卫星雷达及微波测量原理摘要.ppt

衛星測高儀基本理論 以雷達頻率向地面傳播微波脈衝，且接收由地球表面反射的訊號。因為水的良好反射性質，此法特別適用於海洋。在決定廣大海水面之重力場和大地起伏時，是相當有用的方法。 衛星測高儀簡介 ERS-1之酬載 太陽同步軌道衛星，使用微波技術來蒐集全球資料 。 軌道重複週期有3-day、35-day、168-day三種。3-day重複週期計畫為期3個月，監視北極地帶冰所覆蓋的地區；35-day重複週期計畫於1992~1993年實施多任務階段； 168-day重複週期計畫原先由1994年4月10日開始，但目前改為增加空間解析度，以覆蓋密度極高的雷達測高儀來進行海洋和大地任務。 酬載包括三個地球觀測設備和三個維持設備： 自動微波設備（AMI, Active Microwave Instrument） 雷達測高儀（Radar Altimeter） 沿跡掃描輻射儀（ATSR, Along Track Scanning Radiometer） 微波聲納（MWS, Microwave Sounder） 精密測距和測距離差設備 （PRARE, Precise Range and Rangerate Equipment） 雷射反射鏡（LRR, Laser Retro-Reflector） ERS之測高儀應用 測高儀提供經濟上和科學上的重要資訊，對於海洋相關活動更有顯著利益，包括航線和近海觀測能力及下列應用： 冰河製圖和監測 天氣預測 海洋狀態預測 海洋表面地形和海洋環流 實驗性測高儀應用於陸地 衛星測高儀的主要應用 輔助計算全球海洋環流 計算全球海洋重力異常及海洋大地水準面 建立全球海潮模式 計算海洋深度 輔助陸地大地水準面之決定 雷達衛星的演進 SAR (Synthetic Aperture Radar)最早起源於1950年代，當時的科學家基於軍事用途，將雷達架設於飛機上探測目標物，藉以提昇軌向 (along-track) 的解析度，此雷達探測系統即稱之為側視口徑雷達 (Side-Looking Aperture Radar, 簡稱SLAR) SLAR在空載 (airborne) 的應用上，解析度堪稱可接受。但在星載 (spaceborne) 的狀況，為了達到標準的解析度，依理論而言需要數百公尺長的口徑長度，對硬體結構而言是絕對不可能達到的。所幸Wiley (1965) 隨即提出 “Dopller beam sharpening”理論，利用雷達回波具有不同都卜勒頻率位移 (Dollper frequency shifts) 的原理，達到提高軌向解析度的目的。使雷達探測於衛星上的應用從此不再受限於航高和天線長度的限制，而雷達遙測也從此邁入SAR的新紀元。 目前正在運作的SAR衛星包括由美國太空總署於1978年發射的Seasat，蘇聯於1991年發射的ALMAZ，歐洲太空總署於1991年所發射的ERS-1，日本於1992年發射的J-ERS-1，以及1995年由歐洲太空總署發射的ERS-2和由加拿大發射之Radarsat。 主要SAR衛星特性一覽表 SIR（Shuttle Imaging Radar）系列 SAR的基本原理 SAR的原理主要是由雷達發射出微波波段的電磁波到所探測的目標物，再計算雷達波束（Radar Beam）範圍內的回波能量，經資料處理後以獲取初步影像。 下圖以側視口徑雷達（SLAR）說明SAR影像的成像原理 由實際天線構成合成孔徑之概念 SAR Geometry SAR系統參數--偏振模式 雷達訊號的發射或接收可為不同偏振模式。例如，RADARSAT偏振模式為HH，ERS-1和ERS-2則為VV。透過偏振模式的運作，可以過濾發射或接受的雷達訊號，使其僅來自固定的平面或方向。例如，C-VV表示一C波段的感測器，其發射並接收垂直方向的雷達訊號。一般而言，一個分佈方向與偏振模式方向類似的平面，其雷達回波訊號比較弱。舉例來說，垂直的農作物，其在HH偏振模式的影像中顯得比VV偏振模式還要亮。 SAR系統參數--入射角 入射角的定義為目標物所在處的垂直方向和雷達光束入射方向的夾角。雷達回波的強弱，與雷達波束的入射角亦有極大的關連。若雷達波束和目標物成直角或以高入射角碰撞目標物表面，其回波強度比用低入射角來感測為強。當以低入射角感測時，雷達波能量鮮少被反射到雷達的接受器，所以在影像上的色調是暗的。 SAR系統參數--觀測幾何 SAR是一個側視感測成像系統，係記錄目標物到感測器的斜距（slant range），而影像的獲取又是依據回波時間的先後順序而定，所以地形起伏較劇烈處，容易產生幾何變形，其坡度和真實狀況會有出入。圖a描述側視雷達與地形間的觀測幾何關係；圖b、c、d為幾何變形狀況，說明不同地形對地形abc投影到影像