Polarisasi SARmenerangkan orientasi medan elektromagnet yang dipancarkan dan diterima oleh sistem radar apertur sintetik. Oleh kerana permukaan dan struktur yang berbeza menyebarkan medan mendatar dan menegak secara berbeza, polarisasi merupakan salah satu pembolehubah yang paling berguna untuk mentafsir imejan SAR.
Panduan ini menerangkan empat saluran pengkutuban linear - HH, HV, VH dan VV - dan tiga mod pemerolehan yang biasa digunakan: pengkutuban tunggal, pengkutuban dwi dan pengkutuban penuh (kuad). Ia juga menggariskan bagaimana jurutera memilih mod untuk penderiaan jauh, ujian radar dan penilaian sistem antena.
Apakah Polarisasi SAR?
Kebanyakan sistem SAR bawaan angkasa menggunakan polarisasi linear mendatar (H) dan menegak (V). Kod saluran dua huruf mengenal pasti polarisasi yang dihantar terlebih dahulu dan polarisasi yang diterima kemudian. Contohnya, HH bermaksud penghantaran mendatar dan penerimaan mendatar, manakala HV bermaksud penghantaran mendatar dan penerimaan menegak.
Pengkutuban penting kerana sasaran boleh mengekalkan pengkutuban datang, memutarkannya atau mendepolarisasi sebahagian daripada pulangan. Kekasaran permukaan, geometri, sifat dielektrik, panjang gelombang, sudut kejadian dan struktur dalaman semuanya mempengaruhi serakan balik yang diukur. Oleh itu, pengkutuban harus ditafsirkan bersama-sama dengan jalur frekuensi, geometri tontonan dan data imej yang dikalibrasi.
Apakah Maksud HH, HV, VH dan VV?
| Saluran | Hantar | Terima | Pengelasan |
|---|---|---|---|
| HH | Mendatar | Mendatar | Terkutub bersama |
| HV | Mendatar | Menegak | Terkutub silang |
| VH | Menegak | Mendatar | Terkutub silang |
| VV | Menegak | Menegak | Terkutub bersama |
HH dan VV ialah saluran ko-kutub kerana polarisasi penghantaran dan penerimaan adalah sama. HV dan VH ialah saluran bersilang-kutub kerana polarisasi penerimaan adalah ortogonal kepada polarisasi yang dihantar. Dalam sistem monostatik timbal balik yang dikalibrasi, tindak balas HV dan VH selalunya serupa, tetapi kedua-dua saluran dikekalkan dalam ukuran polarimetrik penuh.
Tiga Mod Polarisasi SAR Utama
1. Polarisasi Tunggal
Pemerolehan polarisasi tunggal merekodkan satu saluran, biasanya HH atau VV. Ia menawarkan isipadu data yang lebih rendah dan pemprosesan yang lebih mudah apabila satu saluran yang disahkan mencukupi. Batasannya ialah satu saluran memberikan kurang maklumat tentang mekanisme penyebaran dan struktur sasaran.
2. Polarisasi Berganda
Pemerolehan dwi-polarisasi merekodkan dua saluran. Kombinasi biasa termasuk HH+HV dan VV+VH, di mana radar menghantar satu polarisasi dan menerima kedua-dua pulangan terkutub bersama dan bersilang. Sesetengah sistem juga menyokong pasangan ko-pol seperti HH+VV. Data dwi-pol menambah diskriminasi yang berguna sambil memastikan keperluan kadar data dan pemprosesan lebih mudah diurus daripada polarimetri penuh. ESA menyatakan bahawa Sentinel-1 menyokong VV+VH atau HH+HV dalam skema dwi-polarisasinya.
3. Polarisasi Penuh atau Kuad
SAR polarimetrik penuh merekodkan HH, HV, VH dan VV sebagai saluran kompleks. Radar quad-pol klasik menghantar H dan V secara berurutan dan menerima pulangan H dan V, memelihara maklumat amplitud dan fasa relatif. Ini menyokong analisis matriks serakan dan penguraian, pengelasan dan pencirian sasaran terperinci.
Pertukarannya adalah kerumitan sistem yang lebih besar, permintaan penentukuran, jumlah data dan usaha pemprosesan. Bergantung pada sensor, operasi polarisasi penuh juga mungkin melibatkan jalur yang lebih sempit atau kekangan pemerolehan yang berbeza. Polarisasi padat adalah seni bina SAR yang sah, tetapi ia berbeza daripada mod linear tunggal, dwi dan empat polar tradisional yang dibincangkan di sini.
Ko-Polarisasi vs. Polarisasi Silang
Saluran ko-kutub selalunya mengekalkan pulangan yang kuat daripada permukaan dan struktur yang mengekalkan pengkutuban yang dihantar. Pulangan terkutub silang menunjukkan bahawa proses penyerakan mengubah sebahagian daripada keadaan pengkutuban melalui penyerakan isipadu, pantulan berganda, geometri kompleks atau struktur anisotropik.
- Air yang tenang dan permukaan yang licin:sering kelihatan gelap apabila kebanyakan tenaga dipantulkan menjauhi radar; kekasaran, angin dan sudut kejadian boleh meningkatkan serakan balik.
- Tumbuhan:dahan, batang dan daun menghasilkan serakan isipadu, jadi saluran silang boleh menambah maklumat struktur yang berharga.
- Kawasan bandar:bangunan dan permukaan tanah boleh menghasilkan pulangan ko-pol yang kuat dan penyebaran lantunan berganda, bergantung pada orientasi dan geometri pengimejan.
- Tanah, salji dan ais:kelembapan, kekasaran, kedalaman, panjang gelombang dan struktur dalaman semuanya mempengaruhi tindak balas pengkutuban.
Ini adalah prinsip tafsiran dan bukannya peraturan universal. Saluran tidak boleh dipilih secara bebas daripada jalur radar, sudut kejadian, resolusi, musim dan kualiti penentukuran.
Cara Memilih Mod Polarisasi SAR
| Keperluan | Titik permulaan praktikal |
|---|---|
| Pemantauan kawasan luas atau jumlah data terhad | Poli tunggal apabila saluran yang disahkan memenuhi objektif pengesanan |
| Diskriminasi tumbuh-tumbuhan, pertanian atau penutup tanah | Data ko- dan terkutub silang dwi-pol untuk maklumat penyebaran tambahan |
| Pemetaan ais laut, lautan atau banjir | Pilih mod berasaskan HH atau VV mengikut jalur, sudut kejadian dan kaedah yang disahkan |
| Pengelasan lanjutan atau penguraian serakan | Quad-pol penuh apabila maklumat empat saluran yang dikalibrasi fasa diperlukan |
Mod terbaik adalah khusus aplikasi. Jurutera harus membandingkan kandungan maklumat dengan liputan, resolusi, nisbah isyarat-ke-hingar, petak, masa semakan semula, sumber pemprosesan dan keupayaan penentukuran.
Pertimbangan Antena dan RF untuk Radar Polarimetrik
Pengukuran polarimetrik yang boleh dipercayai bergantung kepada lebih daripada sekadar algoritma pemprosesan. Antena dan rantai RF mesti mengekalkan prestasi yang stabil dalam kedua-dua saluran pengkutuban. Parameter penting termasuk:
- frekuensi operasi dan lebar jalur serta-merta;
- keseimbangan gandaan dan corak sinaran antara port H dan V;
- pengasingan pelabuhan ke pelabuhan dan diskriminasi silang kutub;
- kestabilan amplitud dan fasa;
- VSWR, antara muka penyambung dan penentukuran kabel;
- penjajaran antena, geometri pelekap dan satah rujukan penentukuran.
Bekalan RF MISOantena horn dwi-polarisasi, antena hon dwi-kutub jalur lebardan penyelesaian antena RF lain untuk radar, pengukuran dan kerja penyepaduan sistem. Pemilihan model hendaklah sentiasa berdasarkan helaian data semasa dan keperluan ujian yang lengkap.
Soalan Lazim
Huruf yang manakah muncul dahulu dalam kod pengkutuban SAR?
Huruf pertama mengenal pasti polarisasi yang dihantar dan huruf kedua mengenal pasti polarisasi yang diterima. HV bermaksud penghantaran mendatar dan penerimaan menegak.
Apakah perbezaan antara SAR dwi-pol dan quad-pol?
Dwi-pol merekodkan dua saluran, biasanya HH+HV atau VV+VH. Empat-pol merekodkan HH, HV, VH dan VV serta mengekalkan hubungan yang diperlukan untuk analisis polarimetrik penuh.
Adakah satu polarisasi SAR sentiasa terbaik?
Tidak. Mod yang paling berguna bergantung pada sasaran, panjang gelombang radar, sudut kejadian, resolusi, keadaan persekitaran dan objektif pemprosesan.
Mengapakah saluran rentas-pol berguna?
HV atau VH boleh mendedahkan penyerakan yang mengubah polarisasi insiden, terutamanya penyerakan isipadu dan sasaran yang kompleks dari segi struktur seperti tumbuh-tumbuhan.
Kesimpulan
Pengkutuban SAR mengawal cara radar menerangi sasaran dan cara medan yang dikembalikan diukur. HH dan VV ialah saluran ko-kutub, manakala HV dan VH ialah saluran silang-kutub. Poli tunggal menawarkan kecekapan, poli dwi menambah diskriminasi dan poli empat penuh menyediakan set data polarimetrik linear yang paling lengkap. Keputusan yang tepat memerlukan mod pemerolehan, sistem antena, kaedah penentukuran dan keperluan aplikasi dipertimbangkan bersama.
Untuk pemilihan antena atau sokongan pengukuran RF polarimetrik, semak RF MISOkeupayaan ujian antena or hubungi pasukan RF MISO.
Rujukan dan Bacaan Lanjut
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang antena, sila layari:
Masa siaran: 28 Jun 2024
