Поляризація SARописує орієнтацію електромагнітного поля, що передається та приймається радіолокаційною системою із синтезованою апертурою. Оскільки різні поверхні та структури по-різному розсіюють горизонтальні та вертикальні поля, поляризація є однією з найкорисніших змінних для інтерпретації знімків SAR.
У цьому посібнику пояснюються чотири канали лінійної поляризації — HH, HV, VH та VV — і три поширені режими збору даних: одинарна поляризація, подвійна поляризація та повна (квадратна) поляризація. Також у ньому описано, як інженери вибирають режим для дистанційного зондування, тестування радарів та оцінки антенних систем.
Що таке поляризація SAR?
Більшість космічних систем SAR використовують горизонтальну (H) та вертикальну (V) лінійну поляризацію. Дволітерний код каналу спочатку ідентифікує поляризацію передачі, а потім поляризацію прийняття. Наприклад, HH означає горизонтальну передачу та горизонтальний прийом, тоді як HV означає горизонтальну передачу та вертикальний прийом.
Поляризація має значення, оскільки ціль може зберігати поляризацію падаючого випромінювання, обертати його або деполяризувати частину відбитого випромінювання. Шорсткість поверхні, геометрія, діелектричні властивості, довжина хвилі, кут падіння та внутрішня структура впливають на виміряне зворотне розсіювання. Тому поляризацію слід інтерпретувати разом зі смугою частот, геометрією спостереження та даними каліброваного зображення.
Що означають HH, HV, VH та VV?
| Канал | Передача | Отримати | Класифікація |
|---|---|---|---|
| HH | Горизонтальний | Горизонтальний | Кополяризований |
| HV | Горизонтальний | Вертикальний | Крос-поляризований |
| VH | Вертикальний | Горизонтальний | Крос-поляризований |
| VV | Вертикальний | Вертикальний | Кополяризований |
HH та VV є кополяризованими каналами, оскільки поляризація передачі та прийому однакова. HV та VH є крос-поляризованими каналами, оскільки поляризація прийому ортогональна до поляризації передачі. У каліброваній реципрокній моностатичній системі відгуки HV та VH часто схожі, але обидва канали зберігаються в повних поляриметричних вимірюваннях.
Три основні режими поляризації SAR
1. Одинарна поляризація
Однополяризаційний збір даних реєструє один канал, найчастіше HH або VV. Він пропонує менший обсяг даних та простішу обробку, коли достатньо одного перевіреного каналу. Обмеження полягає в тому, що один канал надає менше інформації про механізми розсіювання та структуру мішені.
2. Подвійна поляризація
Двополяризаційний збір даних реєструє два канали. Поширені комбінації включають HH+HV та VV+VH, де радар передає одну поляризацію та приймає як кополяризовані, так і крос-поляризовані відбиті сигнали. Деякі системи також підтримують пару кополяризації, таку як HH+VV. Двополяризаційні дані додають корисну дискримінацію, водночас забезпечуючи більш керовані вимоги до швидкості передачі даних та обробки, ніж повна поляриметрія. ESA стверджує, що Sentinel-1 підтримує VV+VH або HH+HV у своїх схемах подвійної поляризації.
3. Повна або квадрополяризація
Повністю поляриметричний РСА записує сигнали HH, HV, VH та VV як комплексні канали. Класичний чотириполюсний радар передає сигнали H та V послідовно та приймає відбиті сигнали H та V, зберігаючи інформацію про амплітуду та відносну фазу. Це підтримує аналіз матриці розсіювання та детальне розкладання, класифікацію та характеристику цілі.
Компромісом є більша складність системи, вимоги до калібрування, обсяг даних та зусилля на обробку. Залежно від датчика, робота з повною поляризацією може також передбачати вужчу смугу охоплення або різні обмеження збору даних. Компактна поляризація – це ще одна дієва архітектура SAR, але вона відрізняється від традиційних лінійних режимів з однією, двома та чотирма поляризаціями, що обговорюються тут.
Кополяризація проти крос-поляризації
Кополяризовані канали часто зберігають сильні відбиття від поверхонь та структур, які підтримують пропущену поляризацію. Перехресно поляризовані відбиття вказують на те, що процес розсіювання змінив частину стану поляризації через об'ємне розсіювання, багаторазові відбиття, складну геометрію або анізотропну структуру.
- Спокійна вода та гладкі поверхні:часто виглядають темними, коли більша частина енергії відбивається від радара; шорсткість поверхні, вітер та кут падіння можуть збільшити зворотне розсіювання.
- Рослинність:Гілки, стовбури та листя створюють об'ємне розсіювання, тому крос-полюсні канали можуть додавати цінну структурну інформацію.
- Міські райони:Будівлі та наземні поверхні можуть генерувати сильні кополярні відбиття та подвійне відбиття, залежно від орієнтації та геометрії зображення.
- Ґрунт, сніг та лід:Вологість, шорсткість, глибина, довжина хвилі та внутрішня структура впливають на поляризаційну реакцію.
Це радше принципи інтерпретації, ніж універсальні правила. Канал не слід вибирати незалежно від діапазону радіолокаційного випромінювання, кута падіння, роздільної здатності, пори року та якості калібрування.
Як вибрати режим поляризації SAR
| Вимога | Практична відправна точка |
|---|---|
| Моніторинг широкої зони або обмежений обсяг даних | Однополюсний, коли перевірений канал відповідає меті виявлення |
| Дискримінація за рослинністю, сільським господарством або земним покривом | Двополюсні копо- та крос-поляризовані дані для додаткової інформації про розсіювання |
| Картування морського льоду, океану або повеней | Оберіть режими на основі HH або VV відповідно до діапазону, кута падіння та перевіреного методу |
| Розширена класифікація або розкладання розсіюванням | Повна квадрополюсність, коли потрібна фазово-калібрована чотириканальна інформація |
Найкращий режим залежить від застосування. Інженери повинні порівнювати інформаційний вміст з покриттям, роздільною здатністю, співвідношенням сигнал/шум, смугою охоплення, часом повторного перегляду, ресурсами обробки та можливостями калібрування.
Антена та радіочастотні міркування для поляриметричного радара
Надійні поляриметричні вимірювання залежать не лише від алгоритму обробки. Антена та радіочастотний ланцюг повинні підтримувати стабільну роботу в обох поляризаційних каналах. Важливі параметри включають:
- робоча частота та миттєва пропускна здатність;
- баланс коефіцієнта посилення та діаграми спрямованості між портами H та V;
- міжпортова ізоляція та кросполярна дискримінація;
- амплітудна та фазова стабільність;
- КСХН, калібрування інтерфейсу роз'єму та кабелю;
- вирівнювання антени, геометрія кріплення та опорна площина калібрування.
Постачання радіочастотних MISOдвополяризовані рупорні антени, широкосмугові двополяризовані рупорні антенита інші рішення для радіочастотних антен для радіолокаційних, вимірювальних та системних інтеграційних робіт. Вибір моделі завжди повинен базуватися на поточному технічному описі та повних вимогах до випробувань.
Часті запитання
Яка літера йде першою в коді поляризації SAR?
Перша літера визначає поляризацію передачі, а друга — поляризацію прийняття. HV означає горизонтальну передачу та вертикальну прийом.
Яка різниця між двополюсним та чотириполюсним SAR?
Двополюсний поляриметричний аналіз записує два канали, зазвичай HH+HV або VV+VH. Чотирополюсний поляриметричний аналіз записує HH, HV, VH та VV, зберігаючи співвідношення, необхідні для повного поляриметричного аналізу.
Чи завжди одна поляризація SAR найкраща?
Ні. Найкорисніший режим залежить від цілі, довжини хвилі радара, кута падіння, роздільної здатності, умов навколишнього середовища та мети обробки.
Чому корисні крос-польові канали?
HV або VH можуть виявити розсіювання, яке змінює поляризацію падаючого випромінювання, особливо об'ємне розсіювання та структурно складні цілі, такі як рослинність.
Висновок
Поляризація SAR контролює, як радар освітлює ціль і як вимірюється повернене поле. HH та VV є кополяризованими каналами, тоді як HV та VH є перехресно поляризованими. Однополяризаційний канал забезпечує ефективність, двополяризаційний додає дискримінацію, а повнополяризаційний чотириполяризаційний канал забезпечує найповніший набір лінійних поляриметричних даних. Для отримання точних результатів необхідно разом враховувати режим збору даних, антенну систему, метод калібрування та вимоги до застосування.
Щодо вибору антени або підтримки поляриметричних радіочастотних вимірювань, перегляньте RF MISOможливість тестування антени or зв'яжіться з командою RF MISO.
Список літератури та додаткова література
Щоб дізнатися більше про антени, відвідайте:
Час публікації: 28 червня 2024 р.
