遥感雷达波段的原理及应用

news2024/12/23 16:41:54

雷达波段是不同波长的组。每一种都有其独特的穿透地球表面的能力。它们还可以揭示环境的不同方面。

雷达频段在电磁频谱内具有特定的频率范围。这些波段由 L-、S-、C- 和 X-波段等字母表示。稍后会详细介绍这一点。

合成孔径雷达 (SAR) 是一种用于对地球表面成像的先进雷达。与传统雷达系统不同，SAR 利用雷达发射器和目标区域的运动。这以电子方式模拟更大的天线或孔径。结果是更高分辨率的图像。

无论是机载还是星载，雷达成像都会向侧面传输微波脉冲。然后，它利用地形特征测量反向散射。例如，它可能会检测森林树枝、建筑物，甚至地面。

我们已经通过示例创建了本关于 SAR 的指南。如果您需要了解该主题，这是一个很好的起点。重要的是要知道 SAR 是一种主动传感器。此外，它可以在任何天气条件下甚至在夜间工作。

雷达频段和 SAR 之间的关系是关键。这是因为雷达波段的选择会影响 SAR 系统穿透表面的能力。因此，特定的雷达频段对于不同的用例来说更为常见。

下表显示了遥感中最常见的雷达频段及其应用。

波段	频率	波长	应用
X	8 – 12 GHz	3.8 – 2.4 厘米	城市监测、冰雪、天气监测、对植被覆盖的渗透很少
C	4 – 8 GHz	7.5 – 3.8 厘米	土地利用、农业监测、森林砍伐、冰、海洋和海上航行
S	2 – 4GHz	15 – 7.5 厘米	生物质、林业管理、土壤湿度、地质和水文学
L	1 – 2 GHz	30 – 15 厘米	土壤湿度、冰川、地球物理监测；生物量和植被测绘；合成孔径雷达
磷	0.3 – 1GHz	100 – 30 厘米	最深的渗透能力、山体滑坡、侵蚀、考古和湿地。

SAR 使用不同雷达波段的能力使其成为地球观测的极其有价值的工具。例如，某些族群擅长穿透茂密的森林树冠。

雷达频段的选择是根据SAR应用的具体要求进行权衡。微波在森林中的穿透深度随频率的不同而变化。以下是森林地区雷达波段的一些差异。

P 波段波可以穿透树冠，因此有利于森林中较大木质部分的散射。由于其在树冠内的散射，它非常适合生物量测量。

目前运行的大多数卫星都是 C 波段、L 波段或 X 波段。为了填补这一空白，欧空局将启动BIOMASS 任务。该 P 波段传感器将有助于收集世界各地森林生物量的信息。

目的是生成分辨率为 200 米的森林生物量和森林高度地图。利用 P 波段 SAR 的独特灵敏度，BIOMASS 任务将深入森林树冠。

就森林而言，L 波段反向散射更多来自树干和树枝。与 P 频段类似，L 频段频率可以深入森林进行生物量测量。

一些最常见的 L 波段传感器是Seasat、ALOS-1 和 ALOS-2。尽管这些传感器有助于全球森林监测，但它们也有助于灾害和自然资源检测。

对于生物量估计，L 波段和 P 波段传感器优于较高频率和较小波长。这是因为它们具有独特的能力来检测森林冠层内较大木质成分的散射。

X波段雷达有什么用？在林业中，X 波段频率可以从树冠表面反射。因此，这意味着它的反向散射更多来自树冠的叶子和针叶。

TerraSAR-X是在 X 波段运行的传感器的一个示例。它提供对低密度森林中的生物量更敏感的测量。例如，这包括稀疏的稀树草原、灌木丛、草原或农作物

其他携带 X 波段仪器的卫星有COSMO-SkyMed和 PAZ SAR。意大利和西班牙卫星在聚光灯模式下均可实现1米分辨率，重复周期为11天和16天。

C 波段是雷达波段的主力。事实上，它是最常见的雷达波段类型。例如，Sentinel-1、ENVISAT 和Radarsat Constellation Mission均在 7.5 – 3.8 cm 范围内的 C 波段频率上运行。

SAR C 频段频率穿透将仅限于林业应用中的上层林冠。反向散射主要来自树叶和较小的树枝。除非环境位于林地和稀树草原等非常稀疏的森林覆盖范围内。

应用范围非常广泛。石油泄漏、土地覆盖和冰雪监测是最常见的应用。像Sentinel-1这样的卫星在穿透能力、分辨率和对大气条件的敏感性之间取得了平衡。

此 SAR 卫星列表显示传感器、寿命、波长和访问限制。