通過示例學習合成孔徑雷達（SAR）?
合成孔徑雷達（SAR）基礎知識?
合成孔徑雷達（SAR）是一種新興的遙感技術。
事實上，Sentinel-1裝備了這個 active type of sensor。 同樣，雷達衛星和地形雷達使用合成孔徑雷達。
這項技術的主要優勢在于它能夠在任何天氣條件下，甚至在夜間合成出高分辨率的圖像。
今天，我們不打算深入了解這項技術如何工作的確切細節。相反，我們將用基本的例子解釋SAR圖像，并給出一些實際應用。
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SAR的蝙蝠狀能力?
據說，合成孔徑雷達類似于蝙蝠如何利用回聲定位在洞穴中導航。
蝙蝠在洞穴中飛行時，用聲音來導航。一般來說，它們會產生50到120分貝的聲波。當這個聲音從墻壁上反彈回到蝙蝠身上時，它根據回聲來理解距離。
一般來說，同樣的原則也適用于SAR。衛星 發送 微波脈沖對地。脈沖 返回 返回衛星，傳感器從返回的回聲中生成圖像。
一般來說，合成孔徑雷達是側視的。這意味著他們不會完全看不起更低點，而是從一個角度看。這種視角有很多優點，我將在下面提到。
前面提到過，微波雷達可以在夜間透過云層和煙霧看到。在一天中的任何時候，或者在任何類型的天氣條件下，sar都起作用。
實際上，更長的波長可以更好地穿透云層，甚至穿透地面。例如，L波段（~24cm）雷達的波長比C波段（~6cm）和X波段（~3cm）長。
雷達散射類型?
側視雷達與不同類型的地形相互作用。三種主要的散射機制是鏡面反射、漫反射和雙反射。
首先，我們將提供每種散射類型的示意圖。之后，我們將給出每種散射發生的位置的解釋。
光滑表面 反射來自平坦的地形，如道路或水。對于這種散射，傳輸脈沖的能量很少返回到傳感器（類似于鏡子）。在本例中，將顯示像素 黑色 通常值小于-20db。
光滑表面（鏡面反射）
粗糙表面 散落的，如犁過的農田和植被。散射向四面八方擴散。例如，典型的像素值將大于-20db并且 grey .
粗糙表面（漫反射散射）
經常， 雙彈跳 發生在結構和人造物體上。反射脈沖一個接一個地撞擊到傳感器表面。例如，將出現典型的像素值 白色 值大于-10db。
雙反散射
SAR圖像解釋?
現在你已經了解了合成孔徑雷達的一些基本知識，讓我們來看一個具有這些散射類型的SAR圖像。在這個RADARSAT-2例子中，圖像清楚地顯示了所有三種類型的后向散射。
RADARSAT-2圖像：雙反彈、鏡面反射和漫反射后向散射
鏡面反射： 在這個場景中，有一條河流向東西方向流動。如上圖所示，很少有能量反射回雷達傳感器。在這種情況下，像素是暗的，低分貝。
這也可以在道路/機場鋪面的東南部看到。同樣，這是光滑表面的鏡面反射。
雙反彈散射: 另一方面，圖像中心的亮白色可以解釋為城市特征。雷達接收到的是雙彈跳后向散射，這意味著發射的脈沖正在返回傳感器。
在這個尺度上還不清楚這個物體是什么，但它是由于雙彈跳返回。由于其值大于-10db，像素將顯示為亮白色。
擴散散射： 最后，雷達圖像大部分是粗糙面散射。你有一點鏡面反射和雙反射散射。
這可能來自年度農田、植被或草地或其他特征。它是漫反射散射，因為圖像中沒有高或低數量的后向散射。
合成孔徑雷達示例應用?
我們如何將這些sar概念應用到現實世界中？有 hundreds of remote sensing applications。 同樣，合成孔徑雷達在環境、安全、軍事等方面也有應用。實際上，之一個與sar（搜索和救援）的縮寫相同。
在 搜救任務 ，天氣條件往往很差。在森林火災的情況下，煙霧會完全阻擋能見度。由于微波合成孔徑雷達不受這些條件的影響，救援人員利用微波合成孔徑雷達在地面上尋找人造物體。具體來說，它尋找碰撞地點發生的雙彈跳散射。甚至在哪里 泛濫的 如果存在鏡面反射（深色像素），則發生。
科學家利用合成孔徑雷達 估計地面高程 與 Space Shuttle Radar Topography Mission inSAR。 這顆衛星使用干涉法（InSAR）產生了最精確的 elevation models 全世界。此外，科學家們還利用InSAR測量基于相位差的地形位移。
雷達干涉測量InSAR–地形位移
如上圖所示，SAR是關于基于后向散射的表面特征的理解。這就是為什么我們在 石油泄漏 了解海浪。在溢油期間，油浮在水面上抑制波浪。使用合成孔徑雷達，這將創建一個更平滑的表面，在雷達圖像中出現黑暗。但如果你是 尋找一艘船 在北極地區，你會在sar圖像中尋找雙反射或亮像素。
最后，微波雷達具有對介質常數敏感的特點。這就是研究人員試圖研究的原因 土壤水分 使用合成孔徑雷達。在農業中，農民可以利用這一點來了解 *** 土壤剖面前幾厘米的濕度。即使是為了 繪制濕地圖 科學家們使用了透子分解技術。
更深入的技術?
極化是指來自合成孔徑雷達天線的雷達波的方向。電場和磁力線都是直角的，但電場決定了波的極化方向。合成孔徑雷達使用的天線可以水平（H）或垂直（V）極化發射。
當電磁波從目標散射時，電磁波的極化狀態會發生變化。當傳感器接收到返回的波時，它測量目標的極化變化程度。例如，它可以是H或V極化，也可以同時是兩者。
對于單極化，這些是典型的發射和接收對。
hh–用于水平發送和水平接收
VV–用于垂直發送和垂直接收
HV–用于水平傳輸和垂直接收
vh–用于垂直傳輸和水平接收
優點是可以推斷出更多的表面特征信息。例如，我們可以使用像Freeman Durden這樣的分解技術來獲得SAR圖像中有多少表面、雙反彈和體積散射。
最后，它是“合成孔徑”，因為它可以創建更高分辨率的圖像。由于它能接收沿合成孔徑雷達長度方向的后向散射，因此可以綜合生成地球上某一點目標的高分辨率圖像。合成孔徑雷達的整個長度都具有點目標的后向散射信息。當所有的后向散射信息被合并時，就像一個“合成孔徑”。
結論?
如果沒有雷達方面的經驗，它可能看起來像一堆像素。你在地圖上找不到漂亮的圖片。
不管怎樣，雷達圖像可能會有噪聲，通常需要平滑處理。但是，使用分解技術和一些合成孔徑雷達的解釋，突然之間合成孔徑雷達圖像成為一個有價值的工具。
如果你想使用合成孔徑雷達，看看我們的 list of 15 free satellite imagery sources。
別忘了，有 open source remote sensing software 就像 Sentinel-1 toolbox 可以幫助分析和可視化SAR圖像。
來源：開源地理空間基金會中文分會
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/11c28
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