Phân cực SARPhân cực mô tả hướng của trường điện từ được truyền và nhận bởi hệ thống radar khẩu độ tổng hợp. Vì các bề mặt và cấu trúc khác nhau tán xạ trường ngang và dọc khác nhau, nên phân cực là một trong những biến số hữu ích nhất để giải thích ảnh SAR.
Hướng dẫn này giải thích bốn kênh phân cực tuyến tính - HH, HV, VH và VV - và ba chế độ thu nhận tín hiệu thường được sử dụng: phân cực đơn, phân cực kép và phân cực toàn phần (bốn cực). Nó cũng nêu rõ cách các kỹ sư lựa chọn chế độ phù hợp cho việc cảm biến từ xa, thử nghiệm radar và đánh giá hệ thống anten.
Phân cực SAR là gì?
Hầu hết các hệ thống SAR trên không gian sử dụng phân cực tuyến tính ngang (H) và dọc (V). Mã kênh gồm hai chữ cái xác định phân cực truyền đi trước và phân cực nhận được sau. Ví dụ, HH có nghĩa là truyền ngang và nhận ngang, trong khi HV có nghĩa là truyền ngang và nhận dọc.
Hiện tượng phân cực rất quan trọng vì vật thể mục tiêu có thể giữ nguyên phân cực ánh sáng tới, xoay nó hoặc khử phân cực một phần ánh sáng phản xạ. Độ nhám bề mặt, hình dạng hình học, tính chất điện môi, bước sóng, góc tới và cấu trúc bên trong đều ảnh hưởng đến tín hiệu tán xạ ngược đo được. Do đó, hiện tượng phân cực cần được diễn giải cùng với dải tần số, hình học quan sát và dữ liệu hình ảnh đã được hiệu chuẩn.
HH, HV, VH và VV có nghĩa là gì?
| Kênh | Truyền đi | Nhận được | Phân loại |
|---|---|---|---|
| HH | Nằm ngang | Nằm ngang | Đồng phân cực |
| HV | Nằm ngang | Thẳng đứng | Phân cực chéo |
| VH | Thẳng đứng | Nằm ngang | Phân cực chéo |
| VV | Thẳng đứng | Thẳng đứng | Đồng phân cực |
HH và VV là các kênh cùng phân cực vì độ phân cực phát và nhận giống nhau. HV và VH là các kênh phân cực chéo vì độ phân cực nhận vuông góc với độ phân cực phát. Trong một hệ thống đơn tĩnh tương hỗ đã được hiệu chuẩn, đáp ứng của HV và VH thường tương tự nhau, nhưng cả hai kênh đều được giữ lại trong các phép đo phân cực đầy đủ.
Ba chế độ phân cực chính của SAR
1. Phân cực đơn
Thu thập dữ liệu đơn phân cực chỉ ghi lại một kênh, thường là HH hoặc VV. Phương pháp này cung cấp dung lượng dữ liệu thấp hơn và xử lý đơn giản hơn khi chỉ cần một kênh đã được xác thực. Hạn chế là một kênh cung cấp ít thông tin hơn về cơ chế tán xạ và cấu trúc mục tiêu.
2. Phân cực kép
Hệ thống thu tín hiệu phân cực kép ghi lại hai kênh. Các tổ hợp phổ biến bao gồm HH+HV và VV+VH, trong đó radar phát ra một tín hiệu phân cực và nhận cả tín hiệu phản hồi cùng phân cực và phân cực chéo. Một số hệ thống cũng hỗ trợ cặp cùng phân cực như HH+VV. Dữ liệu phân cực kép bổ sung khả năng phân biệt hữu ích trong khi vẫn giữ tốc độ dữ liệu và yêu cầu xử lý dễ quản lý hơn so với phân cực toàn phần. ESA cho biết Sentinel-1 hỗ trợ VV+VH hoặc HH+HV trong các sơ đồ phân cực kép của nó.
3. Phân cực toàn phần hoặc phân cực bốn chiều
Hệ thống radar khẩu độ tổng hợp (SAR) phân cực toàn phần ghi lại các tín hiệu HH, HV, VH và VV dưới dạng các kênh phức hợp. Một hệ thống radar bốn cực cổ điển phát tín hiệu H và V theo trình tự và nhận cả tín hiệu phản hồi H và V, bảo toàn thông tin về biên độ và pha tương đối. Điều này hỗ trợ phân tích ma trận tán xạ và phân tích, phân loại và mô tả chi tiết mục tiêu.
Nhược điểm là hệ thống phức tạp hơn, yêu cầu hiệu chuẩn cao hơn, khối lượng dữ liệu lớn hơn và nỗ lực xử lý nhiều hơn. Tùy thuộc vào cảm biến, hoạt động phân cực toàn dải cũng có thể liên quan đến dải quét hẹp hơn hoặc các ràng buộc thu thập khác nhau. Phân cực nhỏ gọn là một kiến trúc SAR hợp lệ khác, nhưng nó khác biệt với các chế độ tuyến tính phân cực đơn, kép và tứ cực truyền thống được thảo luận ở đây.
Phân cực đồng hướng so với phân cực chéo
Các kênh cùng phân cực thường giữ lại tín hiệu phản xạ mạnh từ các bề mặt và cấu trúc duy trì sự phân cực đã truyền. Tín hiệu phản xạ khác phân cực cho thấy quá trình tán xạ đã làm thay đổi một phần trạng thái phân cực thông qua tán xạ thể tích, phản xạ đa lần, hình học phức tạp hoặc cấu trúc dị hướng.
- Mặt nước tĩnh lặng và bề mặt phẳng lặng:Các tín hiệu thường xuất hiện tối khi phần lớn năng lượng bị phản xạ ra khỏi radar; độ nhám bề mặt, gió và góc tới có thể làm tăng sự tán xạ ngược.
- Thảm thực vật:Các cành, thân và lá tạo ra hiện tượng tán xạ thể tích, do đó các kênh phân cực chéo có thể bổ sung thông tin cấu trúc có giá trị.
- Khu vực đô thị:Các công trình kiến trúc và bề mặt đất có thể tạo ra các tín hiệu phản xạ đồng cực mạnh và tán xạ kép, tùy thuộc vào hướng và hình học chụp ảnh.
- Đất, tuyết và băng:Độ ẩm, độ nhám, độ sâu, bước sóng và cấu trúc bên trong đều ảnh hưởng đến phản ứng phân cực.
Đây là những nguyên tắc diễn giải chứ không phải là quy tắc phổ quát. Không nên lựa chọn kênh một cách độc lập với dải tần radar, góc tới, độ phân giải, mùa và chất lượng hiệu chuẩn.
Cách chọn chế độ phân cực SAR
| Yêu cầu | Điểm khởi đầu thực tế |
|---|---|
| Giám sát diện rộng hoặc khối lượng dữ liệu hạn chế | Chế độ phân cực đơn khi kênh đã được xác thực đáp ứng mục tiêu phát hiện. |
| Phân biệt đối xử dựa trên thảm thực vật, nông nghiệp hoặc lớp phủ đất | Dữ liệu phân cực kép, đồng cực và chéo cực để bổ sung thông tin tán xạ. |
| Lập bản đồ băng biển, đại dương hoặc lũ lụt | Chọn chế độ dựa trên HH hoặc VV tùy theo dải tần, góc tới và phương pháp đã được kiểm chứng. |
| Phân loại nâng cao hoặc phân tích tán xạ | Chế độ quad-pol đầy đủ khi cần thông tin bốn kênh đã được hiệu chỉnh pha. |
Chế độ tốt nhất là chế độ dành riêng cho từng ứng dụng. Các kỹ sư nên so sánh nội dung thông tin với phạm vi phủ sóng, độ phân giải, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, dải quét, thời gian quét lại, tài nguyên xử lý và khả năng hiệu chuẩn.
Các yếu tố cần xem xét về ăng-ten và tần số vô tuyến đối với radar phân cực
Các phép đo phân cực đáng tin cậy phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ thuật toán xử lý. Ăng-ten và chuỗi RF phải duy trì hiệu suất ổn định ở cả hai kênh phân cực. Các thông số quan trọng bao gồm:
- tần số hoạt động và băng thông tức thời;
- Cân bằng độ khuếch đại và kiểu bức xạ giữa các cổng H và V;
- Cách ly giữa các cổng và phân biệt cực chéo;
- Độ ổn định biên độ và pha;
- VSWR, giao diện đầu nối và hiệu chuẩn cáp;
- Căn chỉnh ăng-ten, hình học lắp đặt và mặt phẳng tham chiếu hiệu chuẩn.
Nguồn cung cấp RF MISOĂng-ten kèn phân cực kép, Ăng-ten kèn phân cực kép băng thông rộngvà các giải pháp anten RF khác cho radar, đo lường và tích hợp hệ thống. Việc lựa chọn model luôn phải dựa trên bảng dữ liệu hiện hành và yêu cầu kiểm tra đầy đủ.
Câu hỏi thường gặp
Chữ cái nào đứng đầu trong mã phân cực SAR?
Chữ cái đầu tiên xác định hướng phân cực phát và chữ cái thứ hai xác định hướng phân cực nhận. HV có nghĩa là phát ngang và nhận dọc.
Sự khác biệt giữa SAR lưỡng cực và SAR tứ cực là gì?
Chế độ ghi kép (dual-pol) ghi lại hai kênh, thường là HH+HV hoặc VV+VH. Chế độ ghi bốn (quad-pol) ghi lại HH, HV, VH và VV và bảo toàn các mối quan hệ cần thiết cho phân tích phân cực đầy đủ.
Liệu chỉ một hướng phân cực SAR là tốt nhất?
Không. Chế độ hữu ích nhất phụ thuộc vào mục tiêu, bước sóng radar, góc tới, độ phân giải, điều kiện môi trường và mục tiêu xử lý.
Tại sao các kênh giao thoa lại hữu ích?
HV hoặc VH có thể phát hiện hiện tượng tán xạ làm thay đổi độ phân cực của ánh sáng tới, đặc biệt là tán xạ thể tích và các mục tiêu có cấu trúc phức tạp như thảm thực vật.
Phần kết luận
Phân cực SAR kiểm soát cách radar chiếu sáng mục tiêu và cách đo trường phản xạ. HH và VV là các kênh cùng phân cực, trong khi HV và VH là các kênh phân cực chéo. Phân cực đơn mang lại hiệu quả, phân cực kép tăng khả năng phân biệt, và phân cực tứ cực đầy đủ cung cấp bộ dữ liệu phân cực tuyến tính hoàn chỉnh nhất. Kết quả chính xác đòi hỏi phải xem xét đồng thời chế độ thu thập dữ liệu, hệ thống anten, phương pháp hiệu chuẩn và yêu cầu ứng dụng.
Để được hỗ trợ lựa chọn anten hoặc đo lường tần số vô tuyến phân cực, hãy xem tài liệu của RF MISO.khả năng kiểm tra anten or Liên hệ với nhóm RF MISO.
Tài liệu tham khảo và đọc thêm
Để tìm hiểu thêm về ăng-ten, vui lòng truy cập:
Thời gian đăng bài: 28/06/2024
