Giới thiệu về vệ tinh Sentinel-1

Tác giả: Tô Nguyễn Nhật Khôi
John D. Nguyễn

Sứ mệnh của Sentinel-1

Sentinel-1 là sứ mệnh chụp ảnh radar khẩu độ tổng hợp bao gồm hai vệ tinh quay quanh cực cả ngày lẫn đêm cho phép chúng thu thập hình ảnh có độ phân giải cao liên tục trong mọi thời tiết, phục vụ các hoạt động nghiên cứu trên đất liền và trên biển.

Sứ mệnh của Sentinel-1 tiếp tục thu thập dữ liệu và kế thừa nhiệm vụ trước đó của sứ mệnh Envisat. Sentinel-1 sẽ hoạt động ở chế độ hoạt động được lập trình sẵn để tránh xung đột và tạo ra kho lưu trữ dữ liệu dài hạn nhất quán được xây dựng cho các ứng dụng dựa trên chuỗi thời gian dài. Sentinel-1 là sứ mệnh đầu tiên trong số năm sứ mệnh mà ESA đang phát triển cho sáng kiến Copernicus.

Vệ tinh Sentinel-1A được phóng vào ngày 3 tháng 4 năm 2014 và Sentinel-1B vào ngày 25 tháng 4 năm 2016. Cả hai đều được đưa vào quỹ đạo trên tên lửa Soyuz từ Sân bay vũ trụ của Châu Âu ở Guiana, Pháp. Nhiệm vụ của Sentinel-1B đã ngừng hoạt động sau sự cố nguồn điện vào ngày 23 tháng 12 năm 2021. Sentinel-1C hiện đang được lên kế hoạch phóng vào cuối năm 2024. 

Hình 1. Vệ tinh Sentinel-1.
(Nguồn: ESA)
Hình 2. Giới thiệu về Sentinel-1.
(Nguồn: ESA)

Thiết bị cảm biến

Sứ mệnh Sentinel-1 mang một thiết bị radar khẩu độ tổng hợp băng tần C (C-band synthetic aperture radar: C-SAR) hoạt động ở tần số trung tâm 5.405 GHz. Thiết bị C-SAR hỗ trợ hoạt động ở chế độ phân cực kép (VV+VH hoặc HH+HV) được thực hiện thông qua một chuỗi truyền và hai chuỗi thu song song cho phân cực H và V. Dữ liệu phân cực kép rất hữu ích cho việc phân loại lớp phủ mặt đất và các ứng dụng băng biển.

Các chế độ hoạt động của vệ tinh Sentinel (Operational modes)

Bốn chế độ hoạt động được Sentinel-1 cung cấp là:

STT Chế độ (Mode) Độ phân giảiPhạm vi (Swath) Mục đích 
Strip Map (SM) Mode 
Chế độ Bản đồ dải
5m x 5m80kmGiám sát các hòn đảo nhỏ cũng như quản lý tình trạng khẩn cấp đối với các sự kiện đặc biệt theo yêu cầu. Các sản phẩm dữ liệu được cung cấp ở dạng phân cực đơn (HH hoặc VV) hoặc phân cực kép (HH + HV hoặc VV + VH) 
Interferometric Wide Swath (IW) Mode 
Chế độ Dải rộng Giao thoa kế
5m x 20m250kmIW là chế độ hoạt động chính trên đất liền và thực hiện phép đo giao thoa thông qua đồng bộ hóa cụm.
Chế độ IW chụp ảnh 03 dải bằng cách sử dụng Quan sát địa hình với SAR quét lũy tiến (TOPSAR). Với kỹ thuật TOPSAR, ngoài việc điều khiển chùm tia trong phạm vi như trong SCANSAR, chùm tia còn được điều khiển điện tử từ lùi về phía trước theo hướng góc phương vị cho mỗi chùm tia, tránh bị lệch và mang lại hình ảnh chất lượng cao hơn.
Giao thoa kế được đảm bảo bằng sự chồng chéo vừa đủ của phổ Doppler (trong miền phương vị) và phổ số sóng (trong miền độ cao). Kỹ thuật TOPSAR đảm bảo chất lượng hình ảnh đồng nhất trên toàn bộ đường quét.
Extra Wide Swath (EW) Mode 
Chế độ Dải rộng cực rộng
20m x 40m400kmEW được sử dụng chủ yếu để giám sát các khu vực băng và vùng cực, ven biển rộng lớn về các hiện tượng như giao thông vận tải biển và các nguy cơ tiềm ẩn về môi trường như tràn dầu hoặc thay đổi băng biển.
Chế độ EW hoạt động tương tự như chế độ IW sử dụng kỹ thuật TOPSAR sử dụng 05 dải phụ thay vì 03, dẫn đến độ phân giải thấp hơn (20 m x 40 m). Chế độ EW cũng có thể được sử dụng cho phép đo giao thoa như với chế độ IW.
Wave (WV) Mode 
Chế độ Sóng
5m x 5m20km x 20kmĐây là chế độ hoạt động kết hợp với các mô hình sóng đại dương toàn cầu, có thể giúp xác định hướng, bước sóng và độ cao của sóng trên các đại dương mở.
Việc thu nhận chế độ sóng bao gồm các hình ảnh bản đồ dải có kích thước 20 km x 20 km, thu được luân phiên trên hai góc tới khác nhau. Các hình ảnh sóng được thu thập cứ sau 100 km, với các hình ảnh trên cùng một góc tới cách nhau 200 km.

Các sản phẩm dữ liệu được cung cấp ở dạng phân cực đơn (HH hoặc VV) hoặc phân cực kép (HH + HV hoặc VV + VH) .

Hình 3. Các chế độ (mode) hoạt động của vệ tinh Sentinel-1.
(Nguồn: ESA)

Các sản phẩm dữ liệu (Data Products)

Các sản phẩm dữ liệu Sentinel được cung cấp một cách có hệ thống và miễn phí cho tất cả người dùng dữ liệu bao gồm cả người dùng công cộng, khoa học và thương mại. Dữ liệu sẽ được gửi trong vòng một giờ kể từ khi tiếp nhận đối với ứng phó khẩn cấp Gần thời gian thực (NRT), trong vòng ba giờ đối với các khu vực ưu tiên NRT và trong vòng 24 giờ đối với dữ liệu được lưu trữ có hệ thống.

Tất cả các sản phẩm dữ liệu được phân phối ở định dạng Định dạng lưu trữ tiêu chuẩn Sentinel cho Châu Âu (SAFE).

Mỗi chế độ có khả năng tạo ra các sản phẩm ở SAR: Cấp 0, SLC Cấp 1, GRD Cấp 1 và OCN Cấp 2.

Các sản phẩm dữ liệu có sẵn ở dạng phân cực đơn (VV hoặc HH) cho chế độ Wave và phân cực kép (VV+VH hoặc HH+HV) hoặc phân cực đơn (HH hoặc VV) cho chế độ SM, IW và EW.

Hình 4. Các sản phẩm dữ liệu (Level)
(Nguồn: ESA)

Level-0

Các sản phẩm SAR Level-0 bao gồm chuỗi Dữ liệu thô SAR (Raw Data) thích ứng khối động linh hoạt (FDBAQ) được nén không tập trung. Để có thể sử dụng được dữ liệu, dữ liệu đó cần được giải nén và xử lý bằng bộ xử lý SAR.

Level-1

Dữ liệu Level-1 là các sản phẩm thường có sẵn dành cho hầu hết người dùng dữ liệu. Các sản phẩm Level-1 được sản xuất dưới dạng Single Look Complex (SLC)Ground Range Detected (GRD).

Các sản phẩm Tổ hợp nhìn đơn cấp 1 (Single Look Complex – SLC) bao gồm dữ liệu SAR tập trung được tham chiếu địa lý bằng cách sử dụng dữ liệu quỹ đạo và attitude  từ vệ tinh và được cung cấp ở dạng hình học có phạm vi nghiêng bằng zero-Doppler. Các sản phẩm bao gồm một giao diện duy nhất trong mỗi chiều sử dụng toàn bộ băng thông tín hiệu truyền và bao gồm các mẫu phức tạp bảo toàn thông tin pha.

Các sản phẩm được phát hiện trên phạm vi mặt đất (Ground Range Detected – GRD) cấp 1 bao gồm dữ liệu SAR tập trung đã được phát hiện, được hiển thị đa dạng và chiếu xuống phạm vi mặt đất bằng mô hình ellipsoid của Trái đất. Thông tin pha bị mất. Sản phẩm thu được có các pixel có độ phân giải không gian xấp xỉ vuông và khoảng cách pixel vuông với vết đốm giảm với cái giá phải trả là độ phân giải không gian kém hơn.

Các sản phẩm GRD có thể có một trong ba độ phân giải:

  • Độ phân giải đầy đủ (FR)
  • Độ phân giải cao (HR)
  • Độ phân giải trung bình (MR).

Độ phân giải phụ thuộc vào số lượng đa giao diện được thực hiện. Các sản phẩm GRD cấp 1 có sẵn ở chế độ MR và HR cho chế độ IW và EW, MR cho chế độ WV và MR, HR và FR cho chế độ SM.

Level-2

Các sản phẩm OCN Level-2 bao gồm các thành phần dành cho quang phổ Ocean Swell (OSW) cung cấp tính liên tục với ERS và ASAR WV và hai thành phần mới: Trường Gió Đại dương (Ocean Wind Fields – OWI) và Vận tốc xuyên tâm bề mặt (Surface Radial Velocities – RVL).

OSW là phổ sóng biển hai chiều trên bề mặt đại dương và bao gồm ước tính tốc độ và hướng gió trên phổ sóng biển. OSW chỉ được tạo từ chế độ Stripmap và Wave. Đối với chế độ Stripmap, có nhiều quang phổ thu được từ hình ảnh SLC Level-1 được tạo nội bộ. Đối với chế độ Sóng, có một phổ cho mỗi họa tiết.

OWI là ước tính theo lưới trên mặt đất về tốc độ và hướng gió bề mặt ở độ cao 10 m so với bề mặt được lấy từ các hình ảnh GRD cấp 1 được tạo nội bộ của các chế độ SM, IW hoặc EW.

RVL là sự chênh lệch theo lưới phạm vi mặt đất giữa lưới Doppler Cấp 2 được đo và Doppler hình học được tính toán Cấp 1.

Ảnh vệ tinh Sentinel-1 của chế độ IW

Ảnh vệ tinh Sentinel-1 dạng SLC Level-1:

Hình 5. IW SLC Bursts andSub-Swaths.
(Nguồn: sentinels.copernicus.eu)

Ảnh vệ tinh Sentinel-1 dạng GRD Level-1:

Hình 6.  IW GRDH Product.
(Nguồn: sentinels.copernicus.eu)

Ứng dụng của Sentinel-1

Các ứng dụng chính bao gồm:

  • Giám sát băng biển và tảng băng trôi – (monitoring sea ice and icebergs)
  • Giám sát đất băng (sông băng, dải băng, chỏm băng) – (monitoring of land ice (glaciers, ice sheets, ice caps)
  • Giám sát sông và hồ băng (river and lake ice monitoring)
  • Giám sát sự cố tràn dầu và tàu – (oil spills and ships)
  • Giám sát gió biển & sóng (marine winds & waves)
  • Giám sát thay đổi sử dụng đất, nông nghiệp, phá rừng – (land-use change, agriculture, deforestation)
  • Giám sát biến dạng đất và hỗ trợ khẩn cấp như lũ lụt và động đất – (land deformation and support to emergency management such as floods and earthquakes)

Nguồn tham khảo:

  1. ESA, The Sentinel-1 Overview từ https://sentinels.copernicus.eu/web/sentinel/missions/sentinel-1
  2. Sentinel-1 Wiki.

Related Posts

Sứ mệnh Sentinel của Copernicus

Tác giả: Tô Nguyễn Nhật Khôi Giới thiệu Sentinel là một nhiệm vụ gồm các vệ tinh quan sát Trái Đất nằm trong chương trình Copernicus được…

Ảnh viễn thám ASTER và hướng dẫn tải ảnh ASTER GDEM

Giới thiệu về ảnh viễn thám ASTER ASTER – Máy đo bức xạ phản xạ và phát xạ nhiệt tiên tiến trong không gian (The Advanced Spaceborne…

MODIS – Hướng dẫn tải ảnh MODIS

Giới thiệu về các trình duyệt tải Ảnh MODIS MODIS là nguồn ảnh được cung cấp miễn phí và là tài liệu quan trọng giúp cho các…

MODIS – Giới thiệu ảnh MODIS và các ứng dụng

Giới thiệu về Ảnh MODIS MODIS – Máy đo quang phổ hình ảnh có độ phân giải vừa phải (The MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer) là cảm biến…

Hướng dẫn tải ảnh viễn thám miễn phí – Phần 2: Copernicus Open Access Hub

Hệ sinh thái không gian dữ liệu Copernicus – Copernicus Data Space Ecosystem hiện nay được thiết kế bởi Sentinel Hub và gồm 3 trình duyệt tải ảnh chính: Trong phần 2 của Chuyên…

Hướng dẫn tải ảnh viễn thám miễn phí – Phần 1: EO Browser của Sentinel Hub

Hệ sinh thái không gian dữ liệu Copernicus – Copernicus Data Space Ecosystem hiện nay được thiết kế bởi Sentinel Hub và gồm 3 trình duyệt tải…

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *