În prezent, există o dezvoltare activă a datelor de piață de teledetecție (RS) în diferite moduri: este posibilitatea de a utiliza date noi, inaccesibile anterior, precum și apariția unor noi tehnologii de prelucrare, noi soluții bazate pe date de teledetecție. Astăzi, putem distinge clar două mai multe direcții distincte obține informații spațiale despre suprafața pământului: filmarea zonelor vizibile și infraroșu ale spectrului - RS pasive (cu excepția domeniul infraroșu termic) și înregistrarea în banda centimetru (radio) - RS activ. Datele primite în domeniul optic, sunt utilizate pe scară foarte largă și tehnologia de prelucrare a lor este bine dezvoltat, în contrast cu datele radar, utilizarea activă a, care este de a aborda o gamă largă de sarcini - de la clasificare și de a construi modele exacte digitale de teren / topografie (DTM / DEM) și hărți ale deplasărilor suprafeței pământului - începe doar în Rusia. Există o serie de tendințe de dezvoltare principale în acest domeniu:
- Creșterea rezoluției spațiale și ca urmare a caracteristicilor de precizie ale datelor radar.
- Reduce perioada dintre fotografiile repetate.
- Studiul interferometric.
- Posibilitatea unui sondaj multi-polarizare.
- Utilizarea datelor obținute în diferite benzi de către diferiți senzori.
- Lansarea misiunilor tandem pentru un sondaj interferometric o singură dată.
În prezent, 8 nave spațiale radar (SC) sunt în orbită, datele de la care este disponibil pentru utilizatori. Ca și în cazul datelor optice, pentru a obține rezultate bune în rezolvarea diferitelor probleme, este necesar să selectați corect datele inițiale. Scopul acestui articol este de a arăta ce date radar moderne sunt prezentate pe rana ERS și ce clase de probleme pot fi rezolvate cu ajutorul anumitor date.
Caracteristicile datelor radar
Radiația prin satelit este efectuată în domeniul radio: lungimi de undă de la 1 mm la 1 m, frecvențe de la 0,3 la 300 GHz. Senzorul trimite un fascicul de impulsuri energetice către obiect (aproximativ 1500 impulsuri pe secundă). Unele impulsuri sunt reflectate înapoi de la obiect, iar sistemul măsoară atât semnalul de întoarcere, cât și distanța până la țintă, în funcție de timpul de trecere a semnalului către țintă și înapoi. Pentru radar se utilizează lungimile de undă definite în modul următor (Tabelul 1):
Tabelul 1. Intervalul radio cu microunde
Rangurile Ka, K și Ku sunt folosite pentru radarele amplasate pe sistemele radar din aer, dar ele sunt deja destul de rare. Intervalele X, C și L sunt utilizate pentru a obține date atât din aeronave, cât și din spațiu, S și P fiind utilizate numai pentru sondarea prin satelit. Semnalul radio este capabil să pătrundă prin nori și picături de ploaie, această capacitate fiind determinată de lungimea de undă. Un semnal cu o lungime de undă mai mare de 2 cm este garantat să pătrundă prin nori, la o lungime de undă de 3-4 cm sau mai mult, semnalul penetrează, de asemenea, prin ploaie. Lungimea de undă afectează în mod semnificativ amplitudinea semnalului radar reflectat, precum și caracteristicile de backscatter de pe suprafața subacvatică. Lucrul la undele radio mai lungi (L-bandă) furnizează semnale puternice reflectate în principal pentru obiecte mai mari de pe suprafața pământului, și pătrunderea parțială a undelor radio prin zăpadă și a vegetației și, în anumite condiții prin nisip și sol. lungimile de unda (C- și X-band) sunt utile pentru a identifica limitele zonei de obiecte mici, în plus față de radiația în aceste intervale tinde să afecteze mai puternic vegetația și stratul de zăpadă și sol.
a) Distorsiuni Distorsionate Range
b) Efectul foldului
d) Radar Umbra
Fig. 1. Efectele generate de imaginile radar datorită geometriei sondajului și a terenului
fotografiere geometrie pentru sistemele radar este semnificativ diferit de optice de la înregistrarea se efectuează cu o deviere considerabilă de la nadir. Pentru imagini de date radar sistem de coordonate, după cum urmează: azimut - o direcție paralelă cu traiectoria și distanța - distanța de la senzorul de înclinare la suprafață. valorile unghiurilor de fotografiere variază în funcție de senzorii și modurile de înregistrare și poate ajunge la 8 ° la 60 °, o astfel de geometrie de fotografiere determină o serie de distorsiuni geometrice pe imagini (Fig 1.): Denaturarea gama oblică (neuniformitate de rezoluție a imaginii în gama), efectul falduri, redirecționarea și umbrele radar. Eliminarea acestor efecte se efectuează în timpul ortorectificării datelor cu privire la DEM exactă. În Fig. 2 prezintă două imagini, demonstrând în mod clar diferențe semnificative în geometria anchetei între radar și date optice.
Imaginile cu radar au un număr de caracteristici radiometrice: în imagini, chiar și pentru o suprafață omogenă, există variații semnificative în nivelul luminozității dintre pixelii vecini, creând o textură granulară. Acesta este zgomotul de petele care rezultă din faptul că imaginea rezultată a unui anumit pixel este rezultatul adăugării mai multor valori, deoarece antena senzorului este sintetizată. La recuperarea imaginilor, se folosește principiul unui radar cu deschidere sintetică (SAR sau SAR). Toți senzorii moderni sunt sisteme SAR, iar zgomotul de pe pistă este prezent pe toate imaginile radar. Utilizarea sistemelor SAR este cauzată de faptul că este imposibilă obținerea unei rezoluții spațiale înalte, cu dimensiuni mici ale antenelor de nave spațiale reale. Când se utilizează o diafragmă sintetizată, atunci când o antenă este sintetizată pe o porțiune suficient de mare a orbitei, este posibilă obținerea unei rezoluții spațiale înalte. Spectrul de zgomot (granularitatea în Figura 3) este o distorsionare multiplicativă, adică, cu cât semnalul este mai puternic, cu atât distorsiunea este mai puternică. Pentru a elimina zgomotul de zgomot, se folosesc diferite tipuri de filtrare.
a) TerraSAR-X (modul SCANSAR, rezoluție spațială 16 m)
b) Landsat-7 (combinație de canale: 3-2-1, rezoluție spațială de 30 m)
Fig. 2. Compararea imaginii radar și a imaginii în regiunea vizibilă a spectrului
Împreună cu zgomotul de zgârieturi, imaginea conține distorsiuni radiometrice cauzate de geometria sondajului. Deoarece sondajul este efectuat la unghiuri diferite pentru diferite puncte ale imaginii, neuniformitatea luminanță apare pe imaginea de câmp: la un unghi mic - mai luminos decât cu un unghi mai mare de fotografiere (a se vedea figura 3 ..). Această distorsiune este eliminată prin introducerea diferitor factori de câștig al antenei pe câmpul de imagine.
Un alt grup de distorsiuni este cauzat de geometria sondajului și de relieful suprafeței: acestea sunt zone de umbrire și suprapunere, sunt legate de distorsiuni geometrice, dar afectează și radiometria.
Multe dintre sistemele radar moderne de teledetecție prin satelit (ALOS-PALSAR, TerraSAR, Radarsat-2 etc.) fac posibilă obținerea de imagini cu polarizare diferită a radiației. Polarizarea este determinată de orientarea vectorului de inducție electromagnetică, atunci când interacționează cu obiectul, se schimbă polarizarea și poartă informații despre obiect.
Polarizare paralele: emis, iar semnalul recepționat are aceeași polarizare: HH și VV (cu o polarizare suprafață iradiată cu aceeași polarizare a primit obratnootrazhennoe radiații), astfel de tipuri de polarizare au tendința de a capta undele backscatter de obiecte orientate în aceeași direcție ca undă incidentă.
Crucea polarizare: a emis, iar semnalul primit au diferite polarizare: HV și VH (suprafața de iradiere sunt la o polarizare și a primit reflectat semnal pe de altă polarizare), astfel de tipuri de polarizare permit fixarea semnalele reflectate, care rezultă din dispersia în vrac, care depolarizează energie, cum ar fi în cazul semnalelor reflectate de trunchiuri de copaci de suprafață și pământului. Figura 4 prezintă schematic principiul polarizării încrucișate.
Imaginile obținute cu polarizări diferite ale radiației fac posibilă o mai bună desfășurare a clasificării obiectelor de pe suprafața de bază. După cum se poate observa din exemplul de mai sus, folosind polarimetrica imagine lozhnotsvetovogo compozit putem clasifica în mod clar obiecte (Figura 5.): Culorile albastru și albastru - este pipernicit vegetație, roșu - verde pădure - vegetație marsh, nuanțe întunecate indică o suprafață de umectare. În acest caz, instantaneu cu o singură polarizare pentru a distinge vegetație redusă, iar lemnul este dificil - diferențele tonale scăzute.
a) Polarizarea HH
b) Imaginea polarimetrică compusă din HV-HH-VV
Fig. 5. ALOS PALSAR PLR
Un studiu comparativ al sistemelor radar moderne
În prezent, există 8 sateliți radar în orbită, datele din care sunt disponibile pentru utilizatori, iar un număr destul de mare de dispozitive sunt planificate să fie lansate în următorii câțiva ani. Tabelul 2 prezintă o serie de caracteristici de bază ale sistemelor radar: intervalul, frecvența sondajului, rezoluția spațială maximă, lățimea de bandă corespunzătoare capturii și posibilitatea de măsurare polarimetrică.
Tabelul 2. Sisteme moderne și viitoare de detectare la distanță a radarului
OL este rezoluția spațială maximă pe care o oferă sistemul
PS - banda de filmare, modul corespunzător
PL - posibilitatea sondajului polarimetric (- nu, + este, +/- parțial, n / a - nu există date)
* - se precizează problema difuzării comerciale a datelor pe teritoriul Rusiei
Datele existente pot fi împărțite în mai multe grupe: 1 - date rezolutie medie (ERS și Envisats), 2 - rezoluție înaltă (RADARSAT și ALOS PALSAR) și 3 - rezolutie ultraînaltă (TerraSAR-X, COSMO-SkyMed). Toți acești sateliți au capacitatea de a trage la o rezoluție mai mică, dar o zonă mai mare (cea mai bună rezoluție este dată în tabel). Un parametru important este perioada de repetiție a orbitei - este timpul minim posibil pentru a obține perechi interferometrice de imagini radar ale senzorului sau în alt mod, sau pentru zona de imagine cu aceeași geometrie. Perioada minimă pentru ziua de azi - 11 zile are un satelit TerraSAR-X, ALOS maxim - 46 de zile. Ultima coloană arată capacitatea senzorilor de a primi date polarimetrice.
Trebuie remarcat faptul că pentru toți senzorii care orbitează, cu excepția ALOS-PALSAR, este posibilă comandarea unui nou sondaj, iar datele de fotografiere sunt coordonate cu clientul. În ceea ce privește datele ALOS-PALSAR, această suprafață a pământului este supravegheată de un program special, iar arhiva datelor este actualizată constant. În Fig. 6 prezintă planul de supraveghere a suprafeței Pământului a navei spațiale ALOS (PALSAR) în trei moduri principale.
După cum se poate observa din planul de mai sus (Figura 6), sondajul de pe teritoriul Rusiei se desfășoară și se planifică în mod regulat. Principalele moduri de fotografiere sunt FBS (polarizare unică) și FBD (dubla polarizare). Fotografia în modul broadband (WS, rezoluție 100 m) este, de asemenea, efectuată în mod regulat.
Costul datelor radar variază în funcție de puterea de rezolvare și de senzor. Tabelul 3 rezumă informații privind principalii parametri tehnici și costul datelor radar primite de diferite sisteme SAR.
Tabelul 3. Principalii parametri tehnici și costul datelor radar
1 - semnul / înseamnă că orice polarizare de la indicat
2 - costul datelor este indicat fără TVA
3 - pentru diferiți sateliți, datele sunt arhivate după următorii termeni:
TerraSAR-X: HighSpot și SpotLight - 6 luni, StripMap și ScanSAR - 12 luni;
Radarsat-1,2: după fotografiere;
ALOS-PALSAR: după fotografiere;
ENVISAT, ERS-2: după fotografiere
4 - mod de fotografiere standard. Atunci când se comandă un nou sondaj pentru un număr de sateliți, există o noțiune de fotografiere prioritară, în care crește costul datelor.
5 - când se comandă datele Radarsat-2, este posibil să se aleagă o singură sau dublă polarizare, pentru o dublă - o plată suplimentară de 5000 de ruble.
După cum se poate observa din tabelele de mai sus (2 și 3), sunt disponibile date destul de diverse pe piață, atât în ceea ce privește rezoluția, gamele de filmare, cât și costurile. Din aceste motive, atunci când folosiți date radar, este important să selectați corect imaginile necesare pentru a rezolva anumite probleme.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: