SAR polarizacijaopisuje orijentaciju elektromagnetskog polja koje odašilje i prima sintetički aperturni radarski sustav. Budući da različite površine i strukture različito raspršuju horizontalna i vertikalna polja, polarizacija je jedna od najkorisnijih varijabli za tumačenje SAR slika.
Ovaj vodič objašnjava četiri kanala linearne polarizacije - HH, HV, VH i VV - i tri uobičajeno korištena načina akvizicije: jednostruka polarizacija, dvostruka polarizacija i puna (kvadratna) polarizacija. Također opisuje kako inženjeri odabiru način rada za daljinsko istraživanje, testiranje radara i procjenu antenskog sustava.
Što je SAR polarizacija?
Većina svemirskih SAR sustava koristi horizontalnu (H) i vertikalnu (V) linearnu polarizaciju. Dvoslovni kod kanala prvo identificira odašiljanu polarizaciju, a zatim primljenu polarizaciju. Na primjer, HH znači horizontalno odašiljanje i horizontalno primanje, dok HV znači horizontalno odašiljanje i vertikalno primanje.
Polarizacija je važna jer meta može sačuvati upadnu polarizaciju, rotirati je ili depolarizirati dio povratnog zračenja. Hrapavost površine, geometrija, dielektrična svojstva, valna duljina, kut upada i unutarnja struktura utječu na izmjereno povratno raspršenje. Polarizaciju stoga treba interpretirati zajedno s frekvencijskim pojasom, geometrijom gledanja i kalibriranim podacima slike.
Što znače HH, HV, VH i VV?
| Kanal | Prijenos | Primi | Klasifikacija |
|---|---|---|---|
| HH | Horizontalno | Horizontalno | Kopolarizirano |
| HV | Horizontalno | Vertikalno | Križno polarizirano |
| VH | Vertikalno | Horizontalno | Križno polarizirano |
| VV | Vertikalno | Vertikalno | Kopolarizirano |
HH i VV su kopolarizirani kanali jer su polarizacije odašiljanja i prijema iste. HV i VH su križno polarizirani kanali jer je polarizacija prijema ortogonalna na polarizaciju odašiljanja. U kalibriranom recipročnom monostatičkom sustavu, odzivi HV i VH često su slični, ali oba kanala se zadržavaju u potpunim polarimetrijskim mjerenjima.
Tri glavna načina polarizacije SAR-a
1. Jednostruka polarizacija
Jednopolarizacijska akvizicija snima jedan kanal, najčešće HH ili VV. Nudi manji volumen podataka i jednostavniju obradu kada je dovoljan jedan validirani kanal. Ograničenje je u tome što jedan kanal pruža manje informacija o mehanizmima raspršenja i strukturi cilja.
2. Dvostruka polarizacija
Dvopolarizacijska akvizicija snima dva kanala. Uobičajene kombinacije uključuju HH+HV i VV+VH, gdje radar odašilje jednu polarizaciju i prima i ko- i križno polarizirane povratne signale. Neki sustavi također podržavaju ko-polarizirani par kao što je HH+VV. Dvopolarni podaci dodaju korisnu diskriminaciju, a istovremeno omogućuju lakše upravljanje brzinom podataka i zahtjevima za obradom nego kod pune polarimetrije. ESA navodi da Sentinel-1 podržava VV+VH ili HH+HV u svojim shemama dvostruke polarizacije.
3. Potpuna ili četverostruka polarizacija
Potpuno polarimetrijski SAR snima HH, HV, VH i VV kao kompleksne kanale. Klasični quad-pol radar odašilje H i V u nizu i prima povratne signale i H i V, čuvajući informacije o amplitudi i relativnoj fazi. To podržava analizu matrice raspršenja i detaljnu dekompoziciju, klasifikaciju i karakterizaciju cilja.
Kompromis je veća složenost sustava, zahtjevi za kalibracijom, količina podataka i napor obrade. Ovisno o senzoru, rad s punom polarizacijom može uključivati i uži pojas ili različita ograničenja akvizicije. Kompaktna polarizacija je još jedna valjana SAR arhitektura, ali se razlikuje od tradicionalnih linearnih načina rada s jednim, dva i četiri pola o kojima se ovdje raspravlja.
Kopolarizacija u odnosu na unakrsnu polarizaciju
Kopolarizirani kanali često zadržavaju jake povratne signale s površina i struktura koje održavaju propuštenu polarizaciju. Unakrsno polarizirani povratni signali ukazuju na to da je proces raspršenja promijenio dio stanja polarizacije putem volumenskog raspršenja, višestrukih refleksija, složene geometrije ili anizotropne strukture.
- Mirna voda i glatke površine:često izgledaju tamno kada se većina energije reflektira od radara; hrapavost, vjetar i kut upada mogu povećati povratno raspršenje.
- Vegetacija:Grane, debla i lišće stvaraju raspršenje volumena, tako da kanali s unakrsnom polarizacijom mogu dodati vrijedne strukturne informacije.
- Urbana područja:Zgrade i površine tla mogu generirati jake kopolne povratne signale i raspršenje dvostrukog odbijanja, ovisno o orijentaciji i geometriji snimanja.
- Tlo, snijeg i led:Vlaga, hrapavost, dubina, valna duljina i unutarnja struktura utječu na polarizacijski odziv.
Ovo su principi interpretacije, a ne univerzalna pravila. Kanal se ne smije odabrati neovisno o radarskom opsegu, kutu upada, rezoluciji, godišnjem dobu i kvaliteti kalibracije.
Kako odabrati način polarizacije SAR-a
| Zahtjev | Praktična polazna točka |
|---|---|
| Praćenje širokog područja ili ograničena količina podataka | Jednopolni kada validirani kanal zadovoljava cilj detekcije |
| Diskriminacija u vegetaciji, poljoprivredi ili pokrovu zemljišta | Dvopolarni ko- i unakrsno polarizirani podaci za dodatne informacije o raspršenju |
| Mapiranje morskog leda, oceana ili poplava | Odaberite HH ili VV načine rada prema pojasu, kutu upada i validiranoj metodi |
| Napredna klasifikacija ili dekompozicija raspršenja | Potpuni quad-pol kada su potrebne fazno kalibrirane informacije s četiri kanala |
Najbolji način rada je specifičan za primjenu. Inženjeri bi trebali usporediti sadržaj informacija s pokrivenošću, rezolucijom, omjerom signala i šuma, opsegom, vremenom ponovnog pregleda, resursima obrade i mogućnošću kalibracije.
Razmatranja antene i RF-a za polarimetrijski radar
Pouzdana polarimetrijska mjerenja ovise o više od samog algoritma obrade. Antena i RF lanac moraju održavati stabilne performanse u oba polarizacijska kanala. Važni parametri uključuju:
- radna frekvencija i trenutna propusnost;
- pojačanje i ravnoteža dijagrama zračenja između H i V portova;
- izolacija od luke do luke i međupolarna diskriminacija;
- stabilnost amplitude i faze;
- VSWR, sučelje konektora i kalibracija kabela;
- poravnanje antene, geometrija montaže i referentna ravnina kalibracije.
RF MISO pribordvostruko polarizirane rog antene, širokopojasne dvostruko polarizirane rog antenei druga RF antenska rješenja za radarske, mjerne i sistemske integracijske radove. Odabir modela uvijek treba biti temeljen na trenutnom podatkovnom listu i potpunim zahtjevima ispitivanja.
Često postavljana pitanja
Koje slovo dolazi prvo u SAR polarizacijskom kodu?
Prvo slovo označava odašiljanu polarizaciju, a drugo označava primljenu polarizaciju. HV znači horizontalno odašiljanje i vertikalno primanje.
Koja je razlika između dvo-polarnog i četvero-polarnog SAR-a?
Dvostruka polarimetrijska analiza snima dva kanala, obično HH+HV ili VV+VH. Četverostruka polarimetrijska analiza snima HH, HV, VH i VV te čuva odnose potrebne za potpunu polarimetrijsku analizu.
Je li jedna SAR polarizacija uvijek najbolja?
Ne. Najkorisniji način rada ovisi o cilju, valnoj duljini radara, kutu upada, rezoluciji, uvjetima okoline i cilju obrade.
Zašto su cross-pol kanali korisni?
HV ili VH mogu otkriti raspršenje koje mijenja polarizaciju upada, posebno volumensko raspršenje i strukturno složene ciljeve poput vegetacije.
Zaključak
SAR polarizacija kontrolira kako radar osvjetljava metu i kako se mjeri vraćeno polje. HH i VV su kopolarizirani kanali, dok su HV i VH križno polarizirani. Jednopolarizacija nudi učinkovitost, dvopolarizacija dodaje diskriminaciju, a potpuna četveropolarizacija pruža najpotpuniji linearni polarimetrijski skup podataka. Točni rezultati zahtijevaju da se način akvizicije, antenski sustav, metoda kalibracije i zahtjevi primjene razmatraju zajedno.
Za odabir antene ili podršku za polarimetrijsko RF mjerenje, pregledajte RF MISO-ovemogućnost testiranja antene or kontaktirajte RF MISO tim.
Literatura i daljnje čitanje
Za više informacija o antenama posjetite:
Vrijeme objave: 28. lipnja 2024.
