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合成孔径雷达遥感卫星影像介绍

  微波遥感技术是通过接收地物在微波波段(波长为1 mm至1 m)的电磁辐射和散射能量,以探测和识别远距离物体的技术,微波遥感技术具有全天候昼夜工作能力,能穿透云层,不易受气象条件和日照水平的影响。微波遥感按其工作原理可分为有发射源的主动微波遥感和无发射源的被动微波遥感,合成孔径雷达(SAR)就属于一种高分辨率二维成像的主动微波遥感,它也是目前微波成像遥感应用最广的技术。SAR的主要成像参数包括工作频率、极化方式和观测模式等,常用波段包括:X波段(2.5—3.75 cm)、C波段(3.75—7.5 cm)、S波段(7.5—15 cm)等。极化方式是指发射和接收电磁波的极化特性,例如,VH代表发射和接收信号的极化方式分别为垂直极化和水平极化;观测模式主要包括高分辨率模式、条带模式和扫描模式等,分别对应不同的观测几何和成像特点。

  1957年8月,美国密歇根大学与美国军方合作研究的SAR实验系统成功地获得了第一幅全聚焦的SAR图像,1978年5月美国宇航局(NASA)发射了海洋一号卫星(Seasat-A),首次装载了合成孔径雷达,对地球表面1亿km2的面积进行了测绘。而后40年间,SAR遥感技术凭借所特有的全天时、全天候以及对某些地物的穿透能力,广泛应用于全球变化、资源勘查、环境监测、灾害评估、城市规划等领域。特别是,随着20世纪90年代雷达技术和SAR数据地学物理参数反演建模技术的进步,SAR技术的发展模式逐步实现了从技术推动到用户需求拉动的转换,全球至今已有超过15个正在运行的星载SAR系统。

  SAR图像在几何和辐射特征上与光学遥感图像有着显著差异,几何方面的差异主要体现在由于侧视测距成像机制引起的阴影、叠掩和透视收缩现象。SAR图像同样也有复杂的辐射特征,在图像上主要体现为包含斑点噪声的明暗纹理结构,它是由于不同地物在不同频段、不同极化方式、不同方向等成像参数下的电磁波散射特性,以及一个瞬时视场内部随机分布的多个散射单元的电磁波信号叠加造成的。

  SAR技术具有全天时全天候的观测能力,除了广泛应用于恶劣天气和夜间成像观测外,还可以用来测量土壤湿度、雪被深度和地质构造等,非洲撒哈拉沙漠地下古河道的发现正是依赖于这个特殊能力(图 5)。微波遥感器借助多次观测或者同步多视角观测数据可以进行干涉测量,从而实现目标三维地貌高精度成像和地壳微小移动高精度检测等,例如,当前全球应用广泛的30 m分辨率数字高程模型SRTM数据产品就是通过美国航天干涉SAR技术实现的。

  从传感器成像和数据获取能力来看,SAR(特别是航天SAR)技术发展在经历了单波段单极化SAR、多波段多极化SAR、极化SAR和干涉SAR 3个阶段后,如今已经进入新的发展时期。近年来,不断涌现出来的极化干涉SAR(PolinSAR)、三维/四维SAR(3D/4D SAR)、双站/多站SAR(Bi-/Multistatic SAR)和数字波束形成SAR(DBF SAR)等前沿雷达技术则代表了第四阶段SAR或新一代SAR的问世。新一代SAR具备双/多站或星座观测、极化干涉测量、高分宽幅测绘以及三维结构信息获取等先进成像技术,它们将在全球环境变化、全球森林监测、全球水循环和碳循环、城市三维信息获取以及对月探测等领域中发挥更加重要的作用。返回搜狐,查看更多

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