SAR-polariseringbeskriver orienteringen til det elektromagnetiske feltet som sendes og mottas av et syntetisk aperturradarsystem. Fordi forskjellige overflater og strukturer sprer horisontale og vertikale felt forskjellig, er polarisering en av de mest nyttige variablene for å tolke SAR-bilder.
Denne veiledningen forklarer de fire lineære polarisasjonskanalene – HH, HV, VH og VV – og de tre vanlige opptaksmodusene: enkeltpolarisering, dobbelpolarisering og full (kvadrat)polarisering. Den beskriver også hvordan ingeniører velger en modus for fjernmåling, radartesting og evaluering av antennesystemer.
Hva er SAR-polarisering?
De fleste rombaserte SAR-systemer bruker horisontal (H) og vertikal (V) lineær polarisering. En kanalkode på to bokstaver identifiserer den sendte polarisasjonen først og den mottatte polarisasjonen deretter. For eksempel betyr HH horisontal sending og horisontal mottak, mens HV betyr horisontal sending og vertikal mottak.
Polarisering er viktig fordi et mål kan bevare den innfallende polarisasjonen, rotere den eller depolarisere deler av returstrålingen. Overflateruhet, geometri, dielektriske egenskaper, bølgelengde, innfallsvinkel og indre struktur påvirker alle den målte tilbakespredningen. Polarisering bør derfor tolkes sammen med frekvensbånd, visningsgeometri og kalibrerte bildedata.
Hva betyr HH, HV, VH og VV?
| Kanal | Overføre | Motta | Klassifikasjon |
|---|---|---|---|
| HH | Horisontal | Horisontal | Kopolarisert |
| HV | Horisontal | Vertikal | Krysspolarisert |
| VH | Vertikal | Horisontal | Krysspolarisert |
| VV | Vertikal | Vertikal | Kopolarisert |
HH og VV er kopolariserte kanaler fordi sende- og mottakspolarisasjonen er den samme. HV og VH er krysspolariserte kanaler fordi mottakspolarisasjonen er ortogonal i forhold til den sendte polarisasjonen. I et kalibrert resiprokalt monostatisk system er HV- og VH-responsene ofte like, men begge kanalene beholdes i fulle polarimetriske målinger.
De tre viktigste SAR-polarisasjonsmodusene
1. Enkeltpolarisering
En enkeltpolarisasjonsopptak registrerer én kanal, vanligvis HH eller VV. Den tilbyr lavere datavolum og enklere behandling når én validert kanal er tilstrekkelig. Begrensningen er at én kanal gir mindre informasjon om spredningsmekanismer og målstruktur.
2. Dobbel polarisering
En dobbeltpolariseringsmåling registrerer to kanaler. Vanlige kombinasjoner inkluderer HH+HV og VV+VH, der radaren sender én polarisasjon og mottar både ko- og krysspolariserte retursignaler. Noen systemer støtter også et kopolarisert par, for eksempel HH+VV. Dobbeltpolariserte data gir nyttig diskriminering samtidig som datahastighet og prosesseringskrav blir mer håndterbare enn full polarimetri. ESA oppgir at Sentinel-1 støtter VV+VH eller HH+HV i sine dobbeltpolariseringsskjemaer.
3. Full eller firedobbel polarisering
Full polarimetrisk SAR registrerer HH, HV, VH og VV som komplekse kanaler. En klassisk quad-pol-radar sender H og V i sekvens og mottar både H- og V-returer, samtidig som amplitude- og relativ faseinformasjon bevares. Dette støtter spredningsmatriseanalyse og detaljert måldekomposisjon, klassifisering og karakterisering.
Avveiningen er større systemkompleksitet, kalibreringsbehov, datavolum og prosesseringsinnsats. Avhengig av sensoren kan fullpolarisering også innebære et smalere område eller andre innsamlingsbegrensninger. Kompakt polarisering er en annen gyldig SAR-arkitektur, men den er forskjellig fra de tradisjonelle single-, double- og quad-pol lineære modusene som er omtalt her.
Kopolarisering vs. krysspolarisering
Kopolariserte kanaler bevarer ofte sterke retursignaler fra overflater og strukturer som opprettholder den transmitterte polarisasjonen. Krysspolarisert retur indikerer at spredningsprosessen endret deler av polarisasjonstilstanden gjennom volumspredning, multiple refleksjoner, kompleks geometri eller anisotropisk struktur.
- Rolig vann og glatte overflater:virker ofte mørke når mesteparten av energien reflekteres bort fra radaren; ujevnheter, vind og innfallsvinkel kan øke tilbakespredning.
- Vegetasjon:grener, stammer og blader skaper volumspredning, slik at krysspolkanaler kan tilføre verdifull strukturell informasjon.
- Byområder:bygninger og bakkeoverflater kan generere sterke kopol-returer og dobbeltbounce-spredning, avhengig av orientering og avbildningsgeometri.
- Jord, snø og is:fuktighet, ruhet, dybde, bølgelengde og indre struktur påvirker alle polarisasjonsresponsen.
Dette er tolkningsprinsipper snarere enn universelle regler. En kanal bør ikke velges uavhengig av radarbånd, innfallsvinkel, oppløsning, årstid og kalibreringskvalitet.
Slik velger du en SAR-polarisasjonsmodus
| Behov | Praktisk utgangspunkt |
|---|---|
| Overvåking av bredt område eller begrenset datavolum | Enkeltpol når en validert kanal oppfyller deteksjonsmålet |
| Diskriminering basert på vegetasjon, jordbruk eller landdekke | Dual-pol ko- og krysspolariserte data for ekstra spredningsinformasjon |
| Kartlegging av havis, hav eller flom | Velg HH- eller VV-baserte moduser i henhold til bånd, innfallsvinkel og validert metode |
| Avansert klassifisering eller spredningsdekomponering | Full quad-pol når fasekalibrert firekanalsinformasjon er nødvendig |
Den beste modusen er applikasjonsspesifikk. Ingeniører bør sammenligne informasjonsinnhold med dekning, oppløsning, signal-til-støy-forhold, spor, gjensynstid, behandlingsressurser og kalibreringskapasitet.
Antenne- og RF-hensyn for polarimetrisk radar
Pålitelige polarimetriske målinger avhenger av mer enn behandlingsalgoritmen. Antennen og RF-kjeden må opprettholde stabil ytelse i begge polarisasjonskanalene. Viktige parametere inkluderer:
- driftsfrekvens og øyeblikkelig båndbredde;
- forsterkning og strålingsmønsterbalanse mellom H- og V-porter;
- havn-til-havn-isolasjon og krysspolar diskriminering;
- amplitude og fasestabilitet;
- VSWR, kontaktgrensesnitt og kabelkalibrering;
- antennejustering, monteringsgeometri og kalibreringsreferanseplan.
RF MISO-forsyningerdobbeltpolariserte hornantenner, bredbånds dobbeltpolariserte hornantennerog andre RF-antenneløsninger for radar, måling og systemintegrasjonsarbeid. Modellvalg bør alltid være basert på gjeldende datablad og fullstendige testkrav.
Ofte stilte spørsmål
Hvilken bokstav kommer først i en SAR-polarisasjonskode?
Den første bokstaven identifiserer den sendte polarisasjonen og den andre identifiserer den mottatte polarisasjonen. HV betyr horisontal sending og vertikal mottak.
Hva er forskjellen mellom dobbeltpolet og firepolet SAR?
Dual-pol registrerer to kanaler, vanligvis HH+HV eller VV+VH. Quad-pol registrerer HH, HV, VH og VV og bevarer forholdene som trengs for full polarimetrisk analyse.
Er én SAR-polarisering alltid best?
Nei. Den mest nyttige modusen avhenger av målet, radarbølgelengden, innfallsvinkelen, oppløsningen, miljøforholdene og behandlingsmålet.
Hvorfor er krysspolkanaler nyttige?
HV eller VH kan avsløre spredning som endrer den innfallende polarisasjonen, spesielt volumspredning og strukturelt komplekse mål som vegetasjon.
Konklusjon
SAR-polarisering styrer hvordan en radar belyser et mål og hvordan det returnerte feltet måles. HH og VV er kopolariserte kanaler, mens HV og VH er krysspolariserte. Enkeltpol gir effektivitet, dobbeltpol gir diskriminering, og full firepol gir det mest komplette lineære polarimetriske datasettet. Nøyaktige resultater krever at innsamlingsmodus, antennesystem, kalibreringsmetode og applikasjonskrav vurderes sammen.
For støtte for antennevalg eller polarimetrisk RF-måling, se RF MISO-er.antennetestingskapasitet or kontakt RF MISO-teamet.
Referanser og videre lesning
For å lære mer om antenner, vennligst besøk:
Publisert: 28. juni 2024
