SAR卫星-合成孔径雷达卫星影像基础知识介绍

北京揽宇方圆信息技术有限公司SAR卫星-合成孔径雷达卫星影像基础知识介绍目前使用最广的成像雷达系统就是合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar：SAR），SAR几乎成为了雷达的代名词。本文从应用角度介绍SAR系统的基本知识。本文主要包括：SAR基本原理几个重要的参数SAR拍摄模式当前主流星载SAR系统1.SAR基本原理雷达发展初期，出现的是真实孔径雷达（RealApertureRadar：RAR），由于成像分辨率与雷达天线的长度成正比，与波长和观测距离成反比，要想得到较高分辨率的SAR图像，需要增加天线的物理尺寸，限制其发展和应用，后来逐渐被合成孔径雷达SAR取代。SAR用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理。一个小天线通过运动方式就合成一个等效大天线，这样可以得到较高的方位向分辨率，同时方位向分辨率与距离无关，这样SAR就可以安装在卫星平台上而可以获取较高分辨率的SAR图像。图：SAR成像原理示意图2.SAR几个重要的参数为了更好的理解SAR和SAR图像，需要知道几个重要的参数。2.1分辨率SAR图像分辨率包括距离向分辨率（RangeResolution）和方位向分辨率（AzimuthResolution）。图：距离向和方位向示意图距离向分辨率（RangeResolution）垂直飞行方向上的分辨率，也就是侧视方向上的分辨率。距离向分辨率与雷达系统发射的脉冲信号相关，与脉冲持续时间成正比：Res(r)=c*τ/2其中c为光速，τ为脉冲持续时间。方位向分辨率（AzimuthResolution）沿飞行方向上的分辨率，也称沿迹分辨率。如下为推算过程：•真实波束宽度：β=λ/D•真实分辨率：ΔL=β*R=Ls(合成孔径长度)•合成波束宽度βs=λ/(2*Ls)=D/(2*R)•合成分辨率ΔLs=βs*R=D/2其中λ为波长，D为雷达孔径，R为天线与物体的距离。从这个公式中可以看到，SAR系统使用小尺寸的天线也能得到高方位向分辨率，而且与斜距离无关（就是与遥感平台高度无关）。图：方位向分辨率示意图2.2极化方式雷达发射的能量脉冲的电场矢量，可以在垂直或水平面内被偏振。无论哪个波长，雷达信号可以传送水平（H）或者垂直（V）电场矢量，接收水平（H）或者垂直（V）或者两者的返回信号。雷达遥感系统常用四种极化方式——HH、VV、HV、VH。前两者为同向极化，后两者为异向(交叉)极化。图：HV极化示意图图：VV和HH极化示意图极化是微波的一个突出特点，极化方式不同返回的图像信息也不同。返回同极化（HH或者VV）信号的基本物理过程类似准镜面反射，比如，平静的水面显示黑色。交叉极化（HV或者VH）一般返回的信号较弱，常受不同反射源影响，如粗糙表面等。图：同一地区不同波长和极化方式得到的SAR图像2.3入射角（IncidenceAngle）入射角也叫视角，是雷达波束与垂直表面直线之间的夹角（如下图中的θ）。微波与表面的相互作用是非常复杂的，不同的角度区域会产生不同的反射。低入射角通常返回较强的信号，随着入射角增加，返回信号逐渐减弱。根据雷达距离地表高度的情况，入射角会随着近距离到远距离的改变而改变，依次影响成像几何。图：SAR入射角示意图3.星载SAR拍摄模式星载SAR主要有三种拍摄模式：Stripmap，ScanSAR和Spotlight。当然最新的SAR系统拥有更多的拍摄模式，比如RADARSAT-2还用于超精细、高入射角等拍摄模式3.1条带模式-Stripmap当运行Stripmap模式时，雷达天线可以灵活的调整，改变入射角以获取不同的成像宽幅。最新的SAR系统都具有这种成像模式，包括RADARSAT-1/2，ENVISATASAR，ALOSPALSAR，TerraSAR-X-1，COSMOSkyMed和RISAT-1。图：条带模式3.2扫描模式-ScanSAR扫描模式是共享多个独立sub-swaths的操作时间，最后获取一个完整的图像覆盖区域。它能解决Stripmap模式较小的刈幅。图：扫描模式3.3聚束模式-Spotlight当执行聚束模式采集数据时，传感器控制天线不停向成像区域发射微波束。它与条带模式主要区别为：在使用相同物理天线时，聚束模式提供更好的方位分辨率；在可能成像的以一个区域内，聚束模式在单通道上的提供更多的视角；聚束模式可以更有效的获取多个小区域。图：聚束模式4.当前主流星载SAR系统系统发射时间波段极化图幅宽度（KM）分辨率（米）重复周期国家/机构ENVISAT-ASAR（2012失去联系）2002CVV100-4002035欧空局ALOS-PALSAR（2011停止运行）2006LFull40-3507-14-10046日本TerraSAR-XTandem-X20072010XFull5-10-30-1001-3-1611德国Cosmo-skymed-1、2、3、42007XFull10-30-2001-3-151-16意大利RADASAT-22007CFull10-5003-1001-24加拿大ALOS-PALSAR22014LFull25/35/60/70/3501/3/6/10/10014日本哨兵-1ASentinel-1A2014CFull20/80/100/250/4005/20/4012欧空局一、卫星类型(1)光学卫星：worldview1、worldview2、worldview3、worldview4、quickbird、geoeye、ikonos、pleiades、deimos、spot1、kompsat系例、spot2、spot3、spot4、spot5、spot6、spot7、landsat5(tm)、Sentinel-卫星、landsat(etm)、rapideye、alos、kompsat系例卫星、planet卫星、北京二号、高景一号、资源三号、高分一号、高分二号、环境卫星。(2)雷达卫星：terrasar-x、radarsat-2、alos雷达卫星、高分三号卫星、哨兵卫星(3)侦查卫星：美国锁眼卫星全系例(1960-1980)二、卫星分辨率(1)0.3米：worldview3、worldview4(2)0.4米：worldview3、worldview2、geoeye、kompsat-3A(3)0.5米：worldview3、worldview2、geoeye、worldview1、pleiades(4)0.6米：quickbird、锁眼卫星(5)1米：ikonos、高分二号、kompsat、deimos(6)1.5米：spot6、spot7、锁眼卫星(7)2.5米：spot5、alos、资源三号、高分一号、锁眼卫星(8)5米:spot5、rapideye、锁眼卫星、planet卫星4米(9)10米:spot5、spot4、spot3、spot2、spot1、Sentinel-卫星(10)15米:landsat5(tm)、landsat(etm)三、卫星国籍(1)美国：worldview1、worldview2、worldview3、quickbird、geoeye、ikonos、landsat5(tm)、landsat(etm)、锁眼卫星、planet卫星(2)法国：pleiades、spot1、spot2、spot3、spot4、spot5、spot6(3)中国：资源三号、高分一号、高分二号、高景卫星(4)德国：terrasar-x、rapideye(5)加拿大：radarsat-2四、卫星发射年份(1)1960-1980年：锁眼卫星(0.6米分辨率至10米)(2)1980-1990年：landsat5(tm)、spot1(3)1990-2000年：spot2、spot3、spot4、landsat(etm)、ikonos(4)2000-2010年：quickbird、worldview1、worldview2、spot5、rapideye、radarsat-2、alos(5)2010-：spot6、spot7、资源三号、高分一号、高分二号、worldview3、worldview4、pleiades、高景卫星、planet卫星优势：1：北京揽宇方圆国内老牌卫星数据公司，经营时间久，行业口碑相传，1800个行业用户选择的实力见证。2：北京揽宇方圆遥感数据购买专人数据查询一对一服务，数据查询网址是卫星公司网。3：北京揽宇方圆拥有大型正版遥感处理软件，遥感数据处理工程师有10年以上遥感处理工作经验，并有国家大型项目工作经验自主卫星数据处理软件著作权，最大限度保持遥感卫星影像处理的真实度。4：北京揽宇方圆国家高新技术企业，通过ISO900认证的国际质量管理操作体系，无论是遥感卫星品质和遥感数据处理质量，都能得到保障。5：影像数据官方渠道：所有的卫星数据都是卫星公司授权的原始数据，全球公众数据查询网址公开查询，影像数据质量一目了然，数据反应客观公正实事求是，数据处理技术团队国标规范操作，提供的是行业优质的专业化服务。6：签定正规合同：影像数据服务付款前，买卖双方须签订服务合同，提供合同相应的正规发票，发票国家税网可以详细查询，有增值税普通发票和增值税专用发票两种发票类型可供选择。以最有效的法律手段来保障您的权益。7：对公帐号转款：合同约定的对公帐号，与合同主体名发票上面的帐号名称一致，是由工商行政管理部门核准的公司银行账户，所有交易记录均能查询，保障资金安全。8：售后服务：完善的售后服务体制，全国热线，登陆官网客服服务同步。技术能力说明北京揽宇方圆拥有大型正版遥感处理软件，遥感数据处理工程师有10年以上遥感处理工作经验，并有国家大型项目工作经验自主卫星数据处理软件著作权，最大限度保持遥感卫星影像处理的真实度。公司形象展示信誉证书、荣誉证书、相关资质证书卫星遥感影像技术服务ISO（9001）认证证书复印件高新技术企业认定证明文件国家A级纳税人遥感卫星影像地图技术服务系统遥感卫星影像三维仿真推演系统卫星影像质量快速检验系统著作权登记证历史遥感图像检验系统著作权登记证锁眼卫星影像处理软件著作权登记证同质遥感数据融合系统著作权登记证异质遥感数据融合系统著作权登记证多时空多光谱数据处理系统著作权登记证北京揽宇方圆信息技术有限公司