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SAR原理及趋势概述 徐世武 副教授 微波遥感与成像 微波波段划分 微波遥感与成像 微波遥感的特点： 1、能全天候、全天时工作 2、对某些地物具有特殊的波谱特征： 在微波波段，水的比辐射率为0.4，冰的比辐射率为0.99；而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92。 3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力。 4、对海洋遥感具有特殊意义： 适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测 5、分辨率较低，但特性明显。 微波遥感方式：主动和被动 微波遥感传感器分类 主动方式 被动方式 1、雷达（侧视雷达）：成像 2、微波高度计：不成像 3、微波散射计：不成像 1、微波辐射计：成像 2、微波散射计：不成像 微波遥感传感器分类 微波散射计：测量地物的散射或反射特性 微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确得知地表高度变化，海浪的高度等参数。 根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。 微波辐射计 微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力 , 其发射强度与自身的亮度温度有关。通过 扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图 , 对地面物体状况的探测很有意义。 亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。 侧视雷达 侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面 , 发射一个窄的波束 , 覆盖地面上这一侧面的一个条带 , 然后接收在这一条带上地物的反射波 , 从而形成一个图像带。随着飞行器前进 , 不断地发射这种脉冲波束 , 又不断地接收回波 , 从而形成一幅一幅的雷达图像。 雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不同部位。 侧视雷达 雷达成像的发展 SAR (Synthetic Aperture Radar)最早起源于1950年代，当时的科学家基于军事用途，将雷达架设于飞机上探测目标物，藉以提升轨向(along-track)的分辨率，此雷达探测系统即称之为侧视口径雷达(Side-Looking Aperture Radar,简称SLAR) SLAR在机载(airborne)的应用上，分辨率堪称可接受。但在星载(spaceborne)的状况，为了达到标准的分辨率，依理论而言需要数百公尺长的口径长度，对硬件结构而言是绝对不可能达到的。所幸Wiley (1965)随即提出 “Dopller beam sharpening”理论，利用雷达回波具有不同都卜勒频率位移(Dollper frequency shifts)的原理，达到提高轨向分辨率的目的。使雷达探测于卫星上的应用从此不再受限于航高和天线长度的限制，而雷达遥测也从此迈入SAR的新纪元。 目前正在运作的SAR卫星包括由美国太空总署于1978年发射的Seasat，苏联于1991年发射的ALMAZ，欧洲太空总署于1991年所发射的ERS-1，日本于1992年发射的J-ERS-1，以及1995年由欧洲太空总署发射的ERS-2和由加拿大发射之Radarsat。 SAR的基本原理 SAR的原理主要是由雷达发射出微波波段的电磁波到所探测的目标物，再计算雷达波束（Radar Beam）范围内的回波能量，经数据处理后以获取初步影像。 下图以侧视口径雷达（SLAR）说明SAR影像的成像原理 由实际天线构成合成孔径之概念 利用SAR的小天线向前运动，形成一个等效的大天线，以达到高分辨率。 SAR Geometry SAR观测几何 SAR是一个侧视感测成像系统，记录目标物到传感器的斜距（slant range），而影像的获取又是依据回波时间的先后顺序而定，所以地形起伏较剧烈处，容易产生几何变形，其坡度和真实状况会有出入。图a描述侧视雷达与地形间的观测几何关系；图b、c、d为几何变形状况，说明不同地形对地形abc投影到影像坐标a′b′c′的影响。图b为前坡缩短；图c为迭置；图d为阴影。 SAR的信号噪声 由雷达成像的影像，其噪声比起其他以光学原理成像的影像还多。原因是缘于在同一个像元内之不同目标物，它们反射的雷达回波讯号可能因为同相位（in - phase），而加强该像元的回波强度；也可能因为反相（out-of-phase）而使回波强度相互抵销而减弱。这使得雷达影像常常是粒状（grainy）或木纹状，而难以分辨特征。欲改善这种情形，在后续的分析中，可选用适当的滤波器以凸显影像的特征，增加其应用价值。 地表目标物几何特征 不同地表性质对雷达回波的影响。图左 为镜面反射；图中为直角反射体；图右为散射体。 地表粗糙度效应 一般而言，地表的粗造度所造成的效应，可以借着调整系统的波段或入射角而控制到某种程度。例如，低频的