A modern radarrendszerek, geomatika összehasonlító felmérése
Jelenleg nincs aktív a piac fejlődését adatok távérzékelés (RS) különböző módokon: ez a lehetőségét, hogy új, eddig megközelíthetetlen adatokat, és az új technológiák, új megoldások alapján távérzékelési adatok. Ma már egyértelműen megkülönböztetni két különböző több irányból kapjunk térbeli információkat a Föld felszínén: a forgatás a látható és az infravörös zóna a spektrum - passzív RS (kivéve a termikus infravörös tartományban), és a felvételt a centiméter (rádió) sáv - aktív RS. A kapott adatokat az optikai tartományban, igen széles körben használják, és azok feldolgozási technológia fejlett, szemben a radar adatok, aktív használata, amely kezelni a széles körű feladatokat - az osztályozás és építésére pontos digitális domborzati modellek / topográfia (DTM / DEM) és a földfelszín elmozdulásainak térképei - csak Oroszországban kezdődik. Számos fő fejlesztési trend létezik ezen a területen:
- Megnövekedett térbeli felbontás, valamint a radaradatok pontossági jellemzői miatt.
- Csökkenti az ismétlődő felvételek közötti időt.
- Interferometriai felmérés.
- A multipolarizációs felmérés lehetősége.
- A különböző szenzorokban különböző érzékelők által kapott adatok felhasználása.
- Tandem küldetések indítása egyszeri interferometriás felmérésre.
Jelenleg 8 radar űrhajó (SC) keringenek, ezekből az adatok a felhasználók rendelkezésére állnak. Mint az optikai adatok esetében is, annak érdekében, hogy jó eredményeket érjünk el a különböző problémák megoldásában, a kezdeti adatokat helyesen kell kiválasztani. A cikk célja, hogy megmutassa, milyen modern radar adatok jelenjenek meg az ERS seben, és milyen típusú problémákat lehet megoldani bizonyos adatok segítségével.
A radar adatok jellemzői
A műholdas radar távérzékelést a rádiós tartományban végzik: 1 mm-től 1 m-ig terjedő hullámhosszak, 0,3-300 GHz-es frekvenciák. Az érzékelő egy energiaimpulzus sugarat küld az objektumra (kb. 1500 impulzus / másodperc). Néhány impulzus visszatükröződik a tárgyról, és a rendszer méri mind a visszatérő jelet, mind a céltárgy távolságát, attól függően, hogy a jel átjut-e a cél felé és vissza. A radarhoz a következő módon meghatározott hullámhosszakat kell használni (1. táblázat):
1. táblázat: Mikrohullámú rádió tartomány
A Ka, K és Ku tartományokat a légsugáron működő radar rendszerekben található radarokra használják, de már nagyon ritkák. Az X, C és L tartományokat mind a légi járművek, mind az űrjáratok adatainak megszerzésére használják, az S és a P csak műholdas tesztelésre használatos. A rádiójel képes átjutni a felhőkön és esőcseppeken, ezt a képességet a hullámhossz határozza meg. A 2 cm-nél nagyobb hullámhosszú jelek a felhőkön át behatolnak, legalább 3-4 cm-es hullámhosszon, a jel az esőben is áthatol. A hullámhossz jelentősen befolyásolja a visszavert radar-jel amplitúdóját, valamint a hátsó rés jellemzőit az alatta lévő felületről. A hosszabb rádióhullámokon (L-sávon) végzett munka nagymértékben tükrözi a jeleket elsősorban a Föld felszínén lévő nagyobb tárgyak esetében, valamint a hó és a növényzet, valamint bizonyos körülmények között a homok és a talaj részleges behatolását. Rövidebb hullámok (C- és X-sávok) hasznosak a kis terepi objektumok határainak felderítésére, emellett ezen tartományokban a sugárzás sokkal inkább a növényzet és a hótakaró, valamint a talaj által is tükröződik.
a) torzított tartományú torzítás
b) A hajtás hatása
d) Radar Shadow
Ábra. 1. A felmérés geometriájából és a terepből származó radarképekből eredő hatások
A radarrendszerek felmérési geometriája jelentősen eltér az optikai rendszerektől, mivel a felmérést a nadirtól jelentős eltéréssel végzik. Radar adat, kép koordináta-rendszer a következő: azimut - párhuzamos irányban a pálya és a távolság - a távolság a dőlésérzékelőt a felszínre. Szög értékek felvételi függően változnak az érzékelők és a rögzítési módokra és elérheti a 8 ° és 60 °, egy ilyen forgatás geometriája okoz számos geometriai torzítás a képeket (1. ábra): torzítás ferdetávolság (egyenetlensége képfelbontás tartományban), a hatás a redők, átirányítás és radar árnyékok. E hatások kiküszöbölését a pontos DEM-ben végzett adatok orthorektifikálása során végezzük. Az 1. ábrán. A 2. ábra két képet mutat be, amelyek egyértelműen kimutatják a radar és az optikai adatok közötti felmérés geometriájának jelentős különbségeit.
A radarképek számos radiometrikus jellemzővel rendelkeznek: a homogén felületeken a képeknél a szomszédos képpontok közötti fényerősség is jelentősen változik, ami szemcsés textúrát eredményez. Ez - szemcsezajt Felmerül annak a ténynek köszönhető, hogy a kapott kép egy speciális pixel kapunk összeadásából értékek sokaságán szintetizálták az érzékelő antenna. A képek lekérésekor egy szintetikus nyílás radar (SAR vagy SAR) elvét alkalmazzák. Minden modern érzékelő SAR rendszer, és a foltos zaj minden radarképen jelen van. A SAR-rendszerek használatát az okozza, hogy lehetetlen nagy térbeli felbontást elérni a valós űrhajó antennák kis méretével. Ha egy szintetizált nyílást használunk, amikor egy antennát szintetizálunk a pályának elég nagy részében, akkor nagy térbeli felbontás érhető el. A foltos zaj (granularitás a 3. ábrán) egy multiplikatív torzítás, azaz annál erősebb a jel, annál erősebb a torzítás. A foltos zaj kiküszöbölésére különböző szűrési módokat alkalmaznak.
a) TerraSAR-X (SCANSAR mód, térbeli felbontás 16 m)
b) Landsat-7 (csatornák kombinációja: 3-2-1, térbeli felbontás 30 m)
Ábra. 2. A radarkép és a kép összehasonlítása a spektrum látható tartományában
A foltos zajjal együtt a kép a felmérés geometriájából származó radiometrikus torzításokat tartalmaz. Mivel a felmérést a kép különböző pontjain különböző szögben végzik, a képmező fölött a fényesség nem egyenletessége jelenik meg: kis szögben világosabb, mint egy nagyobb lövési szöggel (lásd a 3. ábrát). Ez a torzítás kiküszöbölhető úgy, hogy a képmezőn különböző antennatényező-tényezőket vezet be.
A torzítások egy másik csoportját a felmérés geometriája és a felületi megkönnyebbülés okozza: ezek az árnyékolás és az átfedések területei, ezek összefüggenek a geometriai torzításokkal, de befolyásolják a radiometriát is.
Sok modern radarkészületi távérzékelő rendszer (ALOS-PALSAR, TerraSAR, Radarsat-2 stb.) Lehetővé teszi a különböző sugárzás polarizációval rendelkező képeket. A polarizációt az elektromágneses indukciós vektor tájolása határozza meg, amikor az objektummal kölcsönhatásba lép, a polarizáció megváltozik és információt hordoz az objektumról.
Párhuzamos polarizáció: a kibocsátott és a vett jel azonos polarizációs: HH és VV (egy polarizációs besugárzott felület azonos polarizációs kapott obratnootrazhennoe sugárzás), az ilyen típusú polarizációs hajlamosak, hogy rögzítse a visszaszórási hullámok tárgyak irányuk ugyanaz irányt, mint az incidens hullám.
A cross-polarizációs: a kibocsátott és a vett jel különböző polarizációs: HV és VH (besugárzás felület egy polarizációs és kapott visszavert jel a másik polarizációs), az ilyen típusú polarizációs lehetővé teszi, hogy rögzítse a visszavert jelek, eredő ömlesztett diszperziót, amely depolarizálja energia, mint például a , a Föld felszínétől és a fa törzsektől visszaverődő jelek esetében. A 4. ábra vázlatosan mutatja a kereszt-polarizáció elvét.
A sugárzás különböző polarizációjával kapott képek lehetővé teszik az alatta lévő tárgyak osztályozásának pontosabb elvégzését. Mint látható a fenti példa (. 5. ábra) segítségével polarimetriás lozhnotsvetovogo összetett kép tisztán osztályozza tárgyak: kék és kék színben - satnya vegetáció, piros - erdei zöld - mocsárvegetáció, sötétebb árnyalatok jelzik nedvesítő felületet. Ebben az esetben a pillanatfelvételt egyetlen polarizáció megkülönböztetni alacsony növényzet, és a fa nehéz - alacsony tonális különbségeket.
a) HH polarizáció
b) A HV-HH-VV összetett polarimetriás képe
Ábra. 5. ALOS PALSAR PLR
A modern radarrendszerek összehasonlító felmérése
Jelenleg 8 radaros műhold található a pályán, amelyekről az adatok elérhetők a felhasználók számára, és az elkövetkező években várhatóan meglehetősen nagy számban készülnek az eszközök. A 2. táblázat a radarrendszerek alapvető jellemzőit mutatja be: a felmérés tartományát, gyakoriságát, a legnagyobb térbeli felbontást, a megfelelő rögzítési sávszélességet és a polarimetriás felmérés lehetőségét.
2. táblázat: Modern és jövőbeli radar távérzékelő rendszerek
OL a maximális térbeli felbontás, amit a rendszer ad
PS - felvételi zóna, megfelelő módban
PL - polarimetriás felmérés lehetősége (- nem, + van, +/- részlegesen, n / a - nincs adat)
* - meghatározzák az adatok kereskedelmi forgalomba hozatalát Oroszország területén
A meglévő adatok lehet osztani több csoportra: 1 - közepes felbontású adatokat (ERS és ENVISAT), 2 - nagy felbontású (Radarsat és ALOS PALSAR) és 3 - ultramagas felbontású (TerraSAR-X, COSMO-Skymed). Minden műhold is lehetősége van arra, hogy végezzen felmérést az alacsonyabb felbontású, de nagyobb területen (a legjobb felbontás, a táblázatot). Az egyik fontos paraméter az ismétlési periódus a pályán - a lehető legkisebb idő megszerzéséhez interferometrikus pár radarfelvételeket az érzékelő, vagy más módon, vagy a kép nagysága azonos geometriával. A mai - 11 napos minimális időtartam egy TerraSAR-X műhold, a maximális ALOS - 46 nap. Az utolsó oszlop mutatja az érzékelők azon képességét, hogy polarimetriás adatokat kapjanak.
Meg kell jegyezni, hogy az összes keringő érzékelő számára - az ALOS-PALSAR kivételével - új felmérést rendelhetünk meg, és a felvételi időpontok összehangolhatók a vevővel. Ami az ALOS-PALSAR adatokat illeti, ezt a földfelszínt speciális program vizsgálja és az adatarchívum folyamatosan frissül. Az 1. ábrán. A 6. ábrán látható az ALOS (PALSAR) űrhajó Föld felszínének három fő módban történő felmérésére vonatkozó terv.
Amint az a fenti tervből (6. ábra) látható, Oroszország területének felmérését rendszeresen és rendszeresen tervezik. A fő felvételi módok FBS (egy polarizáció) és FBD (kettős polarizáció). A szélessávú felvételkészítés (WS, 100 m felbontás) is rendszeresen zajlik.
A radar adatok költsége a felbontóképességtől és az érzékelőtől függően változik. A 3. táblázat összefoglalja a különböző technikai paraméterek és a különböző SAR-rendszerek által kapott radar adatok költségét.
3. táblázat A radar adatok fő műszaki paraméterei és költségei
1 - annak a jele / jelentése, hogy bármelyik polarizáció a jelzett
2 - az adatok költsége HÉA nélkül szerepel
3 - különböző műholdak esetében az adatokat a következő kifejezések után archiválják:
TerraSAR-X: HighSpot és SpotLight - 6 hónap, StripMap és ScanSAR - 12 hónap;
Radarsat-1,2: felvétel után;
ALOS-PALSAR: lövés után;
ENVISAT, ERS-2: felvétel után
4 - normál felvételi mód. Számos műholdra vonatkozó új felmérés megrendelésekor az elsőbbségi felvétel fogalma, amelyben az adatok költsége nő.
5 - a Radarsat-2 adatok megrendelésekor egy vagy két polarizációt lehet választani, dupla kettős - 5000 rubel kiegészítő kifizetés.
Amint az a fenti táblázatokból (2. és 3.) látható, meglehetősen változatos adatok állnak rendelkezésre a piacon, mind a felbontás, a lövési tartományok, mind a költségek tekintetében. Ezen okok miatt a radar adatok használata esetén fontos, hogy a szükséges képeket helyesen válassza ki a speciális problémák megoldásához.