Polaryzacja SAROpisuje orientację pola elektromagnetycznego transmitowanego i odbieranego przez system radarowy z syntetyczną aperturą. Ponieważ różne powierzchnie i struktury inaczej rozpraszają pola poziome i pionowe, polaryzacja jest jedną z najbardziej użytecznych zmiennych do interpretacji obrazów SAR.
W tym przewodniku wyjaśniono cztery liniowe kanały polaryzacji – HH, HV, VH i VV – oraz trzy powszechnie stosowane tryby akwizycji: pojedynczą polaryzację, podwójną polaryzację i pełną (poczwórną). Opisano w nim również, jak inżynierowie wybierają tryb do teledetekcji, testów radarowych i oceny systemów antenowych.
Czym jest polaryzacja SAR?
Większość kosmicznych systemów SAR wykorzystuje liniową polaryzację poziomą (H) i pionową (V). Dwuliterowy kod kanału identyfikuje najpierw polaryzację nadawczą, a następnie polaryzację odbiorczą. Na przykład, HH oznacza nadawanie poziome i odbiór poziomy, podczas gdy HV oznacza nadawanie poziome i odbiór pionowy.
Polaryzacja ma znaczenie, ponieważ obiekt może zachować polaryzację padającą, obrócić ją lub zdepolaryzować część sygnału zwrotnego. Chropowatość powierzchni, geometria, właściwości dielektryczne, długość fali, kąt padania i struktura wewnętrzna wpływają na mierzony współczynnik rozpraszania wstecznego. Polaryzację należy zatem interpretować łącznie z pasmem częstotliwości, geometrią obrazu i skalibrowanymi danymi obrazu.
Co oznaczają skróty HH, HV, VH i VV?
| Kanał | Przekazać | Odbierać | Klasyfikacja |
|---|---|---|---|
| HH | Poziomy | Poziomy | Współpolaryzowane |
| HV | Poziomy | Pionowy | Spolaryzowany krzyżowo |
| VH | Pionowy | Poziomy | Spolaryzowany krzyżowo |
| VV | Pionowy | Pionowy | Współpolaryzowane |
Kanały HH i VV są kanałami kopolaryzowanymi, ponieważ polaryzacje nadawcza i odbiorcza są takie same. Kanały HV i VH są kanałami spolaryzowanymi krzyżowo, ponieważ polaryzacja odbiorcza jest ortogonalna do polaryzacji nadawczej. W skalibrowanym, odwrotnym układzie monostatycznym, odpowiedzi HV i VH są często podobne, ale oba kanały są zachowywane w pełnych pomiarach polarymetrycznych.
Trzy główne tryby polaryzacji SAR
1. Pojedyncza polaryzacja
Akwizycja z pojedynczą polaryzacją rejestruje jeden kanał, najczęściej HH lub VV. Oferuje mniejszą objętość danych i prostsze przetwarzanie, gdy jeden zweryfikowany kanał jest wystarczający. Ograniczeniem jest to, że jeden kanał dostarcza mniej informacji o mechanizmach rozpraszania i strukturze obiektu docelowego.
2. Podwójna polaryzacja
Akwizycja z podwójną polaryzacją rejestruje dwa kanały. Typowe kombinacje obejmują HH+HV i VV+VH, gdzie radar transmituje sygnał o jednej polaryzacji i odbiera sygnały zwrotne o polaryzacji ko- i krzyżowej. Niektóre systemy obsługują również parę ko-polaryzacji, taką jak HH+VV. Dane z podwójną polaryzacją zapewniają użyteczną dyskryminację, jednocześnie zapewniając łatwiejsze zarządzanie przepływnością danych i wymaganiami dotyczącymi przetwarzania niż pełna polaryzacja. ESA twierdzi, że Sentinel-1 obsługuje VV+VH lub HH+HV w swoich schematach podwójnej polaryzacji.
3. Pełna lub poczwórna polaryzacja
W pełni polarymetryczny SAR rejestruje HH, HV, VH i VV jako kanały złożone. Klasyczny radar quad-pol transmituje H i V sekwencyjnie oraz odbiera sygnały zwrotne H i V, zachowując informacje o amplitudzie i fazie względnej. Umożliwia to analizę macierzy rozproszenia oraz szczegółową dekompozycję, klasyfikację i charakterystykę celu.
Kompromisem jest większa złożoność systemu, zapotrzebowanie na kalibrację, ilość danych i nakład pracy związany z przetwarzaniem. W zależności od czujnika, praca w trybie full-pol może również wiązać się z węższym pasmem lub innymi ograniczeniami akwizycji. Polaryzacja kompaktowa to kolejna prawidłowa architektura SAR, ale różni się ona od tradycyjnych, liniowych trybów single-, dual- i quad-pol omówionych tutaj.
Polaryzacja kopolaryzacyjna a polaryzacja krzyżowa
Kanały współpolaryzowane często zachowują silne odbicia od powierzchni i struktur, które utrzymują transmitowaną polaryzację. Odbicia o polaryzacji krzyżowej wskazują, że proces rozpraszania zmienił część stanu polaryzacji poprzez rozpraszanie objętościowe, wielokrotne odbicia, złożoną geometrię lub strukturę anizotropową.
- Spokojna woda i gładkie powierzchnie:często wydają się ciemne, gdy większość energii odbija się od radaru; szorstkość, wiatr i kąt padania mogą zwiększać rozpraszanie wsteczne.
- Roślinność:gałęzie, pnie i liście powodują rozpraszanie objętości, więc kanały krzyżowe mogą dostarczać cennych informacji strukturalnych.
- Obszary miejskie:budynki i powierzchnie gruntu mogą generować silne powroty ko-pol i rozpraszanie podwójnego odbicia, w zależności od orientacji i geometrii obrazowania.
- Gleba, śnieg i lód:na reakcję polaryzacyjną wpływają wilgotność, chropowatość, głębokość, długość fali i struktura wewnętrzna.
Są to raczej zasady interpretacji niż uniwersalne reguły. Kanału nie należy wybierać niezależnie od pasma radarowego, kąta padania, rozdzielczości, pory roku i jakości kalibracji.
Jak wybrać tryb polaryzacji SAR
| Wymóg | Praktyczny punkt wyjścia |
|---|---|
| Monitorowanie rozległego obszaru lub ograniczona ilość danych | Pojedynczy biegun, gdy sprawdzony kanał spełnia cel wykrywania |
| Dyskryminacja ze względu na roślinność, rolnictwo lub pokrycie terenu | Dane o podwójnej polaryzacji współbieżnej i krzyżowej zapewniają dodatkowe informacje na temat rozpraszania |
| Mapowanie lodu morskiego, oceanów i powodzi | Wybierz tryby oparte na HH lub VV w zależności od pasma, kąta padania i sprawdzonej metody |
| Zaawansowana klasyfikacja lub rozkład rozpraszający | Pełny quad-pol, gdy wymagane są informacje o czterech kanałach kalibrowanych fazowo |
Najlepszy tryb jest specyficzny dla danej aplikacji. Inżynierowie powinni porównać zawartość informacji z zasięgiem, rozdzielczością, stosunkiem sygnału do szumu, szerokością pasma, czasem rewizyty, zasobami przetwarzania i możliwościami kalibracji.
Zagadnienia dotyczące anten i częstotliwości radiowych dla radaru polarymetrycznego
Niezawodne pomiary polarymetryczne zależą od czegoś więcej niż tylko algorytmu przetwarzania. Antena i tor RF muszą zapewniać stabilną pracę w obu kanałach polaryzacji. Do ważnych parametrów należą:
- częstotliwość robocza i chwilowa szerokość pasma;
- równowaga wzmocnienia i charakterystyki promieniowania pomiędzy portami H i V;
- izolacja port-port i dyskryminacja międzybiegunowa;
- amplituda i stabilność fazy;
- Współczynnik SWR, kalibracja interfejsu złącza i kabla;
- ustawienie anteny, geometria montażu i płaszczyzna odniesienia kalibracji.
Dostawy RF MISOanteny tubowe o podwójnej polaryzacji, szerokopasmowe anteny tubowe o podwójnej polaryzacjioraz inne rozwiązania antenowe RF do zastosowań radarowych, pomiarowych i integracji systemów. Wybór modelu powinien zawsze opierać się na aktualnej karcie katalogowej i kompletnych wymaganiach testowych.
Często zadawane pytania
Która litera występuje jako pierwsza w kodzie polaryzacji SAR?
Pierwsza litera określa polaryzację nadawaną, a druga polaryzację odbieraną. HV oznacza nadawanie poziome i odbiór pionowy.
Jaka jest różnica pomiędzy detektorem SAR dwubiegunowym i czterobiegunowym?
Dual-pol rejestruje dwa kanały, zazwyczaj HH+HV lub VV+VH. Quad-pol rejestruje HH, HV, VH i VV, zachowując relacje niezbędne do pełnej analizy polarymetrycznej.
Czy jedna polaryzacja SAR jest zawsze najlepsza?
Nie. Najbardziej użyteczny tryb zależy od celu, długości fali radaru, kąta padania, rozdzielczości, warunków środowiskowych i celu przetwarzania.
Dlaczego kanały cross-pol są przydatne?
HV lub VH mogą ujawnić rozpraszanie zmieniające polaryzację padającą, zwłaszcza rozpraszanie objętościowe i obiekty o złożonej strukturze, takie jak roślinność.
Wniosek
Polaryzacja SAR kontroluje sposób, w jaki radar oświetla cel i mierzy pole odbite. Kanały HH i VV to kanały o polaryzacji kopolaryzacyjnej, natomiast kanały HV i VH to kanały o polaryzacji krzyżowej. Polaryzacja jednopolowa zapewnia wydajność, dwupolowa zwiększa dyskryminację, a pełna polaryzacja czteropolowa zapewnia najpełniejszy liniowy zestaw danych polarymetrycznych. Dokładne wyniki wymagają łącznego rozważenia trybu akwizycji, systemu antenowego, metody kalibracji i wymagań aplikacji.
W celu wyboru anteny lub wsparcia pomiarów polarymetrycznych RF zapoznaj się z wytycznymi RF MISOmożliwość testowania anten or skontaktuj się z zespołem RF MISO.
Odniesienia i dalsza lektura
Aby dowiedzieć się więcej o antenach, odwiedź stronę:
Czas publikacji: 28-06-2024
