SAR圖像的特征

1、 微波圖像的特點(diǎn)1 側(cè)視雷達(dá)圖像的參數(shù)2 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特點(diǎn)3 側(cè)視雷達(dá)圖像的信息特點(diǎn)4 典型地物的散射特性第一節(jié) 側(cè)視雷達(dá)參數(shù)n工作參數(shù)：波長(zhǎng)、極化方式、俯角（入射角）、照射帶寬、顯示方式（地距、斜距）n飛行參數(shù)：高度，星下點(diǎn)，姿態(tài)，傾角，成像時(shí)間，軌道，幀，景n圖像參數(shù)：分辨率(平均分辨率，體分辨率)1，工作參數(shù)n 平臺(tái)的地面軌跡是星下點(diǎn)NADIR (B) 雷達(dá)能量照射的區(qū)域是幅寬SWATH（C） 橫跨軌跡向的尺度是距離（D） 沿軌跡的尺度是方位AZIMUTH（E）雷達(dá)測(cè)距原理n發(fā)射一雷達(dá)脈沖與接收它從地面上每一點(diǎn)返回的信號(hào)間的時(shí)間間隔是從天線到這些點(diǎn)的距離的直接度量.n地面距離是由雷

2、達(dá)的星下點(diǎn)到地面點(diǎn)的水平地面距離決定的. Incidence Angle入射角2，工作參數(shù)衛(wèi)星參數(shù)ERS-1/2 SARENVISAT ASAR發(fā)射國(guó)家及發(fā)射時(shí)間歐空局1991.7.17/1995.4歐空局2003.5赤道高度（km）785800半長(zhǎng)軸（km）71537159.5軌道傾角（度）98.598.55偏心率0.00117衛(wèi)星重量（kg）24008200波段(cm)C(5.7)C(5.7)頻率（GHZ）5.255.25周期（min）/軌道數(shù)100.465/14.3101重復(fù)周期（天）3535太陽(yáng)帆板功率（千瓦）太陽(yáng)陣長(zhǎng)24m,寬5m電池鎳鎘電池鎳鎘電池過(guò)境時(shí)間10:30/1110:00

3、設(shè)計(jì)壽命（年）25-10極化方向VV多極化視數(shù)4入射角（度）2315-45輻照寬度（km）10056-400距離分辨率（m）2626方位分辨率（m）3030雷達(dá)天線類型、尺寸(m)波導(dǎo)101波導(dǎo)101.3脈沖重復(fù)頻率/Hz16781678發(fā)送器峰值功率4.8KW7.95KW平均雷達(dá)數(shù)據(jù)下傳率（Mb/s）105100工作時(shí)間（min）10傳感器重量/kg10002000 wavelength 波長(zhǎng)fD=c/central frequency 中心頻率Wsystem bandwidth 系統(tǒng)帶寬fnsampling frequency 采樣頻率fNy=fn/2Nyquist frequency 采

4、樣倍頻off-nadir angle 入射角local terrain slope (range) 局部地形坡度Hplatform altitude 軌道高度nslant range resolution 斜向分辨率rslant range sampling interval 斜向采樣間隔gground range resolution 地距分辨率Bbaseline 基線Bnnormal baseline 基線正常分量Brradial baseline 基線徑向分量Bnccritical baseline 臨界基線rslant range axis 斜距軸rDsensor-target dis

5、tance 星地距離yground range axis 地距軸zelevation axis 高度軸kyground range wave number 1/ 地距向波數(shù)interferometric phase 干涉相位3，分辨率(平均面分辨率，體分辨率)n距離分辨率是俯角的函數(shù)，它實(shí)際上是變化的，因此常用平均面分辨率來(lái)描述圖像的分辨率。它是照射帶近端至遠(yuǎn)端所有分辨單元面積之平均。n灰度分辨率為可以分辨出兩個(gè)地物目標(biāo)的最小灰度對(duì)比度。體分辨率即空間分辨率與灰度分辨率之積。sfarnearRrRANRrRsRgRv 面分辨率=距離分辨率X方位分辨率 微波圖像的特點(diǎn)2 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特點(diǎn)第

6、二節(jié) 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征n2.1 斜距顯示的距離壓縮n2.2 側(cè)視雷達(dá)陰影n2.3 側(cè)視雷達(dá)透視收縮n2.4 側(cè)視雷達(dá)疊掩2.1 斜距顯示的距離壓縮Range compression n雷達(dá)成像在方位向和距離向分辨率是不統(tǒng)一的。q方位分辨率方位分辨率q當(dāng)載波波長(zhǎng)、天線孔徑和軌道高度一定時(shí)，方位分辨率是一個(gè)常數(shù)。q距離分辨率距離分辨率q脈沖寬度、波速一定時(shí)，距離分辨率與雷達(dá)俯角或當(dāng)?shù)厝肷浣怯嘘P(guān)。n n n 距離壓縮原理示意圖距離壓縮現(xiàn)象雷達(dá)影像 n雷達(dá)圖像距離壓縮規(guī)律q1，距離壓縮距離壓縮是斜距成像的雷達(dá)影像在距離向呈圖像壓縮的幾何失真現(xiàn)象。；q2，由于距離向目標(biāo)當(dāng)?shù)厝肷浣翘幪幉幌嗟龋栽?/p>

7、距離向目標(biāo)分辨率處處不同；q3，靠近星下點(diǎn)的目標(biāo)成像壓縮現(xiàn)象嚴(yán)重，遠(yuǎn)離星下點(diǎn)的目標(biāo)壓縮現(xiàn)象較輕微；q4，如果對(duì)山地成像，即便地距顯示也不能保證圖像無(wú)幾何形變。換言之，山地必有幾何形變。2.2 側(cè)視雷達(dá)陰影Radar shadown側(cè)視雷達(dá)成像在距離向會(huì)產(chǎn)生雷達(dá)陰影。起伏地形的后坡后坡雷達(dá)波束不能到達(dá)，沒(méi)有回波信號(hào)，在圖像相應(yīng)位置出現(xiàn)暗區(qū)。n有三種情況：q1，地形后坡坡度小于雷達(dá)俯角：不會(huì)產(chǎn)生陰影q2，地形后坡坡度等于雷達(dá)俯角：視后坡粗糙度如何q3，地形后坡坡度大于雷達(dá)俯角：產(chǎn)生陰影 雷達(dá)陰影產(chǎn)生原理示意圖123 n側(cè)視雷達(dá)陰影產(chǎn)生的規(guī)律q1，雷達(dá)陰影雷達(dá)陰影是起伏地形的雷達(dá)影像在后坡出現(xiàn)暗區(qū)的

8、圖像缺失現(xiàn)象。q2，雷達(dá)陰影的產(chǎn)生與坡度及雷達(dá)俯角有關(guān)；q3，判斷雷達(dá)陰影還要考慮山脊走向與衛(wèi)星航向的關(guān)系，考慮真傾向與偽傾向的關(guān)系；q4，陰影區(qū)不含信息，但卻是一種很好的觀測(cè)方向和地形信息的指示器指示器。2.3側(cè)視雷達(dá)雷達(dá)透視收縮Radar foreshorteningn透視收縮也稱“前縮”，起伏地形的雷達(dá)影像山坡長(zhǎng)度的按比例計(jì)算后總比實(shí)際長(zhǎng)度要短。n主要是面向雷達(dá)波束的斜面投影到斜距平面時(shí)斜面的壓縮，歸根結(jié)底還是距離壓縮現(xiàn)象。 透視收縮原理圖雷達(dá)影像的透視收縮現(xiàn)象 n側(cè)視雷達(dá)透視收縮規(guī)律q1，透視收縮透視收縮是面向雷達(dá)波束的斜面投影到斜距平面時(shí)距離壓縮增強(qiáng)現(xiàn)象，歸根結(jié)底還是距離壓縮。q2，

9、圖像上前坡總是比后坡距離壓縮明顯，透視收縮表明較大的回波面積集中體現(xiàn)在較小的圖像區(qū)域，在強(qiáng)度圖像上，前坡比后坡明亮。q3，當(dāng)入射角為零時(shí)，山頂、山腰、山底的回波集中到一點(diǎn)，出現(xiàn)最大透視收縮。q4，圖像的透視收縮比率(為當(dāng)?shù)厝肷浣?：%100)sin1 (pF2.4 側(cè)視雷達(dá)疊掩Radar layovern側(cè)視雷達(dá)為距離成像，最早返回的信號(hào)記錄在近距端，后返回的記錄在遠(yuǎn)距端。n在起伏地形成像，當(dāng)坡度與雷達(dá)俯角之和大于90度時(shí)（即當(dāng)?shù)厝肷浣菫樨?fù)時(shí)），山頂部分的回波比來(lái)自山腳部分的回波更早被雷達(dá)接收記錄，從而使山頂影像“疊置”在山腳影像之前。 n側(cè)視雷達(dá)疊掩規(guī)律q1，雷達(dá)疊掩雷達(dá)疊掩也稱頂?shù)孜灰疲?/p>

10、山頂部分的回波比山腳部分的回波更早被雷達(dá)接收記錄，從而使山頂影像“疊置”在山底之前的圖像失真現(xiàn)象。q2，疊掩現(xiàn)象與局部入射角密切相關(guān)：n 0時(shí)，疊掩n0 90 時(shí)，透視收縮n90 影響回波能量影響回波能量q波長(zhǎng)不同，波長(zhǎng)不同，復(fù)介電常數(shù)復(fù)介電常數(shù)不同不同-影響目標(biāo)反射能力和影響目標(biāo)反射能力和電磁波穿透力電磁波穿透力q當(dāng)波長(zhǎng)為當(dāng)波長(zhǎng)為1cm時(shí)，時(shí)，大多數(shù)大多數(shù)表面是粗糙面，當(dāng)波長(zhǎng)為表面是粗糙面，當(dāng)波長(zhǎng)為1m時(shí)，時(shí)，很少很少表面是粗糙面。表面是粗糙面。q當(dāng)波長(zhǎng)為當(dāng)波長(zhǎng)為1cm時(shí)，時(shí)，穿透力很弱穿透力很弱，當(dāng)波長(zhǎng)為，當(dāng)波長(zhǎng)為1m時(shí)，時(shí)，對(duì)對(duì)濕土穿透力為濕土穿透力為0.3m,而對(duì)而對(duì)干燥土壤穿透力為干

11、燥土壤穿透力為1m。 n 含水量和波長(zhǎng)對(duì)穿透能力的影響ERS-1s smaller look angle of 23 degrees compared to JERS-1s look angle of 36 degrees. nThese images help explain why JERS-1 data is often preferred for use in land analysis applications. The longer wavelength transmitted by JERS-1 (23.5 cm) passes through much of the small

12、er vegetation which scatters ERS-1 signals (5.66 cm wavelength). Note how the JERS-1 image distinctly outlines the various geological features. The incident radar reflects off the calm water, resulting in little return or a black region in the image. The rocky areas around the braiding Yukon River r

13、espond brightly to the JERS-1 radiation, distinguishing them from the marshy grounds where a significant amount of the signal again reflects away from the spacecraft. The surrounding hills and their drainages are again well distinguished in the JERS-1 image. n4，入射角，入射角n入射角的變化可改變分辨單元的面積A。n入射角變化影響平均散射

14、系數(shù)0（）n瑞利準(zhǔn)則：入射角減小，目標(biāo)表面粗糙度增加。進(jìn)而增加目標(biāo)散射能量的分布范圍。(極端情況：掠射)。cos)0()(00=90 -( + ) n對(duì)光滑表面，入射角變化可造成25dB以上的回波強(qiáng)度變化。 n對(duì)于粗糙表面，隨粗糙度不同而不同。 n一般地， 0()曲線可按入射角分為三個(gè)部分：近垂直入射區(qū)、平直區(qū)和近切向入射區(qū)。n一般陸地入射角都在平直區(qū)。山地會(huì)出現(xiàn)另外兩種現(xiàn)象。(前坡亮后坡暗)n海洋測(cè)量有時(shí)會(huì)采用垂直入射eg:油污檢驗(yàn)中，平靜海面認(rèn)為是光滑表面，垂直入射保證足夠得信噪比，進(jìn)而提取油污。 n5，極化方式，極化方式n雷達(dá)成像系統(tǒng)一般發(fā)射水平極化波，當(dāng)與地表相互作用時(shí)，形成水平和垂直

15、兩個(gè)分量，可用不同的極化天線去接收，形成HH和HV圖像。同樣有VV和VH圖像。n粗糙表面同極化HH和VV沒(méi)什么區(qū)別。光滑表面HH比VV回波信號(hào)可以低15dB。 n對(duì)于交叉極化，回波要比同極化低8-25dB。n產(chǎn)生交叉極化的過(guò)程稱為去極化。去極化原因：q平滑表面的鏡面反射；q粗糙表面引起的多次反射；q地表趨膚深度層內(nèi)非均勻物體引起的散射（體散射和多路徑）；q地物目標(biāo)本身的各向異性產(chǎn)生的散射。 na:植被散射；b:土壤表面散射；c:體散射；d:多路徑。 n6，亞表面粗糙度和體散射，亞表面粗糙度和體散射n亞表面粗糙度是當(dāng)雷達(dá)波束穿透地物時(shí)，第二層介質(zhì)的粗糙度。eg：覆蓋在屋頂?shù)难軓幕夭吹絻烧叩?/p>

16、信息。n體散射是當(dāng)雷達(dá)波束穿透地物時(shí)，由于地物內(nèi)部物質(zhì)的不均勻性，和連續(xù)的空間位置分布，引起體內(nèi)散射的各向同性各向同性。CR-corner reflectorn7，角反射器效應(yīng)n當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)具有兩個(gè)互相垂直的光滑表面互相垂直的光滑表面或有三三個(gè)相互垂直的光滑表面?zhèn)€相互垂直的光滑表面時(shí)，就形成角反射器角反射器。n房屋墻面與地面形成兩面角角反射器；建筑物的凹部與地表面形成三面角角反射器。人造角反射器ParisPalm8, 虛假現(xiàn)象虛假現(xiàn)象 n n Paris3.4 典型地物的散射特性1.農(nóng)作物和草地2.森林3.土壤4.巖石5.海風(fēng)6.冰雪 n n n n n n n n n 內(nèi)容小結(jié)n1.側(cè)視雷達(dá)的圖像參數(shù)：工作參數(shù)（波長(zhǎng)、極化、入射角、顯示方式）和圖像質(zhì)量參數(shù)（分辨率：平均面）n2.測(cè)試?yán)走_(dá)圖像的幾何特點(diǎn)：距離壓縮，透視收縮，疊掩，陰影n3.雷達(dá)圖像的信息特點(diǎn)（1）地面目標(biāo)的反應(yīng)：反射，散射，透射，吸收(