通過示例學(xué)習(xí)合成孔徑雷達(dá)（SAR）?
合成孔徑雷達(dá)（SAR）基礎(chǔ)知識(shí)?
合成孔徑雷達(dá)（SAR）是一種新興的遙感技術(shù)。
事實(shí)上，Sentinel-1裝備了這個(gè) active type of sensor。 同樣，雷達(dá)衛(wèi)星和地形雷達(dá)使用合成孔徑雷達(dá)。
這項(xiàng)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于它能夠在任何天氣條件下，甚至在夜間合成出高分辨率的圖像。
今天，我們不打算深入了解這項(xiàng)技術(shù)如何工作的確切細(xì)節(jié)。相反，我們將用基本的例子解釋SAR圖像，并給出一些實(shí)際應(yīng)用。
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SAR的蝙蝠狀能力?
據(jù)說，合成孔徑雷達(dá)類似于蝙蝠如何利用回聲定位在洞穴中導(dǎo)航。
蝙蝠在洞穴中飛行時(shí)，用聲音來導(dǎo)航。一般來說，它們會(huì)產(chǎn)生50到120分貝的聲波。當(dāng)這個(gè)聲音從墻壁上反彈回到蝙蝠身上時(shí)，它根據(jù)回聲來理解距離。
一般來說，同樣的原則也適用于SAR。衛(wèi)星 發(fā)送 微波脈沖對(duì)地。脈沖 返回 返回衛(wèi)星，傳感器從返回的回聲中生成圖像。
一般來說，合成孔徑雷達(dá)是側(cè)視的。這意味著他們不會(huì)完全看不起更低點(diǎn)，而是從一個(gè)角度看。這種視角有很多優(yōu)點(diǎn)，我將在下面提到。
前面提到過，微波雷達(dá)可以在夜間透過云層和煙霧看到。在一天中的任何時(shí)候，或者在任何類型的天氣條件下，sar都起作用。
實(shí)際上，更長(zhǎng)的波長(zhǎng)可以更好地穿透云層，甚至穿透地面。例如，L波段（~24cm）雷達(dá)的波長(zhǎng)比C波段（~6cm）和X波段（~3cm）長(zhǎng)。
雷達(dá)散射類型?
側(cè)視雷達(dá)與不同類型的地形相互作用。三種主要的散射機(jī)制是鏡面反射、漫反射和雙反射。
首先，我們將提供每種散射類型的示意圖。之后，我們將給出每種散射發(fā)生的位置的解釋。
光滑表面 反射來自平坦的地形，如道路或水。對(duì)于這種散射，傳輸脈沖的能量很少返回到傳感器（類似于鏡子）。在本例中，將顯示像素 黑色 通常值小于-20db。
光滑表面（鏡面反射）
粗糙表面 散落的，如犁過的農(nóng)田和植被。散射向四面八方擴(kuò)散。例如，典型的像素值將大于-20db并且 grey .
粗糙表面（漫反射散射）
經(jīng)常， 雙彈跳 發(fā)生在結(jié)構(gòu)和人造物體上。反射脈沖一個(gè)接一個(gè)地撞擊到傳感器表面。例如，將出現(xiàn)典型的像素值 白色 值大于-10db。
雙反散射
SAR圖像解釋?
現(xiàn)在你已經(jīng)了解了合成孔徑雷達(dá)的一些基本知識(shí)，讓我們來看一個(gè)具有這些散射類型的SAR圖像。在這個(gè)RADARSAT-2例子中，圖像清楚地顯示了所有三種類型的后向散射。
RADARSAT-2圖像：雙反彈、鏡面反射和漫反射后向散射
鏡面反射： 在這個(gè)場(chǎng)景中，有一條河流向東西方向流動(dòng)。如上圖所示，很少有能量反射回雷達(dá)傳感器。在這種情況下，像素是暗的，低分貝。
這也可以在道路/機(jī)場(chǎng)鋪面的東南部看到。同樣，這是光滑表面的鏡面反射。
雙反彈散射: 另一方面，圖像中心的亮白色可以解釋為城市特征。雷達(dá)接收到的是雙彈跳后向散射，這意味著發(fā)射的脈沖正在返回傳感器。
在這個(gè)尺度上還不清楚這個(gè)物體是什么，但它是由于雙彈跳返回。由于其值大于-10db，像素將顯示為亮白色。
擴(kuò)散散射： 最后，雷達(dá)圖像大部分是粗糙面散射。你有一點(diǎn)鏡面反射和雙反射散射。
這可能來自年度農(nóng)田、植被或草地或其他特征。它是漫反射散射，因?yàn)閳D像中沒有高或低數(shù)量的后向散射。
合成孔徑雷達(dá)示例應(yīng)用?
我們?nèi)绾螌⑦@些sar概念應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界中？有 hundreds of remote sensing applications。 同樣，合成孔徑雷達(dá)在環(huán)境、安全、軍事等方面也有應(yīng)用。實(shí)際上，之一個(gè)與sar（搜索和救援）的縮寫相同。
在 搜救任務(wù) ，天氣條件往往很差。在森林火災(zāi)的情況下，煙霧會(huì)完全阻擋能見度。由于微波合成孔徑雷達(dá)不受這些條件的影響，救援人員利用微波合成孔徑雷達(dá)在地面上尋找人造物體。具體來說，它尋找碰撞地點(diǎn)發(fā)生的雙彈跳散射。甚至在哪里 泛濫的 如果存在鏡面反射（深色像素），則發(fā)生。
科學(xué)家利用合成孔徑雷達(dá) 估計(jì)地面高程 與 Space Shuttle Radar Topography Mission inSAR。 這顆衛(wèi)星使用干涉法（InSAR）產(chǎn)生了最精確的 elevation models 全世界。此外，科學(xué)家們還利用InSAR測(cè)量基于相位差的地形位移。
雷達(dá)干涉測(cè)量InSAR–地形位移
如上圖所示，SAR是關(guān)于基于后向散射的表面特征的理解。這就是為什么我們?cè)?石油泄漏 了解海浪。在溢油期間，油浮在水面上抑制波浪。使用合成孔徑雷達(dá)，這將創(chuàng)建一個(gè)更平滑的表面，在雷達(dá)圖像中出現(xiàn)黑暗。但如果你是 尋找一艘船 在北極地區(qū)，你會(huì)在sar圖像中尋找雙反射或亮像素。
最后，微波雷達(dá)具有對(duì)介質(zhì)常數(shù)敏感的特點(diǎn)。這就是研究人員試圖研究的原因 土壤水分 使用合成孔徑雷達(dá)。在農(nóng)業(yè)中，農(nóng)民可以利用這一點(diǎn)來了解 *** 土壤剖面前幾厘米的濕度。即使是為了 繪制濕地圖 科學(xué)家們使用了透子分解技術(shù)。
更深入的技術(shù)?
極化是指來自合成孔徑雷達(dá)天線的雷達(dá)波的方向。電場(chǎng)和磁力線都是直角的，但電場(chǎng)決定了波的極化方向。合成孔徑雷達(dá)使用的天線可以水平（H）或垂直（V）極化發(fā)射。
當(dāng)電磁波從目標(biāo)散射時(shí)，電磁波的極化狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)傳感器接收到返回的波時(shí)，它測(cè)量目標(biāo)的極化變化程度。例如，它可以是H或V極化，也可以同時(shí)是兩者。
對(duì)于單極化，這些是典型的發(fā)射和接收對(duì)。
hh–用于水平發(fā)送和水平接收
VV–用于垂直發(fā)送和垂直接收
HV–用于水平傳輸和垂直接收
vh–用于垂直傳輸和水平接收
優(yōu)點(diǎn)是可以推斷出更多的表面特征信息。例如，我們可以使用像Freeman Durden這樣的分解技術(shù)來獲得SAR圖像中有多少表面、雙反彈和體積散射。
最后，它是“合成孔徑”，因?yàn)樗梢詣?chuàng)建更高分辨率的圖像。由于它能接收沿合成孔徑雷達(dá)長(zhǎng)度方向的后向散射，因此可以綜合生成地球上某一點(diǎn)目標(biāo)的高分辨率圖像。合成孔徑雷達(dá)的整個(gè)長(zhǎng)度都具有點(diǎn)目標(biāo)的后向散射信息。當(dāng)所有的后向散射信息被合并時(shí)，就像一個(gè)“合成孔徑”。
結(jié)論?
如果沒有雷達(dá)方面的經(jīng)驗(yàn)，它可能看起來像一堆像素。你在地圖上找不到漂亮的圖片。
不管怎樣，雷達(dá)圖像可能會(huì)有噪聲，通常需要平滑處理。但是，使用分解技術(shù)和一些合成孔徑雷達(dá)的解釋，突然之間合成孔徑雷達(dá)圖像成為一個(gè)有價(jià)值的工具。
如果你想使用合成孔徑雷達(dá)，看看我們的 list of 15 free satellite imagery sources。
別忘了，有 open source remote sensing software 就像 Sentinel-1 toolbox 可以幫助分析和可視化SAR圖像。
來源：開源地理空間基金會(huì)中文分會(huì)
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/11c28
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