos: linha 
de visada ("slant range"), distância no solo ("ground range"), ângulo de depressão (ϕ) e 
ângulo de incidência (θ). 
t tt
0 1 2
nadir
linha de
visada
distância no solo
θ
ϕ
.
 
Figura 4.4 – O imageamento com visada lateral e suas dimensões básicas. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 35 
 
A determinação da distância no solo depende apenas do conhecimento prévio da 
geometria do sistema, como se pode notar na Figura 4.4. A determinação da linha de 
visada (LV), entretanto, é feita a partir da diferença de tempo entre a emissão e a 
recepção do pulso radar (∆t), considerada a velocidade da luz (c), como se segue: 
LV t= c∆
2
.
 
( 4.9 ) 
Um radar de visada lateral proporciona três tipos distintos de resolução: resolução na 
linha de visada rLV ("slant range resolution"), resolução transversal rt ("cross-track" ou 
"ground range resolution") e resolução em azimute ra ("along-track" ou "azimuth 
resolution"). A Figura 4.5 mostra a geometria detalhada para a determinação dessas 
resoluções para o radar de abertura real, que será estudado a seguir. 
l
R
r =
c
2
τ
β θ
τ
β
β
θ
sen
faixa de varredura
r
r
c
2
h
h
ha
LV
t
=
=
R
v
 
Figura 4.5 – Parâmetros de resolução da imagem do radar. 
Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1981), p. 46. 
4.3 Radar de abertura real (RAR) 
Este sistema é o mais simples e sua resolução em azimute é uma função da distância 
entre o radar e o alvo (linha de visada) e do diagrama de irradiação horizontal da antena. 
O termo abertura real deve-se, justamente, a essa dependência da antena. 
Nos radares aerotransportados de visada lateral, a antena é disposta de forma a 
direcionar seus pulsos perpendicularmente à linha de vôo, sendo possível produzir um 
feixe largo verticalmente e estreito horizontalmente. Geralmente, são utilizadas grandes 
antenas fixadas à lateral da aeronave. 
A imagem é produzida com o movimento da aeronave em relação à área a ser 
imageada. Um pulso curto é transmitido do radar e, quando incide sobre um alvo, uma 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 36 
 
parte do sinal retorna para o radar. O eco recebido a cada pulso é amostrado e 
corresponde a uma linha da imagem radar. A seqüência de pulsos é ajustada para estar 
em sincronismo com o movimento da aeronave. Assim, quando a aeronave se deslocar o 
equivalente a uma largura de feixe, o sinal de retorno será proveniente de uma faixa de 
solo diferente e adjacente. A seqüência de sinais, que é formada com o deslocamento da 
aeronave, forma a imagem de radar. A Figura 4.6 ilustra o diagrama esquemático de 
como é feita uma coleta de imageamento por radar. 
Vegetação rasteira, solo exposto, etc.
início da
varredura caminhão
árvores sombra
água
barranco fim da
varredura
feixe de varredura
antena
árvores
caminhão
barranco
sombra
água
transmissor/receptor
gravador
monitor
tempo
(distância)
amplitude
de vídeo
 
Figura 4.6 – Diagrama esquemático de um imageamento com radar. 
Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1981), p. 43. 
A resolução desse tipo de sistema é limitada pela dependência entre a distância do 
alvo e a abertura da antena e está vinculada a dois parâmetros principais: largura 
horizontal do feixe βh e duração do pulso τ (veja a Figura 4.5). 
A largura horizontal do feixe é dada em radianos e é aproximadamente o valor da 
razão entre o comprimento de onda λ e o comprimento da antena l utilizados, como se 
segue: 
l
λ
≅βh
 (rad) ( 4.10 ) 
A resolução em azimute ar é igual ao arco correspondente a βh, em função da 
distância da linha de visada R, dada por: 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 37 
 
ha Rr β=
 
( 4.11 ) 
Como R = h/cos(θ ) (onde h é a altura de vôo), tem-se: 
( )θ
β
cos
hr ha =
 
( 4.12 ) 
Observa-se que, quanto mais distante o sensor, maior será o arco correspondente e, 
conseqüentemente, pior a resolução em azimute. 
Para um pulso de duração τ, a resolução na linha de visada é dada por: 
2
τcrLV =
 
( 4.13 ) 
A resolução transversal tr nada mais é que a projeção da resolução na linha de 
visada LVr no solo, dada por: 
( )θ
τ
sen2
crt =
 
( 4.14 ) 
Assim sendo, quanto mais curta for a duração do pulso, melhor será a resolução 
transversal. A restrição na obtenção deste pulso, porém, está no fato de que, quanto mais 
curto ele for, maior será a potência de pico exigida do sistema, para manter-se a mesma 
potência média. 
Por causa dos parâmetros sen(θ ) e cos(θ), as resoluções de um RAR em azimute e 
transversal são função do ângulo de incidência θ e, conseqüentemente, da linha de 
visada. Desta forma, tr é degradada nas distâncias menores, enquanto ar é degradada 
nas distâncias maiores. Isto faz com que a forma do pixel seja alongada na direção 
transversal ("cross-track") para pequenas distâncias e na direção longitudinal ("along-
track") para longas distâncias. Portanto, ao se especificar a resolução de um radar, pode-
se utilizar a largura de feixe e a resolução na linha de visada para descrever o 
desempenho do sistema, ao invés de determiná-la como sendo de alguns metros. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 38 
 
ângulo de incidência ( )
Distância no solo (Km)
80
70
60
50
40
30
25
20
2015
10
105
0
0
R
e
s
o
o
l
u
ç
ã
ou
(m)
(graus)
θ
θ
a
t
r
r
resolução em azimute ( )
resolução transversal ( )
 
Figura 4.7 – Exemplo de resolução RAR com os seguintes parâmetros: h = 7,5 km, τ
= 100 ns e βh = 3 mrad (0,17º). 
Fonte: Adaptada de Ulaby et al. (1982), p. 572. 
4.4 Radar de Abertura Sintética (SAR) 
O Radar de Abertura Sintética é um sistema que, através do processamento dos 
sinais recebidos pelo radar e armazenados na memória, cria uma antena virtual centenas 
de vezes maior que seu tamanho físico, permitindo obter resoluções em azimute muito 
melhores e independentes da distância do alvo. 
O conceito de abertura sintética foi desenvolvido para solucionar o problema de 
resolução espacial apenas na direção paralela à trajetória do sensor radar, denominada 
de “azimute”. Entretanto, os sistemas SAR são concebidos para fornecer resoluções 
equivalentes, tanto em azimute, como em alcance. O refinamento da resolução em 
alcance é possibilitado pelo alargamento da largura de banda do pulso transmitido pelo 
radar. 
Uma imagem SAR é um mapeamento bidimensional do sinal recebido pelo radar. A 
intensidade de cada pixel deriva da energia do sinal recebido da área correspondente a 
ele na imagem. A Figura 4.8 apresenta um exemplo de uma imagem SAR. A imagem 
original possui 1000x1000 pixels, com distância entre pixels de 5m, correspondendo a 
uma área de 5x5 km, com resolução de 6 m nos dois eixos. A plataforma estava do lado 
esquerdo, deslocando-se de cima para baixo. O ponto mais brilhante próximo ao centro 
da imagem corresponde a um alvo com refletividade muito elevada, causando saturação 
ao seu redor. 
Sensoriamento Remoto por Microondas 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 39 
 
 
Figura 4.8 – Imagem SAR do campo de provas da Ford, Detroit – MA. 
A seguir são apresentados os principais parâmetros que definem a geometria de 
aquisição e a abertura sintética. 
4.4.1 Abertura Sintética 
A abertura sintética é a essência do processamento SAR. Assim como no radar de 
abertura real, vários pulsos são transmitidos para gerar uma imagem. A diferença ocorre 
na forma como o sinal eco é processado. 
Para criar uma rede de antenas virtual, o radar deve emitir