SAR-polarisatiePolarisatie beschrijft de oriëntatie van het elektromagnetische veld dat wordt uitgezonden en ontvangen door een synthetisch apertuurradarsysteem. Omdat verschillende oppervlakken en structuren horizontale en verticale velden op verschillende manieren verstrooien, is polarisatie een van de meest bruikbare variabelen voor het interpreteren van SAR-beelden.
Deze handleiding beschrijft de vier lineaire polarisatiekanalen - HH, HV, VH en VV - en de drie meest gebruikte acquisitiemodi: enkelvoudige polarisatie, dubbele polarisatie en volledige (quad) polarisatie. Ook wordt uitgelegd hoe technici een modus kiezen voor remote sensing, radartesten en antennesysteemevaluatie.
Wat is SAR-polarisatie?
De meeste ruimtegebaseerde SAR-systemen gebruiken horizontale (H) en verticale (V) lineaire polarisatie. Een kanaalcode van twee letters geeft eerst de verzonden polarisatie aan en vervolgens de ontvangen polarisatie. HH betekent bijvoorbeeld horizontaal verzenden en horizontaal ontvangen, terwijl HV horizontaal verzenden en verticaal ontvangen betekent.
Polarisatie is belangrijk omdat een object de polarisatie van het invallende licht kan behouden, roteren of een deel van de terugkaatsing kan depolariseren. Oppervlakteruwheid, geometrie, diëlektrische eigenschappen, golflengte, invalshoek en interne structuur beïnvloeden allemaal de gemeten terugkaatsing. Polarisatie moet daarom worden geïnterpreteerd in samenhang met de frequentieband, de kijkgeometrie en gekalibreerde beeldgegevens.
Wat betekenen HH, HV, VH en VV?
| Kanaal | Verzenden | Ontvangen | Classificatie |
|---|---|---|---|
| HH | Horizontaal | Horizontaal | Co-gepolariseerd |
| HV | Horizontaal | Verticaal | Kruisgepolariseerd |
| VH | Verticaal | Horizontaal | Kruisgepolariseerd |
| VV | Verticaal | Verticaal | Co-gepolariseerd |
HH en VV zijn co-gepolariseerde kanalen omdat de zend- en ontvangstpolarisaties gelijk zijn. HV en VH zijn kruisgepolariseerde kanalen omdat de ontvangstpolarisatie orthogonaal is aan de zendpolarisatie. In een gekalibreerd wederkerig monostatisch systeem zijn de responsen van HV en VH vaak vergelijkbaar, maar beide kanalen blijven behouden bij volledige polarimetrische metingen.
De drie belangrijkste SAR-polarisatiemodi
1. Enkelvoudige polarisatie
Bij een acquisitie met één polarisatie wordt één kanaal geregistreerd, meestal HH of VV. Dit resulteert in een lager datavolume en een eenvoudigere verwerking wanneer één gevalideerd kanaal volstaat. De beperking is dat één kanaal minder informatie geeft over verstrooiingsmechanismen en de structuur van het doelwit.
2. Dubbele polarisatie
Bij een dual-polarisatie-acquisitie worden twee kanalen geregistreerd. Veelvoorkomende combinaties zijn HH+HV en VV+VH, waarbij de radar één polarisatie uitzendt en zowel co- als kruisgepolariseerde signalen ontvangt. Sommige systemen ondersteunen ook een co-pol-paar zoals HH+VV. Dual-pol-data biedt nuttige onderscheidingsmogelijkheden, terwijl de datasnelheid en verwerkingsvereisten beheersbaarder blijven dan bij volledige polarimetrie. ESA stelt dat Sentinel-1 VV+VH of HH+HV ondersteunt in zijn dual-polarisatieschema's.
3. Volledige of viervoudige polarisatie
Volledig polarimetrische SAR registreert HH, HV, VH en VV als complexe kanalen. Een klassieke quad-pol radar zendt H en V achter elkaar uit en ontvangt zowel de H- als de V-reflecties terug, waarbij amplitude- en relatieve fase-informatie behouden blijft. Dit maakt analyse van de verstrooiingsmatrix en gedetailleerde doelontleding, -classificatie en -karakterisering mogelijk.
De keerzijde is een grotere systeemcomplexiteit, een hogere kalibratiebehoefte, een groter datavolume en meer verwerkingsinspanning. Afhankelijk van de sensor kan full-pol-werking ook een smallere swath of andere acquisitiebeperkingen met zich meebrengen. Compacte polarisatie is een andere geldige SAR-architectuur, maar deze verschilt van de traditionele lineaire modi met één, twee en vier polarisaties die hier besproken worden.
Co-polarisatie versus kruispolarisatie
Co-gepolariseerde kanalen behouden vaak sterke reflecties van oppervlakken en structuren die de doorgelaten polarisatie in stand houden. Kruisgepolariseerde reflecties geven aan dat het verstrooiingsproces een deel van de polarisatietoestand heeft veranderd door volumeverstrooiing, meervoudige reflecties, complexe geometrie of een anisotrope structuur.
- Rustig water en gladde oppervlakken:Ze lijken vaak donker wanneer het grootste deel van de energie van de radar wordt weggekaatst; ruwheid, wind en de invalshoek kunnen de terugkaatsing vergroten.
- Vegetatie:Takken, stammen en bladeren veroorzaken volumeverstrooiing, waardoor kruispolarisatiekanalen waardevolle structurele informatie kunnen toevoegen.
- Stedelijke gebieden:Gebouwen en grondoppervlakken kunnen, afhankelijk van de oriëntatie en de beeldvormingsgeometrie, sterke copolaire reflecties en dubbele reflecties veroorzaken.
- Bodem, sneeuw en ijs:Vochtgehalte, ruwheid, diepte, golflengte en interne structuur hebben allemaal invloed op de polarisatiereactie.
Dit zijn interpretatieprincipes, geen universele regels. Een kanaal mag niet onafhankelijk van de radarband, invalshoek, resolutie, het seizoen en de kalibratiekwaliteit worden gekozen.
Hoe kies je een SAR-polarisatiemodus?
| Vereiste | Praktisch uitgangspunt |
|---|---|
| Monitoring over een groot gebied of een beperkt gegevensvolume | Enkelvoudige polarisatie wanneer een gevalideerd kanaal aan het detectiedoel voldoet. |
| Vegetatie, landbouw of landbedekkingsdiscriminatie | Dual-pol co- en kruisgepolariseerde data voor extra verstrooiingsinformatie |
| Kaartweergave van zeeijs, oceanen of overstromingen | Kies HH- of VV-gebaseerde modi op basis van de band, de invalshoek en de gevalideerde methode. |
| Geavanceerde classificatie of verstrooiingsdecompositie | Volledige quad-pol wanneer fasegekalibreerde vierkanaalsinformatie vereist is. |
De beste modus is toepassingsspecifiek. Ingenieurs moeten de informatie-inhoud vergelijken met de dekking, resolutie, signaal-ruisverhouding, beeldbreedte, herhalingsfrequentie, verwerkingscapaciteit en kalibratiemogelijkheden.
Antenne- en RF-overwegingen voor polarimetrische radar
Betrouwbare polarimetrische metingen zijn afhankelijk van meer dan alleen het verwerkingsalgoritme. De antenne en de RF-keten moeten stabiele prestaties leveren in beide polarisatiekanalen. Belangrijke parameters zijn onder andere:
- werkfrequentie en momentane bandbreedte;
- Balans tussen versterking en stralingspatroon van de H- en V-poorten;
- haven-tot-haven isolatie en grensoverschrijdende discriminatie;
- amplitude- en fasestabiliteit;
- VSWR, connectorinterface en kabelkalibratie;
- Antenne-uitlijning, montagegeometrie en kalibratiereferentievlak.
RF MISO levertdubbel gepolariseerde hoornantennes, breedband dubbel gepolariseerde hoornantennesen andere RF-antenneoplossingen voor radar-, meet- en systeemintegratietoepassingen. De modelkeuze dient altijd gebaseerd te zijn op het actuele specificatieblad en de volledige testvereisten.
Veelgestelde vragen
Welke letter komt eerst in een SAR-polarisatiecode?
De eerste letter geeft de zendpolarisatie aan en de tweede de ontvangstpolarisatie. HV staat voor horizontaal zenden en verticaal ontvangen.
Wat is het verschil tussen dual-pol en quad-pol SAR?
Dual-pol registreert twee kanalen, meestal HH+HV of VV+VH. Quad-pol registreert HH, HV, VH en VV en behoudt de relaties die nodig zijn voor een volledige polarimetrische analyse.
Is één SAR-polarisatie altijd de beste?
Nee. De meest bruikbare modus hangt af van het doel, de radargolflengte, de invalshoek, de resolutie, de omgevingsomstandigheden en het verwerkingsdoel.
Waarom zijn crosspol-kanalen nuttig?
HV of VH kunnen verstrooiing aan het licht brengen die de polarisatie van het invallende licht verandert, met name volumeverstrooiing en verstrooiing van structureel complexe objecten zoals vegetatie.
Conclusie
De polarisatie van een SAR-radar bepaalt hoe een radar een doelwit belicht en hoe het teruggekaatste veld wordt gemeten. HH en VV zijn co-gepolariseerde kanalen, terwijl HV en VH kruisgepolariseerd zijn. Single-pol biedt efficiëntie, dual-pol voegt onderscheidingsvermogen toe en full quad-pol levert de meest complete lineaire polarimetrische dataset. Nauwkeurige resultaten vereisen dat de acquisitiemodus, het antennesysteem, de kalibratiemethode en de toepassingsvereisten gezamenlijk in overweging worden genomen.
Raadpleeg de RF MISO-documentatie voor ondersteuning bij antenneselectie of polarimetrische RF-metingen.antenne testmogelijkheden or neem contact op met het RF MISO-team.
Referenties en verder lezen
Ga voor meer informatie over antennes naar:
Geplaatst op: 28 juni 2024
