2021.07.31 --------基于时序InSAR的城市地表形变检测与分析-------SAR基础知识
2021.07.31 --------基于时序InSAR的城市地表形变检测与分析-------
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文章目录
一、SAR基础知识
1.1 基本概念
1.1.1 雷达基本概念
Radar(Radio Detection And Ranging),雷达是主动微波遥感,与光学遥感相比,最大的区别就在于光学遥感不会主动发射电磁波;而雷达是一种主动微波遥感,通过雷达发射电磁波,然后接收散射的能量。影响雷达的三个重要因素为:RAR——真实孔径雷达、成像分辨率、雷达天线长度
因此一个Radar系统主要包括三个功能:
- 发射微波信号到场景
- 接收从场景中传回的部分后向散射能量
- 观测返回的强度(检测)和延时(测距)信号
雷达的分辨率是和雷达天线的长度相关的,在真实测距过程中,雷达的天线越长,成像分辨率也就越高。但是由于受到卫星和发射条件的限制,雷达天线的长度不可能被无限延长,因此我们想要得到高分辨率的雷达影像,通常会使用合成孔径雷达。
合成孔径雷达:是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达,也称综合孔径雷达。利用这种方式,就能够在减小雷达体积的同时,获得高分辨率的雷达影像。
1.1.2 波的基本概念
- 波长 λ \lambda λ和频率 f f f的关系: λ = c / f \lambda=c/f λ=c/f
- 振幅 A A A和强度 I I I的关系: I = A 2 I=A^2 I=A2,反映电磁波能量。
- 相位( ρ \rho ρ):描述波的振动状态的物理量 Φ = 2 π L λ \Phi=2\pi \frac{L}{\lambda} Φ=2πλL,其中 L L L为传播距离。

- 极化:光学中叫偏振。
1.2 SAR相关参数
SAR的相关参数:波长
雷达遥感使用的微波部分的电磁频谱,频率从0.3GHz至300GHz,波长从1米至1毫米。
微波中常用的波段有:

波长越长穿透能力就越强,如波长大于2cm的雷达系统,一般不会收到云的影响。
雷达频率的应用:
- 冰雪识别,小型特征,使用X-band
- 地质制图,大型特征,使用L-band
- 叶面渗透,最好使用低频率,如P-band
- 一般情况,C-band是折中波段

1.1.4 SAR的相关参数:极化
极化:电磁波振动的矢量方向,即电场的方向。

极化的主要特点:

极化导致的不同结果
下面展示了美国记载SAR获取的X-VV、C-HV、L-HV的图像,可以看到不同的极化方式、不同的波长的散射机理差异很大,得到的雷达影像差异也很大。


1.1.5 SAR的相关参数:入射角
入射角是雷达波束与垂直平面直线之间的夹角 ( θ ) (\theta) (θ),入射角的主要特点为:
- 微波与表面的相互作用复杂,不同的角度区域会产生不同的回波;
- 小入射角通常返回较强的信号,随着入射角的增加,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,从而影响成像几何。

雷达电磁波的反射率是随着入射角的增大而减小的。

1.3 雷达的几何特征
雷达的观测几何

SAR图像几何分辨率

SAR图像几何特征


1.4 SAR散射机制
穿透散射


对于SAR图像的理解

1.5 水面上的溢油

1.6 SAR特性总结

1.7 主要的机载雷达系统


1.8 雷达的应用
