Sintezētās apertūras radara polarizācija

Sintezētās apertūras radaru polarizācija veidojas, elektromagnētiskajam vilnim polarizējoties polarimetriskās izkliedes dēļ vai arī tā tiek mākslīgi radīta radaru sistēmā, izmantojot specializētu antenu.

Pamatidejas

Polarizācija radaru sistēmās

Radaru sistēmās polarizētus EM viļņus rada speciāli veidotas antenas, kuras paredzētas polarizētu viļņu sūtīšanai un saņemšanai. Ir daudz dažādu antenas formu veidi:

• Dipola
• Kvadrātveida ("Patches")
• Parabola
• Raga veida
• "Waveguide"

• 
  Dipola (Zaķu ausis)
• 
  Kvadrātveida
• 
  Parabolisks - Irbenes RT-32
• 
  Raga veida - Schwarzbech BBHA 9120 D
• 
  "Waveguide" veida

Radaru sistēmas izmantotās antenas ir veidotas tā, lai izplatītu tīri polarizētu signālu. Vienkāršotās radaru sistēmās tiek izmantotas antenas, kuras sūta un saņemt EM viļņus vienā polarizācijā. Divas visizplatītākās virzienu polarizācijas ir horizontālā (H) un vertikālā (V). Tiek izmantotas arī apļa veida polarizācijas, kur virzienus norāda pa labi (R) vai pa kreisi (K). Apļa veida polarizāciju primāri izmanto laikapstākļu radaros. Komplicētākas radaru sistēmas spēj sūtīt vairākās polarizācijās. Vairāku polarizāciju viļņus iespējams sūtīt, atsevišķi padodot nepieciešamo signālu atsevišķai antenas daļai, kas raida noteiktā polarizācijā - horizontālajā (H) un vertikālajā (V). Noteiktās situācijās ir iespējams vienlaikus sūtīt horizontālajā un vertikālajā polarizācijā.

Apzīmējot nosūtīto un saņemto EM viļņus, radaru sistēmas iespējams iedalīt attiecīgos kanālos:

• HH - nosūta horizontālu signālu un saņem horizontālu signālu

• VV - nosūta vertikālu signālu un saņem vertikālu signālu

• HV - nosūta horizontālu un saņem vertikālu signālu

• VH - nosūta vertikālu signālu un saņem horizontālu

Polarizācijas HH un VV tiek dēvētas par vienādi polarizētām (like-polarized), jo antenas saņem un sūta vienā un tajā pašā polarizācijā. Polarizācijas HV un VH tiek dēvētas par krustveida polarizētām (cross-polarized), jo saņemtās un nosūtītās polarizācijas ir ortogonālas. Radaru sistēmas tiek iedalītas 3 polarizācijas sarežģītības pakāpēs:

• Vienreiz polarizēta - HH, VV, HV vai VH (Single polarized)
• Divreiz polarizēta - HH un VV, VV un VH, vai HH un VV (Dual polarized)
• Četrkāršā polarizācija (pilna polarizācija) - HH, VV, HV, un VH

Polarimetriskā izkliede

Kad radara signāls sasniedz mērķi signāls tiek vai nu atstarots, izkliedēts, absorbēts vai pārsūtīts. Atstarošanās no materiāla ir atkarīga no mērķa materiāla dielektriskās konstantes. Ļoti gludas virsmas izraisa lielāku radara signāla atstarošanos. Atstarojoties signāls atgriežas ne tikai tajā polarizācijā, kurā tika sūtīts, bet arī visās pārējās. Atgriezto signālu pēc tam apvieno izkliede matricā
|S| = [SHH SHV; SVH SVV]
Signāls pa diagonālēm ir viena veida polarizācija un sigāls pa ne-diagonālēm ir krustveida polarizācijas signāls.

Polarizācijas izkliede

Polarizācijas iekrāsots SAR attēls – Nāves ieleja

Kā piemēru var minēt gluda ezera virsmu, no kuras radara signāls tiks atstarots saskaņā ar Snella likumu. Kā piemēru var izmantot saules atstarojumu pret ezeru, šāda veida atstarojums neatgriezīs daudz radara signālu uz apertūru, attēlojot ezerus tumšus (mazs atgrieztais signāls). Bet signāls var atstaroties vairākas reizes un veidojot leņķi kurā SAR sistēma saņem vairāk atgrieztā signāla. Šādā veidā bieži atstarojas no veģetācijas, kurā ūdens saturs ja ir lielāks, attēlojot veģetāciju spožāku. Ja veģetācija satur ļoti maz ūdens vai nesatur nemaz, tad atgrieztais signāls var būt ļoti mazs vai neatstarotirsvnemaz.

Darbības piemēri

Viens no galvenajiem SAR sistēmu mērķiem ir veidot tematiskās kartes, ar kādiem materiāliem attiecīgā zemes virsma ir noklāta. Izmantojot polarizāciju ir iespējams katogorizēt kādi materiāli ir attiecīgajā teritorijā. Vienkāršākā klasifikācijas metode ir, izmantojot vizuālo interpretāciju. Sistēmas "tulks" analizējot attēlu apskata, kā virsma tiek klasificēta attēlā un papildina attēlu ar trūkstošajām detaļām. Lai palīdzētu ar vizuālo interpretāciju tiek izmantoti vairāki polarizācijas kanāli, veidojot krāsu attēlu. Vienkāršākajā gadījumā attēlu veido, izmantojot HH polarizāciju kā sarkano, HV kā zaļo krāsu un VV kā zilo krāsu. Šāda veida attēlošana mēdz izskatīties realistiski, jo ūdens atstaro augstāku VV polarizāciju un veģetācija atstaro augstāku HV polarizāciju.

Lauksaimniecība

Latvijas teritorija Sentinel-1 SAR datu mozaīkā (kompozītattēls izmantojot dažādas polarizācijas kanālus)

SAR attēlus lauksaimniecībā izmanto, lai sekotu līdzi veģetācijai augšanas laikā. Augot labībai, mainās polarizācijas izkliede. Šādu informāciju var izmantot, lai noteiktuz vai attiecīgajā teritorijā aug veģetācija - labība, koki un cita veģetācija. Kā piemēru var minēt iespēja sekot līdzi vai attiecīgās teritorijas īpašnieks audzē labību vai pļauj zāli, jo mainot virsmas veģetāciju mainās polarizācijas izkliede - t.i. īsāka zāle, mazāka HV polarizācija.

Kartogrāfija

SAR attēlus kartogrāfijā izmanto, lai veidotu tematiskās kartes, piemēram, ledāju kartes, kuras mainās sezonāli. Ar šāda veida datiem ir iespējams sekot ledāju izmaiņām. Polarizācijas izkliede ir mazāka pie taisniem leņķiem, kuri veidojas pie cilvēku veidotiem objektiem, tādā veidā iespējams veidot pilsētu kartes, kur ir bieži sastopami 90 grādu leņķi.

Militārā

SAR attēlus iespējams izmantot militārām vajadzībām. Iespējams sekot līdzi kuģu, lidaparātu un sauszemes aprīkojuma kustībai. Antiradaru iekārtas tiek veidotas, lai būtu pēc iespējas lielāka polarizācijas izkliede, atgriežot mazāku signālu, tādā veidā paslēpjot attiecīgo aparatūru.

Antiradaru lidaparāts - F-117 Nighthawk