Polarizacija SARopisuje orientacijo elektromagnetnega polja, ki ga oddaja in sprejema sistem sintetične aperture radarja. Ker različne površine in strukture različno sipajo horizontalna in vertikalna polja, je polarizacija ena najbolj uporabnih spremenljivk za interpretacijo posnetkov SAR.
Ta priročnik pojasnjuje štiri linearne polarizacijske kanale – HH, HV, VH in VV – ter tri pogosto uporabljene načine zajemanja: enojno polarizacijo, dvojno polarizacijo in polno (štirikratno) polarizacijo. Opisuje tudi, kako inženirji izberejo način za daljinsko zaznavanje, testiranje radarjev in ocenjevanje antenskih sistemov.
Kaj je polarizacija SAR?
Večina vesoljskih sistemov SAR uporablja horizontalno (H) in vertikalno (V) linearno polarizacijo. Dvočrkovna koda kanala najprej identificira oddano polarizacijo in nato prejeto polarizacijo. Na primer, HH pomeni horizontalno oddajanje in horizontalno sprejemanje, medtem ko HV pomeni horizontalno oddajanje in vertikalno sprejemanje.
Polarizacija je pomembna, ker lahko tarča ohrani vpadno polarizacijo, jo zavrti ali depolarizira del odboja. Hrapavost površine, geometrija, dielektrične lastnosti, valovna dolžina, vpadni kot in notranja struktura vplivajo na izmerjeno povratno sipanje. Polarizacijo je zato treba interpretirati skupaj s frekvenčnim pasom, geometrijo opazovanja in kalibriranimi slikovnimi podatki.
Kaj pomenijo HH, HV, VH in VV?
| Kanal | Prenos | Prejmi | Klasifikacija |
|---|---|---|---|
| HH | Vodoravno | Vodoravno | Kopolarizirano |
| HV | Vodoravno | Navpično | Križno polarizirano |
| VH | Navpično | Vodoravno | Križno polarizirano |
| VV | Navpično | Navpično | Kopolarizirano |
HH in VV sta sopolarizirana kanala, ker sta polarizacija oddajanja in sprejemanja enaki. HV in VH sta križno polarizirana kanala, ker je polarizacija sprejemanja pravokotna na polarizacijo oddajanja. V kalibriranem recipročnem monostatičnem sistemu sta odziva HV in VH pogosto podobna, vendar se oba kanala ohranita v polnih polarimetričnih meritvah.
Trije glavni načini polarizacije SAR
1. Enojna polarizacija
Pri zajemanju z eno polarizacijo se zabeleži en kanal, najpogosteje HH ali VV. Ponuja manjšo količino podatkov in enostavnejšo obdelavo, kadar zadostuje en validiran kanal. Omejitev je, da en kanal zagotavlja manj informacij o mehanizmih sipanja in strukturi tarče.
2. Dvojna polarizacija
Dvojnopolarizacijsko zajemanje podatkov zajema dva kanala. Pogoste kombinacije vključujejo HH+HV in VV+VH, kjer radar oddaja eno polarizacijo in sprejema tako so- kot križno polarizirane povratne signale. Nekateri sistemi podpirajo tudi par so-polarizacij, kot je HH+VV. Podatki z dvojno polarizacijo dodajo uporabno diskriminacijo, hkrati pa ohranjajo zahteve glede hitrosti prenosa podatkov in obdelave bolj obvladljive kot pri polni polarimetriji. ESA navaja, da Sentinel-1 v svojih shemah dvojne polarizacije podpira VV+VH ali HH+HV.
3. Polna ali štirikratna polarizacija
Polni polarimetrični SAR beleži HH, HV, VH in VV kot kompleksne kanale. Klasični štiripolni radar oddaja H in V zaporedno ter sprejema povratne signale H in V, pri čemer ohranja informacije o amplitudi in relativni fazi. To podpira analizo matrike sipanja ter podrobno razgradnjo, klasifikacijo in karakterizacijo cilja.
Kompromis je večja kompleksnost sistema, zahteve glede kalibracije, količina podatkov in napor obdelave. Glede na senzor lahko delovanje s polno polarizacijo vključuje tudi ožji pas ali drugačne omejitve zajemanja. Kompaktna polarizacija je še ena veljavna arhitektura SAR, vendar se razlikuje od tradicionalnih linearnih načinov z eno, dvema in štirimi polarizacijami, o katerih smo tukaj razpravljali.
Kopolarizacija v primerjavi s navzkrižno polarizacijo
Kopolarizirani kanali pogosto ohranijo močne odboje s površin in struktur, ki ohranjajo prepuščeno polarizacijo. Navzkrižno polarizirani odboji kažejo, da je proces sipanja spremenil del polarizacijskega stanja zaradi volumskega sipanja, večkratnih odbojev, kompleksne geometrije ali anizotropne strukture.
- Mirna voda in gladke površine:pogosto izgledajo temne, ko se večina energije odbije stran od radarja; hrapavost, veter in vpadni kot lahko povečajo povratno sipanje.
- Vegetacija:Veje, debla in listi ustvarjajo razpršitev volumna, zato lahko navzkrižni polarni kanali dodajo dragocene strukturne informacije.
- Mestna območja:Stavbe in talne površine lahko ustvarijo močne kopolne odboje in dvojno odbojno sipanje, odvisno od orientacije in geometrije slikanja.
- Tla, sneg in led:Vlaga, hrapavost, globina, valovna dolžina in notranja struktura vplivajo na polarizacijski odziv.
To so načela interpretacije in ne univerzalna pravila. Kanala ne smemo izbrati neodvisno od radarskega pasu, vpadnega kota, ločljivosti, letnega časa in kakovosti kalibracije.
Kako izbrati način polarizacije SAR
| Zahteva | Praktično izhodišče |
|---|---|
| Spremljanje širokega območja ali omejena količina podatkov | Enopolni, ko validirani kanal doseže cilj zaznavanja |
| Diskriminacija glede vegetacije, kmetijstva ali pokrovnosti tal | Dvojno-polarni so- in navzkrižno polarizirani podatki za dodatne informacije o sipanju |
| Kartiranje morskega ledu, oceanov ali poplav | Izberite način na osnovi HH ali VV glede na pas, vpadni kot in validirano metodo |
| Napredna klasifikacija ali razkroj razpršitve | Polni štiripolarni prikaz, kadar so potrebne fazno kalibrirane štirikanalne informacije |
Najboljši način je specifičen za aplikacijo. Inženirji bi morali primerjati vsebino informacij s pokritostjo, ločljivostjo, razmerjem signal/šum, obsegom, časom ponovnega obiska, viri obdelave in zmogljivostjo kalibracije.
Antena in radiofrekvenčni vidiki za polarimetrični radar
Zanesljive polarimetrične meritve so odvisne od več kot le algoritma obdelave. Antena in RF veriga morata vzdrževati stabilno delovanje v obeh polarizacijskih kanalih. Pomembni parametri vključujejo:
- delovna frekvenca in trenutna pasovna širina;
- ravnovesje ojačanja in sevalnega diagrama med vrati H in V;
- izolacija med pristanišči in medpolarna diskriminacija;
- amplitudna in fazna stabilnost;
- VSWR, kalibracija vmesnika konektorja in kabla;
- poravnava antene, geometrija montaže in referenčna ravnina za kalibracijo.
RF MISO dobavedvojno polarizirane rogovne antene, širokopasovne dvojno polarizirane rogovne antenein druge rešitve RF anten za radarska, merilna in sistemska integracijska dela. Izbira modela mora vedno temeljiti na trenutnem podatkovnem listu in popolnih zahtevah glede testiranja.
Pogosto zastavljena vprašanja
Katera črka je prva v polarizacijski kodi SAR?
Prva črka označuje oddano polarizacijo, druga pa prejeto polarizacijo. HV pomeni horizontalno oddajanje in vertikalno sprejemanje.
Kakšna je razlika med dvo-polarnim in štiri-polarnim SAR-jem?
Dvojna polarimetrična analiza beleži dva kanala, običajno HH+HV ali VV+VH. Štiripolarna analiza beleži HH, HV, VH in VV ter ohranja razmerja, potrebna za popolno polarimetrično analizo.
Ali je ena polarizacija SAR vedno najboljša?
Ne. Najbolj uporaben način je odvisen od cilja, valovne dolžine radarja, vpadnega kota, ločljivosti, okoljskih pogojev in cilja obdelave.
Zakaj so kanali z medsebojno povezavo uporabni?
HV ali VH lahko razkrijeta sipanje, ki spremeni polarizacijo vpadne svetlobe, zlasti volumsko sipanje in strukturno kompleksne tarče, kot je vegetacija.
Zaključek
Polarizacija SAR nadzoruje, kako radar osvetljuje cilj in kako se meri odbito polje. HH in VV sta sopolarizirana kanala, medtem ko sta HV in VH navzkrižno polarizirana. Enopolarni kanal ponuja učinkovitost, dvojni kanal doda diskriminacijo, polno štiripolarni kanal pa zagotavlja najpopolnejši linearni polarimetrični nabor podatkov. Za natančne rezultate je treba način zajemanja, antenski sistem, metodo kalibracije in zahteve uporabe upoštevati skupaj.
Za izbiro antene ali podporo za polarimetrične RF meritve si oglejte RF MISO.zmogljivost testiranja antene or obrnite se na ekipo RF MISO.
Reference in nadaljnje branje
Če želite izvedeti več o antenah, obiščite:
Čas objave: 28. junij 2024
