Polarització SARdescriu l'orientació del camp electromagnètic transmès i rebut per un sistema de radar d'obertura sintètica. Com que diferents superfícies i estructures dispersen els camps horitzontals i verticals de manera diferent, la polarització és una de les variables més útils per interpretar imatges SAR.
Aquesta guia explica els quatre canals de polarització lineal (HH, HV, VH i VV) i els tres modes d'adquisició més utilitzats: polarització simple, polarització dual i polarització completa (quad). També descriu com els enginyers trien un mode per a la teledetecció, les proves de radar i l'avaluació de sistemes d'antenes.
Què és la polarització SAR?
La majoria dels sistemes SAR espacials utilitzen polarització lineal horitzontal (H) i vertical (V). Un codi de canal de dues lletres identifica primer la polarització transmesa i després la polarització rebuda. Per exemple, HH significa transmissió horitzontal i recepció horitzontal, mentre que HV significa transmissió horitzontal i recepció vertical.
La polarització és important perquè un objectiu pot preservar la polarització incident, rotar-la o despolaritzar part del retorn. La rugositat de la superfície, la geometria, les propietats dielèctriques, la longitud d'ona, l'angle d'incidència i l'estructura interna influeixen en la retrodispersió mesurada. Per tant, la polarització s'ha d'interpretar juntament amb la banda de freqüència, la geometria de visualització i les dades d'imatge calibrades.
Què signifiquen HH, HV, VH i VV?
| Canal | Transmetre | Rebre | Classificació |
|---|---|---|---|
| HH | Horitzontal | Horitzontal | Copolaritzat |
| HV | Horitzontal | Vertical | Polaritzat creuat |
| VH | Vertical | Horitzontal | Polaritzat creuat |
| VV | Vertical | Vertical | Copolaritzat |
HH i VV són canals copolaritzats perquè les polaritzacions de transmissió i recepció són les mateixes. HV i VH són canals de polarització creuada perquè la polarització de recepció és ortogonal a la polarització transmesa. En un sistema monostàtic recíproc calibrat, les respostes HV i VH sovint són similars, però tots dos canals es mantenen en mesures polarimètriques completes.
Els tres modes principals de polarització SAR
1. Polarització única
Una adquisició de polarització única registra un canal, més habitualment HH o VV. Ofereix un volum de dades més baix i un processament més senzill quan n'hi ha prou amb un canal validat. La limitació és que un canal proporciona menys informació sobre els mecanismes de dispersió i l'estructura de la diana.
2. Polarització dual
Una adquisició de doble polarització registra dos canals. Les combinacions habituals inclouen HH+HV i VV+VH, on el radar transmet una polarització i rep retorns copolaritzats i creuats. Alguns sistemes també admeten un parell copolaritzat com ara HH+VV. Les dades de doble polarització afegeixen una discriminació útil alhora que mantenen la velocitat de dades i els requisits de processament més manejables que la polarimetria completa. L'ESA afirma que Sentinel-1 admet VV+VH o HH+HV en els seus esquemes de doble polarització.
3. Polarització completa o quàdruple
El SAR polarimètric complet registra HH, HV, VH i VV com a canals complexos. Un radar quad-pol clàssic transmet H i V en seqüència i rep els retorns tant d'H com de V, preservant la informació d'amplitud i fase relativa. Això permet l'anàlisi de la matriu de dispersió i la descomposició, classificació i caracterització detallada de l'objectiu.
El compromís és una major complexitat del sistema, demanda de calibratge, volum de dades i esforç de processament. Depenent del sensor, el funcionament a polarització completa també pot implicar una franja més estreta o diferents restriccions d'adquisició. La polarització compacta és una altra arquitectura SAR vàlida, però és diferent dels modes lineals tradicionals d'una sola, dues i quatre polaritats que es discuteixen aquí.
Copolarització vs. polarització creuada
Els canals copolaritzats sovint preserven forts retorns de superfícies i estructures que mantenen la polarització transmesa. Els retorns de polarització creuada indiquen que el procés de dispersió ha canviat part de l'estat de polarització a través de la dispersió de volum, reflexions múltiples, geometria complexa o estructura anisotròpica.
- Aigua tranquil·la i superfícies llises:sovint apareixen fosques quan la major part de l'energia es reflecteix lluny del radar; la rugositat, el vent i l'angle d'incidència poden augmentar la retrodispersió.
- Vegetació:Les branques, els troncs i les fulles creen una dispersió de volum, de manera que els canals creuats poden afegir informació estructural valuosa.
- Zones urbanes:els edificis i les superfícies del terra poden generar forts retorns de co-pol i dispersió de doble rebot, depenent de l'orientació i la geometria de la imatge.
- Sòl, neu i gel:La humitat, la rugositat, la profunditat, la longitud d'ona i l'estructura interna afecten la resposta de polarització.
Aquests són principis d'interpretació més que no pas regles universals. No s'ha de seleccionar un canal independentment de la banda de radar, l'angle d'incidència, la resolució, la temporada i la qualitat de calibratge.
Com triar un mode de polarització SAR
| Requisit | Punt de partida pràctic |
|---|---|
| Monitorització d'àrea àmplia o volum de dades limitat | Single-pol quan un canal validat compleix l'objectiu de detecció |
| Discriminació per vegetació, agricultura o cobertura del sòl | Dades de copolarització creuada i polarització dual per a informació de dispersió afegida |
| Cartografia del gel marí, l'oceà o les inundacions | Trieu els modes basats en HH o VV segons la banda, l'angle d'incidència i el mètode validat |
| Classificació avançada o descomposició per dispersió | Quad-pol complet quan es requereix informació de quatre canals calibrada en fase |
El millor mode és específic de l'aplicació. Els enginyers haurien de comparar el contingut de la informació amb la cobertura, la resolució, la relació senyal-soroll, la franja, el temps de revisita, els recursos de processament i la capacitat de calibratge.
Consideracions sobre antenes i RF per a radar polarimètric
Les mesures polarimètriques fiables depenen de més coses que l'algoritme de processament. L'antena i la cadena de RF han de mantenir un rendiment estable en tots dos canals de polarització. Els paràmetres importants inclouen:
- freqüència de funcionament i amplada de banda instantània;
- balanç de guany i patró de radiació entre els ports H i V;
- aïllament de port a port i discriminació polar creuada;
- estabilitat d'amplitud i fase;
- VSWR, interfície de connector i calibratge de cable;
- alineació de l'antena, geometria de muntatge i pla de referència de calibratge.
Subministraments RF MISOantenes de trompa de doble polarització, antenes de trompeta de doble polarització de banda amplai altres solucions d'antenes de radiofreqüència per a radar, mesurament i treballs d'integració de sistemes. La selecció del model sempre s'ha de basar en la fitxa tècnica actual i en els requisits de prova complets.
Preguntes freqüents
Quina lletra apareix primer en un codi de polarització SAR?
La primera lletra identifica la polarització transmesa i la segona identifica la polarització rebuda. HV significa transmissió horitzontal i recepció vertical.
Quina diferència hi ha entre el SAR de doble pol i el de quatre pol?
La doble polarització registra dos canals, normalment HH+HV o VV+VH. La quàdrupla polarització registra HH, HV, VH i VV i conserva les relacions necessàries per a una anàlisi polarimètrica completa.
Una polarització SAR és sempre la millor?
No. El mode més útil depèn de l'objectiu, la longitud d'ona del radar, l'angle d'incidència, la resolució, les condicions ambientals i l'objectiu del processament.
Per què són útils els canals de polarització creuada?
L'HV o la VH poden revelar dispersió que canvia la polarització incident, especialment la dispersió del volum i objectius estructuralment complexos com la vegetació.
Conclusió
La polarització SAR controla com un radar il·lumina un objectiu i com es mesura el camp retornat. HH i VV són canals copolaritzats, mentre que HV i VH tenen polarització creuada. La polarització simple ofereix eficiència, la polarització dual afegeix discriminació i la polarització quàdruple completa proporciona el conjunt de dades polarimètriques lineals més complet. Per obtenir resultats precisos, cal tenir en compte conjuntament el mode d'adquisició, el sistema d'antena, el mètode de calibratge i els requisits de l'aplicació.
Per a la selecció d'antenes o la compatibilitat amb el mesurament polarimètric de RF, reviseu els MISO de RF.capacitat de prova d'antenes or contacteu amb l'equip de RF MISO.
Referències i lectures addicionals
Per a més informació sobre les antenes, visiteu:
Data de publicació: 28 de juny de 2024
