SAR合成孔径雷达卫星数据
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图: 条带模式
3.2 扫描模式-ScanSAR
扫描模式是共享多个独立 sub-swaths 的操作时间,最后获取一个完整的图像覆盖区域。它 能解决 Stripmap 模式较小的刈幅。
图: 距离向和方位向示意图 距离向分辨率(Range Resolution) 垂直飞行方向上的分辨率,也就是侧视方向上的分辨率。距离向分辨率与雷达系统发射的脉 冲信号相关,与脉冲持续时间成正比:
Res( r) = c*τ/2 其中 c 为光速,τ为脉冲持续时间。
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图: SAR 成像原理示意图
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2.SAR 几个重要的参数
为了更好的理解 SAR 和 SAR 图像,需要知道几个重要的参数。
2.1 分辨率
SAR 图像分辨率包括距离向分辨率(Range Resolution)和方位向分辨率(Azimuth Resolution)。
欧空 局
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图:聚束模式
4.当前主流星载 SAR 系统
系统
发射 时间
波极 段化
图幅宽度 (KM)
ENVISAT-ASAR
2002 C VV 100-400
分辨率 (米)
重复 周期
国家 /机 构
欧空
20
35
局
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3、4
1-3-15
意大 1-16
利
RADASAT-2
2007 C Full 10-500
3-100
加拿 1-24
大
ALOS-PALSAR2
2014 L Full 25/35/60/70/350
1/3/6/10 14
/100
日本
"哨兵"-1A Sentinel-1A
2014 C Full 20/80/100/250/400 5/20/40 12
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图:SAR 入射角示意图
3.星载 SAR 拍摄模式
星载 SAR 主要有三种拍摄模式:Stripmap,ScanSAR 和 Spotlight。 当然最新的 SAR 系统拥有更多的拍摄模式,比如 RADARSAT-2 还用于超精细、高入射角等 拍摄模式
图: HV 极化示意图
图:VV 和 HH 极化示意图
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极化是微波的一个突出特点,极化方式不同返回的图像信息也不同。返回同极化(HH 或者 VV)信号的基本物理过程类似准镜面反射,比如,平静的水面显示黑色。交叉极化(HV 或 者 VH)一般返回的信号较弱,常受不同反射源影响,如粗糙表面等。
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(2012 失去联系)
ALOS-PALSAR (2011 停止运行)
2006 L Full 40-350
7-14-100 46
日本
TerraSAR-X Tandem-X
2007 X Full 5-10-30-100
2010
1-3-16
11
德国
Cosmo-skymed-1、2、 2007 X Full 10-30-200
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SAR 合成孔径雷达卫星数据
SAR 基本原理
雷达发展初期,出现的是真实孔径雷达(Real Aperture Radar:RAR),由于成像分辨率 与雷达天线的长度成正比,与波长和观测距离成反比,要想得到较高分辨率的 SAR 图像, 需要增加天线的物理尺寸,限制其发展和应用,后来逐渐被合成孔径雷达 SAR 取代。 SAR 用一个小天线作为单个辐射单元,将此单元沿一直线不断移动,在不同位置上接收同 一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理。一个小天线通过"运动"方式就合成一个等效" 大天线",这样可以得到较高的方位向分辨率,同时方位向分辨率与距离无关,这样 SAR 就 可以安装在卫星平台上而可以获取较高分辨率的 SAR 图像。
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方位向分辨率(Azimuth Resolution) 沿飞行方向上的分辨率,也称沿迹分辨率。如下为推算过程:
• 真实波束宽度: β= λ/ D • 真实分辨率:ΔL = β*R = Ls (合成孔径长度) • 合成波束宽度βs = λ /(2* Ls) = D / (2* R) • 合成分辨率ΔLs = βs* R = D / 2 其中λ为波长,D 为雷达孔径,R 为天线与物体的距离。 从这个公式中可以看到,SAR 系统使用小尺寸的天线也能得到高方位向分辨率,而且与斜 距离无关(就是与遥感平台高度无关)。
图: 扫描模式
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3.3 聚束模式-Spotlight
当执行聚束模式采集数据时,传感器控制天线不停向成像区域发射微波束。 它与条带模式主要区别为: 在使用相同物理天线时,聚束模式提供更好的方位分辨率; 在可能成像的以一个区域内,聚束模式在单通道上的提供更多的视角; 聚束模式可以更有效的获取多个小区域。
2.2 极化方式
图: 方位向分辨率示意图
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雷达发射的能量脉冲的电场矢量,可以在垂直或水平面内被偏振。无论哪个波长,雷达信号 可以传送水平(H)或者垂直(V)电场矢量,接收水平(H)或者垂直(V)或者两者的返 回信号。雷达遥感系统常用四种极化方式——HH、VV、HV、VH。前两者为同向极化,后 两者为异向(交叉)极化。
图:同一地区不同波长和极化方式得到的 SAR 图像
2.3 入射角(Incidence Angle)
入射角也叫视角,是雷达波束与垂直表面直线之间的夹角(如下图中的θ)。微波与表面的 相互作用是非常复杂的,不同的角度区域会产生不同的反射。低入射角通常返回较强的信号, 随着入射角增加,返回信号逐渐减弱。
根据雷达距离地表高度的情况,入射角会随着近距离到远距离的改变而改变,依次影响成像 几何。
3.1 条带模式-Stripmap
当运行 Stripmap 模式时,雷达天线可以灵活的调整,改变入射角以获取不同的成像宽幅。 最新的 SAR 系统都具有这种成像模式,包括 RADARSAT-1/2, ENVISAT ASAR, ALOS PALSAR,TerraSAR-X-1, COSMOSkyMed 和 RISAT-1。