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雷達遙感和sar數(shù)據(jù)查詢 曹將兵2010 05 07遙感技術支持組 雷達遙感介紹雷達 合成孔徑雷達 sar sar的分辨率及影像特征sar的數(shù)據(jù)類型sar數(shù)據(jù)的查詢 內(nèi)容概要 雷達遙感也稱微波遙感 最早出現(xiàn)于二戰(zhàn)期間 而真正受到重視始于20世紀60年代 到90年代形成發(fā)展高潮 今天 雷達遙感已與可見光遙感 紅外遙感共同成為遙感探測的重要手段 一 雷達遙感介紹 1 1雷達遙感所具有的優(yōu)勢 1 雷達遙感具有穿云透霧的能力 可以不受天氣影響全天候進行 2 雷達遙感是主動遙感 可以不受黑夜的影響全天時進行 相對于同樣可以進行夜間工作的紅外遙感而言 微波的大氣衰減很小 光學 sar 10 30am 14 30pm 22 30pm sar與光學數(shù)據(jù)對比 3 雷達遙感對地表面的穿透力較強 1981年11月12日美國 哥倫比亞 號航天飛機搭載合成孔徑成像雷達sir a l波段 順利升空 雷達影像上成功觀測到撒哈拉沙漠的地下古河道 顯示了sar具有穿透地表的能力 引起國際科技界的震動 4 雷達遙感還具有某些獨特的探測能力 海洋波 土壤濕度等 1 2微波波段 雷達遙感使用電磁波譜中的微波部分 頻率 0 3ghz 300ghz或波長 1m 1mm絕大部分遙感雷達采用0 5cm至75cm間的微波頻段 ka 波段 0 75 1 1cmk 波段 1 1 1 67cmku 波段 1 67 2 4cmx 波段 2 4 3 75cm 廣泛用于軍事偵察和商用地形觀測 如cosmo skymed terrasar x c 波段 3 75 7 5cm 用于許多星載sar 如ers 1和radarsat s 波段 7 5 15cm 用于星載almaz l 波段 15 30cm 用于seasat和jers 1 p 波段 30 100cm 用于nasa jplairsar 成像雷達最常用的波段包括 1 3雷達頻率的選擇 雷達波穿透云雨或進入地表層的能力隨波長的增加而增加 雷達波長應該和我們想要區(qū)分的地物特征的尺度相匹配例如 區(qū)分冰 小尺度地物 使用x 波段例如 地質(zhì)學制圖 大尺度地物 使用l 波段例如 穿透葉子 最好使用較低的頻率 使用p 波段 雷達 radar radiodetectionandranging 無線電檢測與測距的英文縮略語的音譯 出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)期間 2 1雷達 二 雷達 合成孔徑雷達 sar 圖1雷達信號作用示意圖 雷達系統(tǒng)有三個主要特征 它向著目標發(fā)射微波 無線電 信號 它接收所發(fā)射能量被目標向后散射的部分 它觀測返回信號的強度 檢測 和時間延遲 測距 1 早期的雷達并不產(chǎn)生圖像 通常是以極坐標的形式來表示斜距和方位平面位置的顯示器 ppi 天線是固定的 主要應用于軍事上探測飛機和船只等目標 2 2合成孔徑雷達 圖2監(jiān)視雷達 2 真實孔徑雷達 rar realapertureradar 20世紀50年代中期 為軍事目的研制的真實孔徑的側(cè)視成像雷達問世 傳感器裝載在移動平臺上對地觀測成像 圖3側(cè)視成像雷達 圖4合成孔徑原理示意圖 3 合成孔徑雷達 sar syntheticapertureradar 合成孔徑原理脈沖壓縮技術 2 3發(fā)展趨勢 正在大力開發(fā)的下一代雷達測量系統(tǒng) 不但在參數(shù)測量性能上優(yōu)于現(xiàn)代雷達 同時還將具有認知目標 即對目標進行可靠分類和識別的能力雷達系統(tǒng)將由傳統(tǒng)的參數(shù)測量向特征 非參數(shù) 測量的更高階段邁進 3 1分辨率 sar是主動式系統(tǒng) 實際的傳感器分辨率有兩個 距離向分辨率和方位向分辨率 1 距離向分辨率 垂直軌跡的方向稱為距離向 距離向分辨率依賴于所處理的脈沖的長度 2 方位向分辨率 沿軌跡的方向稱為方位向 方位向分辨率由雷達波束照射到地面條帶的角波束寬度決定 距離向分辨率和方位向分辨率通常是不同的 如對于ers 一個slc像素是20m 4m 三 sar的分辨率及影像特征 圖5合成孔徑雷達成像幾何示意圖 圖6成像幾何比較 雷達圖像上接收的信息是地物目標對雷達波束的反應 圖像上的亮度差異就是天線接收的輻射強弱差異 亮度和紋理是雷達圖像解譯的要素 3 2雷達圖像的影像特征 區(qū)域 北京分辨率 3米極化方式 vv獲取模式 himage獲取時間 2008 04 20 同樣的地面狀況 對于波長短的波束是粗糙面 對于波長長的波束就可能是光滑面 入射角越大 地面的粗糙度就變小了 散射就弱 1 地面狀況 波長 入射角的影響反射散射角反射 引起差異的原因 圖8反射 散射 角反射示意圖 2 極化對圖像的影響 極化是微波的一個突出特點 極化狀況不同圖像中的信息狀況也不同 極化 即電磁波的電場振動方向的變化趨勢 電場矢量的方向不隨時間變化時稱為線極化 線極化分為水平極化和垂直極化 圖9電磁波極化 四種極化特征 hh 發(fā)射的電磁波為水平極化 接收為水平極化hv 發(fā)射的電磁波為水平極化 接收為垂直極化vh 發(fā)射的電磁波為垂直極化 接收為水平極化vv 發(fā)射的電磁波為垂直極化 接收為垂直極化 根據(jù)傳感器發(fā)射和接收的反射波極化狀況可以得到不同類型的極化圖像 不同幾何結(jié)構的地物其雷達后向散射特性不一 一般而言 垂直取向的散射體具有較強的垂直極化后向散射 水平取向的散射體則具有很強的水平極化后向散射 中間取向的散射體其后向散射特征則介于前兩者之間 圖10多極化圖像 3 物理性質(zhì)對圖像的影響 地物目標的物理性質(zhì)主要表現(xiàn)在電子特性上 這種特性在物理上稱為復介電常數(shù) 物體的復介電常數(shù)越高 對雷達波束的反射作用越強 穿透作用越小 若與地物目標的水分相聯(lián)系 復介電常數(shù)越高 水分含量也越高 因此 當?shù)匚锬繕撕扛邥r 反射能力變高而穿透力變?nèi)?地表物體的特性和雷達波束的特性總是相互關聯(lián)的 四 sar的數(shù)據(jù)類型 4 1原始數(shù)據(jù) 對于原始數(shù)據(jù) 很難稱其為圖像 盡管提供的數(shù)據(jù)是二維表格形式 其方向與接收器的物理方向 波的發(fā)射方向 衛(wèi)星移動方向 相聯(lián)系 然而在這類數(shù)據(jù)中的信息不是那么直觀 因為相應的接收器 其分辨率不論是距離向還是方位向都是好幾公里 相當于好幾百行或者好幾百列 4 2單視復數(shù)據(jù) 對原始數(shù)據(jù)進行距離向處理 脈沖壓縮 和方位向處理 sar合成 之后 就可以得到一個復數(shù)據(jù)的二維表 其方向和接收器的物理方向始終保持一致 電磁波發(fā)射方向和衛(wèi)星運動方向 這時已經(jīng)可以稱其為圖像了 這樣的單視復數(shù)據(jù)通常也稱為slc singlelookcomplex 4 3多視數(shù)據(jù) 單視圖像是使用地面目標的所有回波信號產(chǎn)生一幅圖像 圖像將包含斑點 但可獲得最高分辨率 在sar數(shù)據(jù)的數(shù)字處理中 使用回波信號的子集可以形成同一地區(qū)相互獨立的圖像 然后將這些圖像平均生成一幅多視圖像 所得到的多視圖像分辨率較低但斑點減少 level0 raw receivedsarechosignal level1a scs singlelook complex slantrange level1b dgm detected groundprojected multi look level1c gec geo coded ellipsoidcorrected level1d gtc geo coded terraincorrected 4 4以cosmo產(chǎn)品為例 0級產(chǎn)品是原始信號 不提供商業(yè)應用 1a級別scs格式 是單視復型數(shù)據(jù) 像元值是復數(shù) 雷達斜距向 方位向坐標 傳感器獲取信號的初始投影坐標 斜距向和方位向分辨率不同 1b級別dgm格式 進行了檢波處理 幅度檢波 可以理解為求復數(shù)的模 和多視處理 為了使像元的地距向和方位向分辨率相同及噪聲抑制 地距向 方位向投影坐標 ellipsoidgroundprojection 1c級別gec格式 進行了地理編碼 橢球改正 ellipsoidmapprojection 1d級別gtc格式 進行了地理編碼 地形改正 與所使用的dem相一致的地圖投影坐標 與生成1c級別的gec相比 需要使用dem cosmo產(chǎn)品級別 cosmo產(chǎn)品處理流程 成像模式 himage 3m分辨率 入射角 30 7 33 7 視線方向 右視軌道方向 升軌極化方式 hh產(chǎn)品級別 1a scs獲取時間 2009 09 0900 25 utc 影像大小 方位向 46 6km距離向 40 8km影像范圍 左上41 7436 n 81 8343 e右上41 8108 n 82 3169 e左下42 1555 n 81 7283 e右下42 2228 n 82 2141 e 4 5拍攝參數(shù) 以某景cosmo數(shù)據(jù)為例 csks2 scs b hi 04 hh ra sf 20090909002526 20090909002533 h5 參數(shù)在數(shù)據(jù)文件名中的對應 第幾顆衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù) 產(chǎn)品級別 獲取模式 對應分辨率 波束 對應入射角 極化方式 左 右視 升 降軌 數(shù)據(jù)分發(fā)模式 可選擇狀態(tài) 獲取開始時間 utc 獲取結(jié)束時間 utc seasatnasa jpl1978 06 27 1978 10 10l波段ers 1esa1991 07 17 2000 03 10c波段ers 2esa1995 04 21 至今c波段envisatesa2002 03 01 至今c波段radarsat 1csa1995 11 04 至今c波段radarsat 2csa mda2007 12 14 至今c波段jers 1jaxa1992 02 11 1998 10 11l波段alosjaxa2006 01 24 至今l波段cosmo skymedasi2007 06 08 至今x波段terrasar xdlr2007 06 15 至今x波段 五 sar數(shù)據(jù)的查詢 5 1sar衛(wèi)星 1 cosmo skymed網(wǎng)址 http www e geos it catalog htmlusername beocosmopassword beomarke