極化SAR圖像基礎知識(2)


本篇主要關注物理含義

1.極化

  電磁波在傳播時,傳播的方向和電場、磁場相互垂直,我們把電波的電場方向叫電波的極化。(i.e.依據電場E的方向來定義電磁波的極化)。

  如果電場矢量端點隨時間變化的軌跡是一直線,這種波稱作線極化波。線極化波又分為水平極化和垂直極化,電波的電場垂直於入射面的是垂直極化波,平行於入射面的是水平極化波。如下圖所示。對后向散射的一般情況,后向散射場Er的分量和入射場Ei的分量線性相關,通常用(Er垂直,Er水平)'=(exp(ikd)/|d|)*S*(Ei垂直,Ei水平)'.其中S即為單個像素的后向散射矩陣,包含了目標的全部極化信息。

  
  如果電場矢量的方向隨時間變化,矢量端點的軌跡是一個圓,這種波稱作圓極化波(更一般的,橢圓極化波)。圓極化波分為左旋圓極化波和右旋圓極化波,順着電波傳播方向看去,電波的電場矢量順時針旋轉的是右旋圓極化波,反之是左旋圓極化波。如下圖所示。

(注:電磁波(又稱電磁輻射)是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。)

2.分辨率

  雷達的分辨率是指在距離向和方位向上分辨兩個鄰近目標的能力。

  距離向分辨率:通過增大信號帶寬B可以提高距離分辨率

            

(注:信號帶寬B:設發射脈沖中的最大、最小頻率分別為fmax,fmin,則此脈沖的信號帶寬為B=fmax-fmin。)

  方位向分辨率:增大天線方位向孔徑可以提高方位分辨率。方位分辨率僅僅取決於天線尺寸,天線越小,分辨率越高。其根本原因是,天線越小其波束越寬,目標被觀察的時間久越長,這樣就有助於合成一個更大的天線,從而提高分辨率。

                    

  距離分辨率和方位向分辨率含義圖示如下:

  

(注:要提高雷達分辨率就必須增加天線的長度。但是,這是不可能物理實現的,因此需要通過虛擬來實現。1951年美國人Carl Wiley首先設想:利用平台移動及信號之間的相干性,通過計算來重建一個大尺寸的天線。由於雷達在兩次發射脈沖之間不斷移動,確實有可能在相位上組合所有回波,從而合成一個巨大的天線陣。這就是合成孔徑雷達原理。)

 

(注:電磁波(又稱電磁輻射)是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。)


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