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合成孔徑雷達(dá)（SAR）作為一種新興的遙感觀測(cè)技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)在于各種天氣條件下，穿過云層和煙霧，甚至是夜晚都可以生成高分辨的圖像。無論是Sentinel-1，還是RadarSat和TerraSAR上，都可以看到這項(xiàng)技術(shù)的影子。

Sentinel-1是歐洲航天局哥白尼計(jì)劃中的地球觀測(cè)衛(wèi)星，由兩顆組成，載有C波段合成孔徑雷達(dá) 。
RadarSat由加拿大航天局研制，1996年正式開始工作的商業(yè)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，工作在C波段（5.3GHz），HH極化方式，7種波束模式，25種成像方式。
TerraSAR，德國宇航中心與EADSAstrium及Infoterra公司共同開發(fā)的軍民兩用雷達(dá)偵查衛(wèi)星。工作在X波段（9.65GHz），具備多極化、多入射角特性。

這篇文章中，將不會(huì)涉及任何公式，希望通過簡單的實(shí)例應(yīng)用可以讓讀者讀SAR成像有更好的理解。
Basic – 具備蝙蝠一般能力的SAR
當(dāng)蝙蝠在洞穴中飛行的時(shí)候，一般會(huì)產(chǎn)生50-120dB的聲波，利用回波蝙蝠就可以確定出距離位置。同樣的原理也適用于SAR，衛(wèi)星向地球發(fā)出微波脈沖，衛(wèi)星會(huì)根據(jù)回波進(jìn)行成像。
通常，合成孔徑雷達(dá)是側(cè)視觀測(cè)的，也就是說觀測(cè)的時(shí)候它并不是完全的正向下，而是存在著一定的角度，至于這樣做的好處后面會(huì)提到。
對(duì)于可以穿過云層和煙霧的合成孔徑雷達(dá)而言，較長的波長可以更好的穿透云層抵達(dá)地表，例如，L波段（~24cm）雷達(dá)比C波段（~6cm）和X波段（~3cm）的波長更長。
Basic – 合成孔徑雷達(dá)散射的類型
雷達(dá)側(cè)視使得其可以作用于不同的地形，這里對(duì)合成孔徑雷達(dá)三種主要的散射類型進(jìn)行介紹，表面散射，漫散射和雙回波散射。
表面散射一般來自于道路或者水面，這種類型的散射，雷達(dá)發(fā)射出去的脈沖只有很少的一部分能量被返回，后面例子中關(guān)于這種散射一般都是黑色像素，其值也大都小于-20dB 。
【sar是什么意思磁共振sar是什么意思】粗糙表面引起的漫散射，如農(nóng)田耕地和植被等，這種散射的值一般都小于-20dB，且大多都為灰色像素。
一些常見的建筑物和其他人造物體會(huì)發(fā)生雙回波散射，這種類型的散射一般為-10dB的白色像素。
SAR成像圖解
到這里，我們已經(jīng)對(duì)合成孔徑雷達(dá)有了一定的了解，下面的這幅來自RadarSat-2的SAR成像圖中包含了我們前面講到的幾種不同的散射類型。
這幅例圖中，紅色箭頭所指的這條東西流向的河流即為表面散射，其具備的能量較低，為暗黑色。橘黃色箭頭所指的亮白色部分則為雙回波散射，這種散射可以體現(xiàn)出一些主要城市特征，雖然在這幅圖中還不能確定這個(gè)物體是什么，但是其經(jīng)過雙回波散射后的能量值大于-10dB 。而黑色箭頭所指的大部分區(qū)域都是粗糙的漫散射，這些區(qū)域可能是農(nóng)田，植被或者草地等。
合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用實(shí)例
那么該如何將這些SAR的概念應(yīng)用于實(shí)際生活中呢？除了在遙感應(yīng)用外，SAR在環(huán)境，安全和軍事方面也有很多應(yīng)用。
在一些搜索與營救任務(wù)中，天氣條件往往比較惡劣，特別是在森林火災(zāi)發(fā)生的情況下，煙霧會(huì)阻礙環(huán)境的可見度。而SAR則不會(huì)受到這些因素的影響，救援人員可以利用他尋找地面上的求救人員，具體點(diǎn)，就是尋找地面上的雙回波散射，在一些泛洪的地方，可以對(duì)表面散射這樣類型的散射進(jìn)行觀測(cè) 。
另外，近些年來合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）發(fā)展也十分迅速，研究人員們利用InSAR進(jìn)行基于相位差異的地表形變監(jiān)測(cè)等。
如圖中所示的，SAR是基于后向散射的地面特性的體現(xiàn)，這也就是為什么海洋中的油體泄漏的時(shí)候會(huì)使用SAR去監(jiān)測(cè)海面，另外，可以利用SAR成像結(jié)果中的雙回波散射區(qū)域搜尋一只失聯(lián)在北極的船只。
除此之外，微波雷達(dá)對(duì)于介電常數(shù)的特性十分敏感，科學(xué)家們利用這一特點(diǎn)使用合成孔徑雷達(dá)去研究土壤濕度。在農(nóng)業(yè)上，農(nóng)民可以利用這一技術(shù)來了解土壤中幾厘米厚土壤的濕度。研究人員們也可以利用Touzi分解技術(shù)去繪制濕地地圖。
在技術(shù)上更深入一點(diǎn)
極化是指SAR天線電磁波振動(dòng)的矢量方向，也就是發(fā)出雷達(dá)波的方向，其中電場(chǎng)決定了波的極化方向。合成孔徑雷達(dá)的天線可以發(fā)射水平極化（H）或者垂直極化（V）。
當(dāng)電磁波從目標(biāo)出散射時(shí)，電磁波的極化狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)傳感器接收到回波時(shí)，它測(cè)量到的是目標(biāo)極化變化的程度。它可以是H極化，也可以是V極化，或者同時(shí)是H極化和V極化。
對(duì)于單極化，下面列出了典型的發(fā)射和接收極化狀態(tài) 。

HH – 水平發(fā)射，水平接收
VV – 垂直發(fā)射，垂直接收
HV – 水平發(fā)射，垂直接收
VH – 垂直發(fā)射，水平接收

我們可以利用類似Freeman-Durden這樣的分解技術(shù)獲得SAR成像中的表面散射、雙回波散射和體散射等構(gòu)成。
最后
如果沒有雷達(dá)方面的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，這些成像圖片看起來可能就是一堆并不漂亮的像素點(diǎn) 。而且一般的雷達(dá)成像是存在噪聲的，需要一定的平滑處理。但是通過一些分解方法和一點(diǎn)SAR概念的理解，SAR成像就成了一個(gè)極具價(jià)值的工具。
別忘了，還有一些開源遙感軟件，比如Sentinel-1 toolbox等，可以幫助你分析和可視化SAR成像。

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