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雷达遥感和sar数据查询 曹将兵2010 05 07遥感技术支持组 雷达遥感介绍雷达 合成孔径雷达 sar sar的分辨率及影像特征sar的数据类型sar数据的查询 内容概要 雷达遥感也称微波遥感 最早出现于二战期间 而真正受到重视始于20世纪60年代 到90年代形成发展高潮 今天 雷达遥感已与可见光遥感 红外遥感共同成为遥感探测的重要手段 一 雷达遥感介绍 1 1雷达遥感所具有的优势 1 雷达遥感具有穿云透雾的能力 可以不受天气影响全天候进行 2 雷达遥感是主动遥感 可以不受黑夜的影响全天时进行 相对于同样可以进行夜间工作的红外遥感而言 微波的大气衰减很小 光学 sar 10 30am 14 30pm 22 30pm sar与光学数据对比 3 雷达遥感对地表面的穿透力较强 1981年11月12日美国 哥伦比亚 号航天飞机搭载合成孔径成像雷达sir a l波段 顺利升空 雷达影像上成功观测到撒哈拉沙漠的地下古河道 显示了sar具有穿透地表的能力 引起国际科技界的震动 4 雷达遥感还具有某些独特的探测能力 海洋波 土壤湿度等 1 2微波波段 雷达遥感使用电磁波谱中的微波部分 频率 0 3ghz 300ghz或波长 1m 1mm绝大部分遥感雷达采用0 5cm至75cm间的微波频段 ka 波段 0 75 1 1cmk 波段 1 1 1 67cmku 波段 1 67 2 4cmx 波段 2 4 3 75cm 广泛用于军事侦察和商用地形观测 如cosmo skymed terrasar x c 波段 3 75 7 5cm 用于许多星载sar 如ers 1和radarsat s 波段 7 5 15cm 用于星载almaz l 波段 15 30cm 用于seasat和jers 1 p 波段 30 100cm 用于nasa jplairsar 成像雷达最常用的波段包括 1 3雷达频率的选择 雷达波穿透云雨或进入地表层的能力随波长的增加而增加 雷达波长应该和我们想要区分的地物特征的尺度相匹配例如 区分冰 小尺度地物 使用x 波段例如 地质学制图 大尺度地物 使用l 波段例如 穿透叶子 最好使用较低的频率 使用p 波段 雷达 radar radiodetectionandranging 无线电检测与测距的英文缩略语的音译 出现于第二次世界大战期间 2 1雷达 二 雷达 合成孔径雷达 sar 图1雷达信号作用示意图 雷达系统有三个主要特征 它向着目标发射微波 无线电 信号 它接收所发射能量被目标向后散射的部分 它观测返回信号的强度 检测 和时间延迟 测距 1 早期的雷达并不产生图像 通常是以极坐标的形式来表示斜距和方位平面位置的显示器 ppi 天线是固定的 主要应用于军事上探测飞机和船只等目标 2 2合成孔径雷达 图2监视雷达 2 真实孔径雷达 rar realapertureradar 20世纪50年代中期 为军事目的研制的真实孔径的侧视成像雷达问世 传感器装载在移动平台上对地观测成像 图3侧视成像雷达 图4合成孔径原理示意图 3 合成孔径雷达 sar syntheticapertureradar 合成孔径原理脉冲压缩技术 2 3发展趋势 正在大力开发的下一代雷达测量系统 不但在参数测量性能上优于现代雷达 同时还将具有认知目标 即对目标进行可靠分类和识别的能力雷达系统将由传统的参数测量向特征 非参数 测量的更高阶段迈进 3 1分辨率 sar是主动式系统 实际的传感器分辨率有两个 距离向分辨率和方位向分辨率 1 距离向分辨率 垂直轨迹的方向称为距离向 距离向分辨率依赖于所处理的脉冲的长度 2 方位向分辨率 沿轨迹的方向称为方位向 方位向分辨率由雷达波束照射到地面条带的角波束宽度决定 距离向分辨率和方位向分辨率通常是不同的 如对于ers 一个slc像素是20m 4m 三 sar的分辨率及影像特征 图5合成孔径雷达成像几何示意图 图6成像几何比较 雷达图像上接收的信息是地物目标对雷达波束的反应 图像上的亮度差异就是天线接收的辐射强弱差异 亮度和纹理是雷达图像解译的要素 3 2雷达图像的影像特征 区域 北京分辨率 3米极化方式 vv获取模式 himage获取时间 2008 04 20 同样的地面状况 对于波长短的波束是粗糙面 对于波长长的波束就可能是光滑面 入射角越大 地面的粗糙度就变小了 散射就弱 1 地面状况 波长 入射角的影响反射散射角反射 引起差异的原因 图8反射 散射 角反射示意图 2 极化对图像的影响 极化是微波的一个突出特点 极化状况不同图像中的信息状况也不同 极化 即电磁波的电场振动方向的变化趋势 电场矢量的方向不随时间变化时称为线极化 线极化分为水平极化和垂直极化 图9电磁波极化 四种极化特征 hh 发射的电磁波为水平极化 接收为水平极化hv 发射的电磁波为水平极化 接收为垂直极化vh 发射的电磁波为垂直极化 接收为水平极化vv 发射的电磁波为垂直极化 接收为垂直极化 根据传感器发射和接收的反射波极化状况可以得到不同类型的极化图像 不同几何结构的地物其雷达后向散射特性不一 一般而言 垂直取向的散射体具有较强的垂直极化后向散射 水平取向的散射体则具有很强的水平极化后向散射 中间取向的散射体其后向散射特征则介于前两者之间 图10多极化图像 3 物理性质对图像的影响 地物目标的物理性质主要表现在电子特性上 这种特性在物理上称为复介电常数 物体的复介电常数越高 对雷达波束的反射作用越强 穿透作用越小 若与地物目标的水分相联系 复介电常数越高 水分含量也越高 因此 当地物目标含水量高时 反射能力变高而穿透力变弱 地表物体的特性和雷达波束的特性总是相互关联的 四 sar的数据类型 4 1原始数据 对于原始数据 很难称其为图像 尽管提供的数据是二维表格形式 其方向与接收器的物理方向 波的发射方向 卫星移动方向 相联系 然而在这类数据中的信息不是那么直观 因为相应的接收器 其分辨率不论是距离向还是方位向都是好几公里 相当于好几百行或者好几百列 4 2单视复数据 对原始数据进行距离向处理 脉冲压缩 和方位向处理 sar合成 之后 就可以得到一个复数据的二维表 其方向和接收器的物理方向始终保持一致 电磁波发射方向和卫星运动方向 这时已经可以称其为图像了 这样的单视复数据通常也称为slc singlelookcomplex 4 3多视数据 单视图像是使用地面目标的所有回波信号产生一幅图像 图像将包含斑点 但可获得最高分辨率 在sar数据的数字处理中 使用回波信号的子集可以形成同一地区相互独立的图像 然后将这些图像平均生成一幅多视图像 所得到的多视图像分辨率较低但斑点减少 level0 raw receivedsarechosignal level1a scs singlelook complex slantrange level1b dgm detected groundprojected multi look level1c gec geo coded ellipsoidcorrected level1d gtc geo coded terraincorrected 4 4以cosmo产品为例 0级产品是原始信号 不提供商业应用 1a级别scs格式 是单视复型数据 像元值是复数 雷达斜距向 方位向坐标 传感器获取信号的初始投影坐标 斜距向和方位向分辨率不同 1b级别dgm格式 进行了检波处理 幅度检波 可以理解为求复数的模 和多视处理 为了使像元的地距向和方位向分辨率相同及噪声抑制 地距向 方位向投影坐标 ellipsoidgroundprojection 1c级别gec格式 进行了地理编码 椭球改正 ellipsoidmapprojection 1d级别gtc格式 进行了地理编码 地形改正 与所使用的dem相一致的地图投影坐标 与生成1c级别的gec相比 需要使用dem cosmo产品级别 cosmo产品处理流程 成像模式 himage 3m分辨率 入射角 30 7 33 7 视线方向 右视轨道方向 升轨极化方式 hh产品级别 1a scs获取时间 2009 09 0900 25 utc 影像大小 方位向 46 6km距离向 40 8km影像范围 左上41 7436 n 81 8343 e右上41 8108 n 82 3169 e左下42 1555 n 81 7283 e右下42 2228 n 82 2141 e 4 5拍摄参数 以某景cosmo数据为例 csks2 scs b hi 04 hh ra sf 20090909002526 20090909002533 h5 参数在数据文件名中的对应 第几颗卫星获取的数据 产品级别 获取模式 对应分辨率 波束 对应入射角 极化方式 左 右视 升 降轨 数据分发模式 可选择状态 获取开始时间 utc 获取结束时间 utc seasatnasa jpl1978 06 27 1978 10 10l波段ers 1esa1991 07 17 2000 03 10c波段ers 2esa1995 04 21 至今c波段envisatesa2002 03 01 至今c波段radarsat 1csa1995 11 04 至今c波段radarsat 2csa mda2007 12 14 至今c波段jers 1jaxa1992 02 11 1998 10 11l波段alosjaxa2006 01 24 至今l波段cosmo skymedasi2007 06 08 至今x波段terrasar xdlr2007 06 15 至今x波段 五 sar数据的查询 5 1sar卫星 1 cosmo skymed网址 http www e geos it catalog htmlusername beocosmopassword beomarke