SAR polarizācijaapraksta sintētiskās apertūras radara sistēmas pārraidītā un uztvertā elektromagnētiskā lauka orientāciju. Tā kā dažādas virsmas un struktūras izkliedē horizontālos un vertikālos laukus atšķirīgi, polarizācija ir viens no visnoderīgākajiem mainīgajiem lielumiem SAR attēlu interpretācijā.
Šajā rokasgrāmatā ir paskaidroti četri lineārās polarizācijas kanāli — HH, HV, VH un VV — un trīs visbiežāk izmantotie iegūšanas režīmi: vienkārša polarizācija, dubultā polarizācija un pilna (kvadrātveida) polarizācija. Tajā ir arī aprakstīts, kā inženieri izvēlas režīmu tālizpētei, radaru testēšanai un antenu sistēmu novērtēšanai.
Kas ir SAR polarizācija?
Lielākā daļa kosmosā izvietoto SAR sistēmu izmanto horizontālo (H) un vertikālo (V) lineāro polarizāciju. Divu burtu kanāla kods vispirms identificē pārraidīto polarizāciju un pēc tam uztverto polarizāciju. Piemēram, HH nozīmē horizontālu pārraidi un horizontālu uztveršanu, savukārt HV nozīmē horizontālu pārraidi un vertikālu uztveršanu.
Polarizācija ir svarīga, jo mērķis var saglabāt krītošo polarizāciju, to pagriezt vai depolarizēt daļu no atstarotās gaismas. Virsmas raupjums, ģeometrija, dielektriskās īpašības, viļņa garums, krišanas leņķis un iekšējā struktūra ietekmē izmērīto atstaroto starojumu. Tāpēc polarizācija jāinterpretē kopā ar frekvenču joslu, skata ģeometriju un kalibrētiem attēla datiem.
Ko nozīmē HH, HV, VH un VV?
| Kanāls | Pārraidīt | Saņemt | Klasifikācija |
|---|---|---|---|
| HH | Horizontāli | Horizontāli | Koppolarizēts |
| HV | Horizontāli | Vertikāli | Šķērspolarizēts |
| VH | Vertikāli | Horizontāli | Šķērspolarizēts |
| VV | Vertikāli | Vertikāli | Koppolarizēts |
HH un VV ir kopolarizēti kanāli, jo raidīšanas un uztveršanas polarizācijas ir vienādas. HV un VH ir šķērspolarizēti kanāli, jo uztveršanas polarizācija ir ortogonāla raidītajai polarizācijai. Kalibrētā reciprokajā monostatiskā sistēmā HV un VH atbildes reakcijas bieži vien ir līdzīgas, taču abi kanāli tiek saglabāti pilnos polarimetriskos mērījumos.
Trīs galvenie SAR polarizācijas režīmi
1. Viena polarizācija
Vienas polarizācijas iegūšana ieraksta vienu kanālu, visbiežāk HH vai VV. Tā piedāvā mazāku datu apjomu un vienkāršāku apstrādi, ja pietiek ar vienu validētu kanālu. Ierobežojums ir tāds, ka viens kanāls sniedz mazāk informācijas par izkliedes mehānismiem un mērķa struktūru.
2. Divkārša polarizācija
Divkāršās polarizācijas iegūšana ieraksta divus kanālus. Izplatītākās kombinācijas ir HH+HV un VV+VH, kur radars pārraida vienu polarizāciju un saņem gan koppolarizācijas, gan šķērspolarizācijas atgrieztos signālus. Dažas sistēmas atbalsta arī koppolarizācijas pāri, piemēram, HH+VV. Divpolarizācijas dati nodrošina noderīgu diskrimināciju, vienlaikus saglabājot datu pārraides ātruma un apstrādes prasības vieglāk pārvaldāmas nekā pilna polarimetrija. ESA norāda, ka Sentinel-1 savās divkāršās polarizācijas shēmās atbalsta VV+VH vai HH+HV.
3. Pilna vai četrkārša polarizācija
Pilnībā polarimetrisks SAR ieraksta HH, HV, VH un VV kā kompleksus kanālus. Klasisks kvadropolārais radars pārraida H un V secīgi un saņem gan H, gan V atgrieztos signālus, saglabājot amplitūdas un relatīvās fāzes informāciju. Tas atbalsta izkliedes matricas analīzi un detalizētu mērķa sadalīšanu, klasifikāciju un raksturošanu.
Kompromiss ir lielāka sistēmas sarežģītība, kalibrēšanas prasības, datu apjoms un apstrādes piepūle. Atkarībā no sensora pilna polarizācijas darbība var ietvert arī šaurāku joslu vai atšķirīgus iegūšanas ierobežojumus. Kompaktā polarizācija ir vēl viena derīga SAR arhitektūra, taču tā atšķiras no šeit aplūkotajiem tradicionālajiem viena, divu un četru polu lineārajiem režīmiem.
Kopolarizācija pret šķērspolarizāciju
Koppolarizēti kanāli bieži saglabā spēcīgu atstarojumu no virsmām un struktūrām, kas uztur pārraidīto polarizāciju. Šķērspolarizēta atstarojuma vērtība norāda, ka izkliedes process ir mainījis daļu no polarizācijas stāvokļa, izmantojot tilpuma izkliedi, vairākus atstarojumus, sarežģītu ģeometriju vai anizotropisku struktūru.
- Mierīgs ūdens un gludas virsmas:bieži izskatās tumši, ja lielākā daļa enerģijas tiek atstarota prom no radara; nelīdzenumi, vējš un krišanas leņķis var palielināt atstaroto izkliedi.
- Veģetācija:Zari, stumbri un lapas rada tilpuma izkliedi, tāpēc šķērspolācijas kanāli var pievienot vērtīgu strukturālu informāciju.
- Pilsētu teritorijas:Ēkas un zemes virsmas var radīt spēcīgu kopolācijas atstarojumu un dubulto atstarošanos atkarībā no orientācijas un attēlveidošanas ģeometrijas.
- Augsne, sniegs un ledus:Mitrums, raupjums, dziļums, viļņa garums un iekšējā struktūra ietekmē polarizācijas reakciju.
Tie ir interpretācijas principi, nevis universāli noteikumi. Kanālu nevajadzētu izvēlēties neatkarīgi no radara joslas, krišanas leņķa, izšķirtspējas, gadalaika un kalibrēšanas kvalitātes.
Kā izvēlēties SAR polarizācijas režīmu
| Prasība | Praktisks sākumpunkts |
|---|---|
| Plaša mēroga uzraudzība vai ierobežots datu apjoms | Vienpola, ja validēts kanāls atbilst noteikšanas mērķim |
| Veģetācijas, lauksaimniecības vai zemes seguma diskriminācija | Divpolu koppolarizēti un šķērspolarizēti dati papildu izkliedes informācijai |
| Jūras ledus, okeāna vai plūdu kartēšana | Izvēlieties uz HH vai VV balstītus režīmus atbilstoši joslai, krišanas leņķim un validētajai metodei |
| Paplašināta klasifikācija vai izkliedes sadalīšana | Pilns četru polu savienojums, ja nepieciešama fāzes kalibrēta četru kanālu informācija |
Vislabākais režīms ir atkarīgs no lietojumprogrammas. Inženieriem ir jāsalīdzina informācijas saturs ar pārklājumu, izšķirtspēju, signāla un trokšņa attiecību, joslu, atkārtotas apmeklēšanas laiku, apstrādes resursiem un kalibrēšanas iespējām.
Antenas un radiofrekvenču apsvērumi polarimetriskajam radaram
Uzticami polarimetriski mērījumi ir atkarīgi ne tikai no apstrādes algoritma. Antenai un RF ķēdei ir jāuztur stabila veiktspēja abos polarizācijas kanālos. Svarīgi parametri ir šādi:
- darba frekvence un momentānā joslas platums;
- pastiprinājuma un starojuma diagrammas balanss starp H un V portiem;
- izolācija no ostas uz ostu un starppolu diskriminācija;
- amplitūdas un fāzes stabilitāte;
- VSWR, savienotāja saskarnes un kabeļa kalibrēšana;
- antenas izlīdzināšana, montāžas ģeometrija un kalibrēšanas atskaites plakne.
RF MISO piederumidivējādi polarizētas ragu antenas, platjoslas divpolarizētas ragu antenasun citi RF antenu risinājumi radaru, mērījumu un sistēmu integrācijas darbiem. Modeļa izvēlei vienmēr jābalstās uz pašreizējo datu lapu un pilnīgām testēšanas prasībām.
Bieži uzdotie jautājumi
Kurš burts SAR polarizācijas kodā ir pirmais?
Pirmais burts apzīmē pārraidīto polarizāciju, bet otrais — uztverto polarizāciju. HV nozīmē horizontālu pārraidi un vertikālu uztveršanu.
Kāda ir atšķirība starp divpolu un četrpolu SAR?
Divu polu ieraksts notiek divos kanālos, parasti HH+HV vai VV+VH. Četru polu ieraksts notiek HH, HV, VH un VV, saglabājot pilnīgai polarimetriskai analīzei nepieciešamās attiecības.
Vai viena SAR polarizācija vienmēr ir vislabākā?
Nē. Visnoderīgākais režīms ir atkarīgs no mērķa, radara viļņa garuma, krišanas leņķa, izšķirtspējas, vides apstākļiem un apstrādes mērķa.
Kāpēc starppolu kanāli ir noderīgi?
HV vai VH var atklāt izkliedi, kas maina krītošo polarizāciju, īpaši tilpuma izkliedi un strukturāli sarežģītus mērķus, piemēram, veģetāciju.
Secinājums
SAR polarizācija kontrolē, kā radars apgaismo mērķi un kā tiek mērīts atstarotais lauks. HH un VV ir kopolarizēti kanāli, savukārt HV un VH ir šķērspolarizēti. Viens pols nodrošina efektivitāti, divi poli nodrošina diskrimināciju, un pilns četru polu polarizācija nodrošina vispilnīgāko lineāro polarimetrisko datu kopu. Lai iegūtu precīzus rezultātus, ir nepieciešams kopā ņemt vērā iegūšanas režīmu, antenas sistēmu, kalibrēšanas metodi un pielietojuma prasības.
Lai izvēlētos antenu vai saņemtu atbalstu polarimetriskām RF mērīšanas metodēm, skatiet RF MISO.antenas testēšanas iespējas or sazinieties ar RF MISO komandu.
Atsauces un papildu lasāmviela
Lai uzzinātu vairāk par antenām, lūdzu, apmeklējiet:
Publicēšanas laiks: 2024. gada 28. jūnijs
