Поляризация SARОписывает ориентацию электромагнитного поля, передаваемого и принимаемого радиолокационной системой с синтезированной апертурой. Поскольку различные поверхности и структуры рассеивают горизонтальные и вертикальные поля по-разному, поляризация является одной из наиболее полезных переменных для интерпретации изображений с синтезированной апертурой.
В этом руководстве описываются четыре канала линейной поляризации — HH, HV, VH и VV — и три наиболее часто используемых режима сбора данных: однополяризационный, двухполяризационный и полнополяризационный (четырехполяризационный). Также в нем излагается, как инженеры выбирают режим для дистанционного зондирования, тестирования радаров и оценки антенных систем.
Что такое поляризация SAR?
Большинство космических систем SAR используют горизонтальную (H) и вертикальную (V) линейную поляризацию. Двухбуквенный код канала сначала идентифицирует передаваемую поляризацию, а затем принимаемую. Например, HH означает горизонтальную передачу и горизонтальный прием, а HV — горизонтальную передачу и вертикальный прием.
Поляризация имеет значение, поскольку объект может сохранять поляризацию падающего излучения, поворачивать её или деполяризовывать часть возвращаемого излучения. Шероховатость поверхности, геометрия, диэлектрические свойства, длина волны, угол падения и внутренняя структура — всё это влияет на измеряемое обратное рассеяние. Поэтому поляризацию следует интерпретировать вместе с частотным диапазоном, геометрией наблюдения и калиброванными данными изображения.
Что означают HH, HV, VH и VV?
| Канал | Передача | Получать | Классификация |
|---|---|---|---|
| HH | Горизонтальный | Горизонтальный | Совместно поляризованный |
| HV | Горизонтальный | Вертикальный | Кросс-поляризованный |
| VH | Вертикальный | Горизонтальный | Кросс-поляризованный |
| VV | Вертикальный | Вертикальный | Совместно поляризованный |
Каналы HH и VV являются кополяризованными, поскольку поляризация передачи и приема одинакова. Каналы HV и VH являются кроссполяризованными, поскольку поляризация приема ортогональна поляризации передачи. В калиброванной системе взаимной моностатической связи отклики HV и VH часто схожи, но оба канала сохраняются в полных поляриметрических измерениях.
Три основных режима поляризации SAR
1. Однополяризационная
При однополяризационной регистрации регистрируется один канал, чаще всего HH или VV. Это обеспечивает меньший объем данных и более простую обработку, если достаточно одного проверенного канала. Ограничением является то, что один канал предоставляет меньше информации о механизмах рассеяния и структуре цели.
2. Двойная поляризация
Двухполяризационная регистрация данных включает запись двух каналов. Распространенные комбинации включают HH+HV и VV+VH, когда радар передает один сигнал с одной поляризацией и принимает как ко-, так и кросс-поляризованные отражения. Некоторые системы также поддерживают пару ко-поляризационных сигналов, например, HH+VV. Двухполяризационные данные обеспечивают полезную дифференциацию, сохраняя при этом требования к скорости передачи данных и обработке более управляемыми, чем при полной поляриметрии. ЕКА заявляет, что Sentinel-1 поддерживает VV+VH или HH+HV в своих двухполяризационных схемах.
3. Полная или четырехполяризация
Полнополяриметрическая радиолокационная система с синтезированной апертурой (SAR) регистрирует сигналы HH, HV, VH и VV в виде комплексных каналов. Классический четырехполяризационный радар последовательно передает сигналы H и V и принимает отраженные сигналы H и V, сохраняя информацию об амплитуде и относительной фазе. Это позволяет проводить анализ матрицы рассеяния, детальное разложение, классификацию и характеризацию целей.
Компромисс заключается в большей сложности системы, необходимости калибровки, объеме данных и трудозатратах на обработку. В зависимости от датчика, работа в режиме полной поляризации может также включать более узкую полосу обзора или другие ограничения при сборе данных. Компактная поляризация — еще одна допустимая архитектура SAR, но она отличается от традиционных линейных режимов с одной, двумя и четырьмя поляризациями, обсуждаемых здесь.
Кополяризация против кросс-поляризации
В каналах с кополяризацией часто сохраняются сильные отражения от поверхностей и структур, поддерживающих передаваемую поляризацию. Отражения с кросс-поляризацией указывают на то, что процесс рассеяния изменил часть состояния поляризации за счет объемного рассеяния, многократных отражений, сложной геометрии или анизотропной структуры.
- Спокойная вода и гладкие поверхности:Часто они выглядят темными, когда большая часть энергии отражается от радара; шероховатость поверхности, ветер и угол падения могут усиливать обратное рассеяние.
- Растительность:Ветви, стволы и листья создают объемное рассеяние, поэтому каналы кросс-поляризации могут предоставить ценную структурную информацию.
- Городские районы:В зависимости от ориентации и геометрии изображения здания и поверхности земли могут генерировать сильные кополяризованные отражения и рассеяние с двойным отражением.
- Почва, снег и лед:Влажность, шероховатость, глубина, длина волны и внутренняя структура — все эти факторы влияют на поляризационный отклик.
Это скорее принципы интерпретации, чем универсальные правила. Выбор канала не должен зависеть от радиолокационного диапазона, угла падения, разрешения, сезона и качества калибровки.
Как выбрать режим поляризации SAR
| Требование | Практическая отправная точка |
|---|---|
| Широкомасштабный мониторинг или ограниченный объем данных | Однополяризационный режим, когда проверенный канал соответствует целевому показателю обнаружения. |
| Дискриминация по признаку растительности, сельского хозяйства или типа землепользования | Двухполяризованные ко- и кросс-поляризованные данные для получения дополнительной информации о рассеянии |
| Картирование морского льда, океана или наводнений | Выберите режимы на основе HH или VV в зависимости от диапазона, угла падения и проверенного метода. |
| Расширенная классификация или разложение на составляющие рассеяния | Полная четырехполяризация при необходимости получения фазово-калиброванной информации по четырем каналам. |
Наилучший режим зависит от конкретного приложения. Инженеры должны сравнивать информационное содержание с охватом, разрешением, отношением сигнал/шум, шириной полосы обзора, временем повторного облета, вычислительными ресурсами и возможностями калибровки.
Антенные и радиочастотные аспекты поляриметрического радара.
Надежные поляриметрические измерения зависят не только от алгоритма обработки. Антенна и радиочастотный тракт должны обеспечивать стабильную работу в обоих поляризационных каналах. Важные параметры включают:
- рабочая частота и мгновенная полоса пропускания;
- Усиление и баланс диаграммы направленности между портами H и V;
- Изоляция между портами и межполярная дискриминация;
- Стабильность амплитуды и фазы;
- КСВН, интерфейс разъема и калибровка кабеля;
- Выравнивание антенны, геометрия крепления и калибровочная опорная плоскость.
Источники питания RF MISOдвухполяризованные рупорные антенны, широкополосные двухполяризационные рупорные антенныа также другие решения для радиочастотных антенн, используемые в радиолокации, измерениях и системной интеграции. Выбор модели всегда должен основываться на текущих технических характеристиках и полных требованиях к тестированию.
Часто задаваемые вопросы
Какая буква стоит первой в поляризационном коде SAR?
Первая буква обозначает поляризацию передаваемого сигнала, а вторая — поляризацию принимаемого сигнала. HV означает горизонтальную передачу и вертикальный прием.
В чём разница между двухполяризационной и четырёхполяризационной SAR?
Двухполяризационная запись регистрирует два канала, обычно HH+HV или VV+VH. Четырехполяризационная запись регистрирует HH, HV, VH и VV и сохраняет соотношения, необходимые для полного поляриметрического анализа.
Всегда ли одна поляризация SAR является оптимальной?
Нет. Наиболее полезный режим зависит от цели, длины волны радара, угла падения, разрешения, условий окружающей среды и цели обработки.
Почему кроссполяризационные каналы полезны?
HV или VH могут выявлять рассеяние, изменяющее поляризацию падающего излучения, особенно объемное рассеяние и рассеяние на структурно сложных объектах, таких как растительность.
Заключение
Поляризация SAR определяет, как радар освещает цель и как измеряется возвращаемое поле. Каналы HH и VV являются кополяризованными, а HV и VH — кроссполяризованными. Однополяризационная поляризация обеспечивает эффективность, двухполяризационная — повышает разрешающую способность, а полноквадратичная поляризация предоставляет наиболее полный линейный поляриметрический набор данных. Для получения точных результатов необходимо учитывать режим сбора данных, антенную систему, метод калибровки и требования приложения.
Для выбора антенны или поддержки поляриметрических ВЧ-измерений ознакомьтесь с RF MISO.возможности тестирования антенн or свяжитесь с командой RF MISO.
Список литературы и дополнительные материалы
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Дата публикации: 28 июня 2024 г.
