Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 2

Transkrypt

1 Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska Wykład 2

2 RADAR (ang. Radio Detection And Ranging) Radar to urządzenie służące do wykrywania obiektów powietrznych, nawodnych oraz lądowych takich jak: samoloty, śmigłowce, rakiety, statki (również chmury oraz obiekty terenowe), pozwalające na określenie kierunku, odległości a także rozmiarów obiektu, a w radarach dopplerowskich także do pomiarów prędkości wykrywanego obiektu. [Wikipedia]

3 RADAR (ang. Radio Detection And Ranging) Dzięki wykorzystaniu fal elektromagnetycznych radar jest w stanie rozpoznawać różne obiekty i określać dystans między nimi. Gdy fale elektromagnetyczne poruszające się z prędkością światła (300 tys. kilometrów na sekundę) napotykają przeszkodę to odbijają się od niej (zmiana właściwości dielektrycznych i magnetycznych ośrodka). Promieniowanie elektromagnetyczne, które wraca do radaru pozwala określić odległość od przeszkody. Promieniowanie mikrofalowego najmocniej odbijają przewodniki elektryczne, głównie metale. Dzięki temu radary wykorzystywane są przede wszystkim do wykrywania statków, samolotów czy pocisków. /air-stealth-technology-and-military-science/

4 RADAR STEALTH TECHNOLOGY Stealth technology ned-how-stealth-technology-works/

5 RADAR (ang. Radio Detection And Ranging) Z klasycznych radarów korzystają m.in. : meteorolodzy, wykrywając chmury burzowe i wyładowania atmosferyczne, policja, określając prędkość pojazdów kontrolerzy lotów, nadzorując ruch lotniczy wojsko do wykrywania wrogich pojazdów Radar meteorologiczny w Wysogotowie (wchodzi w skład krajowej sieci radarów POLRAD do hydrologicznej i meteorologicznej osłony Polski) [WIKIPEDIA] Mobilny radar do pomiaru wysokości obiektów powietrznych, których znany jest azymut i odległość.

6 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Sentinel-1 TerraSAR-X COSMO-SkyMed RADARSAT-2

7 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) A. Misra, B. Kartikeyan, S. Garg Towards Identifying Optimal Quality Indicators for Evaluating De-Noising Algorithm Performance in SAR System SAR zapisuje Amplitudę (A) fazę ( ) powracającego sygnału.

8 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Radar rejestruje sygnał odbity od obiektów w funkcji ich położenia Radar emituje puls promieniowania (jego prędkość jest równa prędkości światła) Część energii z pulsu radarowego jest odbita z powrotem w kierunku radaru i jest przez niego rejestrowana. Określa się ją jako rozproszenie wsteczne (σ o )

9 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) - Antena emituje pulsy z określoną częstotliwością (PRF, ang. Pulse Repetition Frequency) - Transmitowany sygnał to długotrwający puls o liniowo zmodulowanej częstotliwości, tzw. chirp Ważne parametry: - Długość pulsu ( ) - Ilość wykorzystanych częstotliwości (B) - PRF Rozdzielczość obrazu w kierunku zasięgu zależy od długości [sec] wysyłanego pulsu: Range resolution = C cos C prędkość światła (3x10 8 m/sec) depression angle

10 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Rozdzielczość obrazu w kierunku AZYMUTU zależy od szerokości pasa terenu oświetlanego przez radar. Szerokość ta zależy od długości anteny: Azimuth resolution = ½ D D długość anteny Niezbędne jest aby antena była znacznie większa niż długość wysyłanej fali.

11 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) RAR (ang. Real Aperture Radar) wykorzystuje maksymalną, fizyczną długość anteny do osiągnięcia maksymalnej rozdzielczości w kierunku azymutu. SAR wykorzystuje stosunkowo krótką antenę do syntetyzowania anteny długiej. W tym celu wykorzystywana jest informacja o zmianie fazy wynikająca z efektu Dopplera.

12 FOCUSING

13 FOCUSING Surowy obraz SAR Obraz SAR po kompresji w kierunku zasięgu (range) Obraz SAR po kompresji w azymucie i w kierunku zasięgu i (range)

14 MULTILOOKING

15 Zasada działania radaru SAR Różnice w wykorzystanych pasmach

16 Zasada działania radaru SAR Lotniczy obraz SAR o rozdzielczości 3 x 3 m

17 Rodzaje sensorów teledetekcyjnych

18 Rodzaje sensorów teledetekcyjnych

19 FORESHORTENING

20 LAYOVER

21 LAYOVER

22 SHADOWING

23 MOUSTACHE EFFECT Charakterystyczne wąsy, które pojawiają się na obrazach radarowych są efektem podwójnego odbicia od zaokrąglonego obiektu i podłoża. H. Hammer, S. Kuny, K. Schulz, 2014, Amazing SAR Imaging Effects Explained by SAR Simulation, EUSAR 2014, pp

24 SPECKLE

25 WYKORZYSTYWANE CZĘSTOTLIWOŚCI

26 WYKORZYSTYWANE CZĘSTOTLIWOŚCI Pasmo Zakres częstotliwości Przykłady wykorzystania VHF P L C X Ku 300 KHz 300 MHz ( cm) 300 MHz 1 GHz ( cm ) 1 GHz 2 GHz (15-30 cm) 4 GHz 8 GHz (3,75 7,5 cm) 8 GHz 12 GHz (2,5 3,75) 12 GHz 18 GHz (1,67 2,5 cm) Analiza biomasy, penetracja przez warstwę liści / grunt Analiza biomasy, wilgotności gleby, penetracja przez warstwę liści / grunt Rolnictwo, leśnictwo, penetracja przez warstwę liści / grunt Oceanografia, rolnictwo Rolnictwo, oceanografia, radary o wysokich rozdzielczościach Badania lodowców Ka 26,5 GHz 40 GHz (0,75 1,1 cm) Radary o wysokich rozdzielczościach =30 (GHz)/f