การโพลาไรเซชันของ SARอธิบายถึงทิศทางของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งและรับโดยระบบเรดาร์สังเคราะห์รูรับแสง เนื่องจากพื้นผิวและโครงสร้างที่แตกต่างกันจะกระจายสนามในแนวนอนและแนวตั้งแตกต่างกัน การโพลาไรเซชันจึงเป็นหนึ่งในตัวแปรที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการตีความภาพ SAR
คู่มือนี้อธิบายช่องสัญญาณโพลาไรเซชันเชิงเส้นสี่ช่อง ได้แก่ HH, HV, VH และ VV และโหมดการรับสัญญาณที่ใช้กันทั่วไปสามโหมด ได้แก่ โพลาไรเซชันเดี่ยว โพลาไรเซชันคู่ และโพลาไรเซชันเต็ม (ควอด) นอกจากนี้ยังอธิบายวิธีการที่วิศวกรเลือกโหมดสำหรับการสำรวจระยะไกล การทดสอบเรดาร์ และการประเมินระบบเสาอากาศ
การโพลาไรเซชันของ SAR คืออะไร?
ระบบ SAR บนอวกาศส่วนใหญ่ใช้การโพลาไรซ์เชิงเส้นแนวนอน (H) และแนวตั้ง (V) รหัสช่องสัญญาณสองตัวอักษรจะระบุโพลาไรซ์ที่ส่งออกไปก่อน แล้วจึงระบุโพลาไรซ์ที่รับเข้ามา ตัวอย่างเช่น HH หมายถึงการส่งในแนวนอนและการรับในแนวนอน ในขณะที่ HV หมายถึงการส่งในแนวนอนและการรับในแนวตั้ง
การโพลาไรเซชันมีความสำคัญ เนื่องจากเป้าหมายสามารถรักษาโพลาไรเซชันของคลื่นตกกระทบ หมุนโพลาไรเซชัน หรือลดโพลาไรเซชันของคลื่นสะท้อนบางส่วนได้ ความหยาบของพื้นผิว รูปทรงเรขาคณิต คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริก ความยาวคลื่น มุมตกกระทบ และโครงสร้างภายใน ล้วนมีอิทธิพลต่อการกระเจิงย้อนกลับที่วัดได้ ดังนั้น การโพลาไรเซชันจึงควรได้รับการตีความร่วมกับย่านความถี่ รูปทรงเรขาคณิตในการมอง และข้อมูลภาพที่ปรับเทียบแล้ว
HH, HV, VH และ VV หมายถึงอะไร?
| ช่อง | ส่ง | รับ | การจำแนกประเภท |
|---|---|---|---|
| HH | แนวนอน | แนวนอน | โคโพลาไรซ์ |
| HV | แนวนอน | แนวตั้ง | โพลาไรซ์ไขว้ |
| VH | แนวตั้ง | แนวนอน | โพลาไรซ์ไขว้ |
| VV | แนวตั้ง | แนวตั้ง | โคโพลาไรซ์ |
HH และ VV เป็นช่องสัญญาณแบบโพลาไรซ์ร่วม เนื่องจากโพลาไรเซชันของการส่งและการรับเหมือนกัน ส่วน HV และ VH เป็นช่องสัญญาณแบบโพลาไรซ์ไขว้ เนื่องจากโพลาไรเซชันของการรับตั้งฉากกับโพลาไรเซชันของการส่ง ในระบบโมโนสแตติกแบบผกผันที่ปรับเทียบแล้ว การตอบสนองของ HV และ VH มักจะคล้ายกัน แต่ทั้งสองช่องสัญญาณจะยังคงอยู่เมื่อทำการวัดแบบโพลาไรเมตริกอย่างสมบูรณ์
โหมดการโพลาไรซ์หลักสามโหมดของ SAR
1. โพลาไรเซชันเดี่ยว
การเก็บข้อมูลแบบโพลาไรเซชันเดี่ยวจะบันทึกข้อมูลเพียงช่องสัญญาณเดียว ซึ่งโดยทั่วไปคือ HH หรือ VV วิธีนี้ให้ปริมาณข้อมูลน้อยกว่าและประมวลผลได้ง่ายกว่าเมื่อช่องสัญญาณที่ผ่านการตรวจสอบแล้วเพียงช่องเดียวก็เพียงพอ ข้อจำกัดคือ ช่องสัญญาณเดียวให้ข้อมูลเกี่ยวกับกลไกการกระเจิงและโครงสร้างของเป้าหมายน้อยกว่า
2. การโพลาไรซ์คู่
การรับสัญญาณแบบสองขั้วจะบันทึกข้อมูลสองช่องสัญญาณ การผสมผสานที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ HH+HV และ VV+VH ซึ่งเรดาร์จะส่งสัญญาณในขั้วหนึ่งและรับสัญญาณสะท้อนทั้งแบบขั้วเดียวกันและขั้วตรงข้าม บางระบบยังรองรับคู่ขั้วเดียวกัน เช่น HH+VV ข้อมูลแบบสองขั้วช่วยเพิ่มความสามารถในการแยกแยะความแตกต่างได้อย่างมีประโยชน์ ในขณะที่ยังคงรักษาอัตราการส่งข้อมูลและข้อกำหนดในการประมวลผลให้จัดการได้ง่ายกว่าการวัดขั้วแบบเต็มรูปแบบ ESA ระบุว่า Sentinel-1 รองรับ VV+VH หรือ HH+HV ในรูปแบบการรับสัญญาณแบบสองขั้ว
3. การโพลาไรซ์แบบเต็มหรือแบบควอด
ระบบเรดาร์ SAR แบบโพลาไรซ์เต็มรูปแบบจะบันทึก HH, HV, VH และ VV เป็นช่องสัญญาณเชิงซ้อน เรดาร์แบบควอดโพลาไรซ์แบบคลาสสิกจะส่งสัญญาณ H และ V ตามลำดับ และรับสัญญาณสะท้อนกลับทั้ง H และ V โดยรักษาข้อมูลแอมพลิจูดและเฟสสัมพัทธ์ไว้ ซึ่งสนับสนุนการวิเคราะห์เมทริกซ์การกระเจิงและการแยกส่วน การจำแนก และการระบุลักษณะเป้าหมายอย่างละเอียด
ข้อเสียคือระบบมีความซับซ้อนมากขึ้น ความต้องการในการปรับเทียบมากขึ้น ปริมาณข้อมูลมากขึ้น และความพยายามในการประมวลผลมากขึ้น ขึ้นอยู่กับเซ็นเซอร์ การทำงานแบบโพลาไรซ์เต็มรูปแบบอาจเกี่ยวข้องกับช่วงการเก็บข้อมูลที่กว้างขึ้นหรือข้อจำกัดในการรับข้อมูลที่แตกต่างกัน การโพลาไรซ์แบบกะทัดรัดเป็นสถาปัตยกรรม SAR ที่ใช้ได้ผลอีกแบบหนึ่ง แต่แตกต่างจากโหมดเชิงเส้นแบบโพลาไรซ์เดี่ยว โพลาไรซ์คู่ และโพลาไรซ์สี่แบบดั้งเดิมที่กล่าวถึงในที่นี้
การโพลาไรซ์ร่วมเทียบกับการโพลาไรซ์ไขว้
ช่องสัญญาณโพลาไรซ์ร่วมมักจะรักษาสัญญาณสะท้อนที่แรงจากพื้นผิวและโครงสร้างที่รักษาโพลาไรซ์ของการส่งผ่านไว้ สัญญาณสะท้อนแบบโพลาไรซ์ไขว้บ่งชี้ว่ากระบวนการกระเจิงได้เปลี่ยนแปลงสถานะโพลาไรซ์บางส่วนผ่านการกระเจิงปริมาตร การสะท้อนหลายครั้ง รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน หรือโครงสร้างที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
- น้ำนิ่งและพื้นผิวเรียบ:โดยทั่วไปแล้วจะปรากฏเป็นสีเข้มเมื่อพลังงานส่วนใหญ่สะท้อนออกไปจากเรดาร์ ความขรุขระ ลม และมุมตกกระทบสามารถเพิ่มการสะท้อนกลับได้
- พืชพรรณ:กิ่งก้าน ลำต้น และใบไม้ก่อให้เกิดการกระเจิงของปริมาตร ดังนั้นช่องสัญญาณครอสโพลจึงสามารถเพิ่มข้อมูลโครงสร้างที่มีค่าได้
- เขตเมือง:อาคารและพื้นผิวต่างๆ สามารถสร้างการสะท้อนร่วมที่รุนแรงและการกระเจิงแบบสะท้อนสองครั้งได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางและเรขาคณิตของการถ่ายภาพ
- ดิน หิมะ และน้ำแข็ง:ความชื้น ความหยาบ ความลึก ความยาวคลื่น และโครงสร้างภายใน ล้วนส่งผลต่อการตอบสนองของโพลาไรเซชัน
สิ่งเหล่านี้เป็นหลักการตีความมากกว่ากฎสากล การเลือกช่องสัญญาณไม่ควรทำโดยไม่คำนึงถึงย่านความถี่เรดาร์ มุมตกกระทบ ความละเอียด ฤดูกาล และคุณภาพการสอบเทียบ
วิธีการเลือกโหมดโพลาไรเซชันของ SAR
| ความต้องการ | จุดเริ่มต้นที่เป็นรูปธรรม |
|---|---|
| การตรวจสอบพื้นที่กว้างหรือปริมาณข้อมูลจำกัด | ขั้วเดี่ยวเมื่อช่องสัญญาณที่ผ่านการตรวจสอบตรงตามวัตถุประสงค์การตรวจจับ |
| การจำแนกประเภทพืชพรรณ การเกษตร หรือการปกคลุมของผืนดิน | ข้อมูลโพลาไรซ์คู่แบบร่วมและแบบไขว้สำหรับข้อมูลการกระเจิงเพิ่มเติม |
| การทำแผนที่น้ำแข็งทะเล มหาสมุทร หรือพื้นที่น้ำท่วม | เลือกโหมด HH หรือ VV ตามย่านความถี่ มุมตกกระทบ และวิธีการที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว |
| การจำแนกขั้นสูงหรือการแยกส่วนการกระเจิง | ระบบควอดโพลเต็มรูปแบบเมื่อต้องการข้อมูลสี่ช่องสัญญาณที่ปรับเทียบเฟสแล้ว |
โหมดที่ดีที่สุดคือโหมดที่ปรับให้เหมาะสมกับการใช้งาน วิศวกรควรเปรียบเทียบเนื้อหาข้อมูลกับขอบเขตการครอบคลุม ความละเอียด อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน ความกว้างของแถบการสำรวจ เวลาในการสำรวจซ้ำ ทรัพยากรในการประมวลผล และความสามารถในการปรับเทียบ
ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับเสาอากาศและคลื่นวิทยุสำหรับเรดาร์แบบโพลาไรเมตริก
การวัดค่าโพลาไรเมตริกที่เชื่อถือได้นั้นขึ้นอยู่กับมากกว่าแค่เพียงอัลกอริธึมการประมวลผล เสาอากาศและวงจร RF ต้องรักษาประสิทธิภาพที่เสถียรในทั้งสองช่องสัญญาณโพลาไรเซชัน พารามิเตอร์ที่สำคัญได้แก่:
- ความถี่ในการทำงานและแบนด์วิดท์ทันที;
- การปรับสมดุลของอัตราขยายและรูปแบบการแผ่รังสีระหว่างพอร์ต H และ V;
- การแยกสัญญาณระหว่างพอร์ตและการแยกแยะความแตกต่างระหว่างขั้ว
- ความเสถียรของแอมพลิจูดและเฟส;
- VSWR, อินเทอร์เฟซตัวเชื่อมต่อ และการปรับเทียบสายเคเบิล;
- การจัดตำแหน่งเสาอากาศ รูปทรงการติดตั้ง และระนาบอ้างอิงสำหรับการสอบเทียบ
RF MISO จัดจำหน่ายเสาอากาศฮอร์นแบบสองขั้ว, เสาอากาศฮอร์นแบบสองขั้วบรอดแบนด์และโซลูชันเสาอากาศ RF อื่นๆ สำหรับงานเรดาร์ การวัด และการบูรณาการระบบ การเลือกแบบจำลองควรพิจารณาจากเอกสารข้อมูลจำเพาะปัจจุบันและข้อกำหนดการทดสอบที่ครบถ้วนเสมอ
คำถามที่พบบ่อย
ในรหัสโพลาไรเซชันของ SAR ตัวอักษรใดมาก่อน?
ตัวอักษรตัวแรกระบุทิศทางการส่งสัญญาณ และตัวอักษรตัวที่สองระบุทิศทางการรับสัญญาณ HV หมายถึงการส่งสัญญาณในแนวนอน และการรับสัญญาณในแนวตั้ง
SAR แบบ dual-pol และ quad-pol แตกต่างกันอย่างไร?
ระบบ Dual-pol บันทึกสองช่องสัญญาณ โดยทั่วไปคือ HH+HV หรือ VV+VH ส่วนระบบ Quad-pol บันทึก HH, HV, VH และ VV และรักษาความสัมพันธ์ที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์โพลาไรเมตริกอย่างสมบูรณ์
การเลือกค่าโพลาไรเซชันของ SAR แบบเดียวดีที่สุดเสมอไปหรือไม่?
ไม่ โหมดที่มีประโยชน์ที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับเป้าหมาย ความยาวคลื่นเรดาร์ มุมตกกระทบ ความละเอียด สภาพแวดล้อม และวัตถุประสงค์ในการประมวลผล
เหตุใดช่องสัญญาณแบบครอสโพลจึงมีประโยชน์?
HV หรือ VH สามารถเปิดเผยการกระเจิงที่เปลี่ยนแปลงโพลาไรเซชันของแสงตกกระทบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกระเจิงปริมาตรและเป้าหมายที่มีโครงสร้างซับซ้อน เช่น พืชพรรณ
บทสรุป
การโพลาไรเซชันของ SAR ควบคุมวิธีการที่เรดาร์ส่องแสงไปยังเป้าหมายและวิธีการวัดสนามที่สะท้อนกลับมา HH และ VV เป็นช่องสัญญาณแบบโคโพลาไรซ์ ในขณะที่ HV และ VH เป็นช่องสัญญาณแบบครอสโพลาไรซ์ การโพลาไรซ์เดี่ยวให้ประสิทธิภาพ การโพลาไรซ์คู่เพิ่มความสามารถในการแยกแยะ และการโพลาไรซ์สี่ช่องสัญญาณเต็มรูปแบบให้ชุดข้อมูลโพลาไรเมตริกเชิงเส้นที่สมบูรณ์ที่สุด ผลลัพธ์ที่แม่นยำต้องพิจารณาโหมดการรับสัญญาณ ระบบเสาอากาศ วิธีการสอบเทียบ และข้อกำหนดของแอปพลิเคชันร่วมกัน
สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับการเลือกเสาอากาศหรือการสนับสนุนการวัด RF แบบโพลาไรเมตริก โปรดตรวจสอบ RF MISOความสามารถในการทดสอบเสาอากาศ or ติดต่อทีม RF MISO.
เอกสารอ้างอิงและแหล่งข้อมูลเพิ่มเติม
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
วันที่เผยแพร่: 28 มิถุนายน 2024
