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合成孔徑雷達:穿透雲霧的觀測“利器”

发布时间:2020-08-31 10:28:27 作者: 字体:

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本期嘉宾:国家卫星气象中心副研究员 安大伟

采访人:本报记者 李慧 通讯员 张海真

 本期觀點:

遙感監測技術可快速方便地獲取地表大範圍觀測區域的空間分布特征,在防災減災中發揮著越來越重要的作用。合成孔徑雷達(SAR)具有穿透雲霧、全天時全天候監測的能力,能夠透過雲層直接觀測地表信息並實現米級分辨率觀測。

SAR如何穿透雲霧識別“僞裝”

我國有7顆風雲日本av衛星24小時不間斷監測天氣情況,風雲四號A星每15分鍾對我國區域的天氣觀測一次,必要時可以每5分鍾局地觀測,風雲三號極軌日本av衛星組合每天6次“巡查”我國各大江河流域和湖泊。入汛以來,國家衛星日本av中心每天利用風雲三號、高分等多源衛星,對我國的重點湖泊、水庫、河流等進行監測,包括鄱陽湖、洞庭湖,丹江口水庫、密雲水庫以及官廳水庫等。星載合成孔徑雷達(SAR)具有穿透雲霧、全天時全天候監測的能力,可幫助人們快速了解目標地區洪水災害影響情況。

7月中旬以來,安徽淮河流域遭遇強降雨。“千裏淮河第一壩”王家壩7月20日開閘泄洪,蓄滯洪區啓用。

監測淮河期間,由于降雨一直持續,光學衛星受到雲、霧遮擋的影響,難以對地表進行全面有效的觀測。國家衛星日本av中心第一時間獲取風雲日本av衛星、高分三號衛星SAR等資料,持續監測淮河流域蒙窪蓄洪區及周邊水域水體變化,爲防災減災以及政府決策提供參考。

安大偉說,與常規成像方式不同,SAR往往僅用單個輻射單元,沿直線依次在若幹個位置平移,且在每一個位置發射一個脈沖信號,接收相應發射位置的雷達回波信號並儲存起來,然後通過信號處理的方法産生一個等效的長線性陣列天線,這也是和常規地基空基雷達觀測原理不同的地方。

由于SAR工作在頻率較低的微波波段,雷達波束能夠有效穿透雲層實現全天候的觀測,而且SAR的分辨率高,可以有效地識別“僞裝”並且能穿透雲、霧等自然掩蓋物,因此,采用星載SAR觀測系統能夠獲得全天候超高分辨率的日本av災害圖像信息。

實際上,SAR技術在國內的應用可以追溯到2008年汶川地震救援。那時,中科院電子所的SAR技術還處于測試階段,但是由于汶川上空雲層較厚,當時的星載和機載光學觀測設備都無法透過雲層觀測到地面的詳細情況,國家緊急調用飛機搭載處于測試階段的SAR觀測震後汶川精細地貌情況,在精准救援中發揮了重要作用。

SAR未來發展勢頭強勁

因星載SAR可穿透雲、雨、霧、沙塵暴等,具備全天候工作能力,故在未來相當長時間將保持強勁的發展勢頭。

目前,能夠方便使用的SAR衛星數據主要來自歐洲航天局的哨兵一號衛星以及我國的高分三號衛星。高分三號衛星是我國首顆搭載空間分辨率最優可達1米的C波段多極化SAR的民用衛星,具備迄今爲止世界上最多的成像模式(包含波成像等12種成像模式)。此外,雷達波段的選擇相當重要。對于星載SAR,波段選擇主要考慮了大氣傳輸窗口、頻率和極化對信息提取的影響、圖像質量與設備複雜度之間的權衡等因素。

大氣中的氧氣、雲、霧和雨等對高頻電磁能量吸收明顯,在幾個頻率上有尖銳的吸收峰值,並且雷達信號在穿透電離層和對流層時會産生相位失真、極化旋轉和損耗等,會使圖像出現誤差,甚至難以成像。星載SAR的工作頻段適宜選擇L、C、X波段,用于航空測量、航空遙感、衛星大氣海洋觀測、航天偵察、圖像匹配制導等。

目前,國際上SAR衛星系統已進入高速發展階段,除了美國、加拿大、德國、日本等國,越來越多的國家和地區也已進入該領域,如印度與美國合作的NISAR、韓國的KOMPSAT5/6等項目。此外,新模式新技術不斷湧現,這在傳統強國研發下一代SAR衛星系統中表現得尤爲明顯。

在數據應用方面,除傳統的單幅圖像應用之外,數據集應用更受青睐,如多極化圖像、多幅圖像的時間序列分析等。應用領域也圍繞陸地、海洋、森林和大氣等方向,進行深層次應用與業務化探索。“在不遠的將來,SAR將成爲風雲衛星載荷中的一員,通過多頻、多極化等先進技術,對大氣和地表同步進行全天候精密監測,成爲國民經濟與建設領域不可或缺的重要支撐。”安大偉表示。


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合成孔徑雷達:穿透雲霧的觀測“利器”
2020-08-31 10:28:27

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本期嘉宾:国家卫星气象中心副研究员 安大伟

采访人:本报记者 李慧 通讯员 张海真

 本期觀點:

遙感監測技術可快速方便地獲取地表大範圍觀測區域的空間分布特征,在防災減災中發揮著越來越重要的作用。合成孔徑雷達(SAR)具有穿透雲霧、全天時全天候監測的能力,能夠透過雲層直接觀測地表信息並實現米級分辨率觀測。

SAR如何穿透雲霧識別“僞裝”

我國有7顆風雲日本av衛星24小時不間斷監測天氣情況,風雲四號A星每15分鍾對我國區域的天氣觀測一次,必要時可以每5分鍾局地觀測,風雲三號極軌日本av衛星組合每天6次“巡查”我國各大江河流域和湖泊。入汛以來,國家衛星日本av中心每天利用風雲三號、高分等多源衛星,對我國的重點湖泊、水庫、河流等進行監測,包括鄱陽湖、洞庭湖,丹江口水庫、密雲水庫以及官廳水庫等。星載合成孔徑雷達(SAR)具有穿透雲霧、全天時全天候監測的能力,可幫助人們快速了解目標地區洪水災害影響情況。

7月中旬以來,安徽淮河流域遭遇強降雨。“千裏淮河第一壩”王家壩7月20日開閘泄洪,蓄滯洪區啓用。

監測淮河期間,由于降雨一直持續,光學衛星受到雲、霧遮擋的影響,難以對地表進行全面有效的觀測。國家衛星日本av中心第一時間獲取風雲日本av衛星、高分三號衛星SAR等資料,持續監測淮河流域蒙窪蓄洪區及周邊水域水體變化,爲防災減災以及政府決策提供參考。

安大偉說,與常規成像方式不同,SAR往往僅用單個輻射單元,沿直線依次在若幹個位置平移,且在每一個位置發射一個脈沖信號,接收相應發射位置的雷達回波信號並儲存起來,然後通過信號處理的方法産生一個等效的長線性陣列天線,這也是和常規地基空基雷達觀測原理不同的地方。

由于SAR工作在頻率較低的微波波段,雷達波束能夠有效穿透雲層實現全天候的觀測,而且SAR的分辨率高,可以有效地識別“僞裝”並且能穿透雲、霧等自然掩蓋物,因此,采用星載SAR觀測系統能夠獲得全天候超高分辨率的日本av災害圖像信息。

實際上,SAR技術在國內的應用可以追溯到2008年汶川地震救援。那時,中科院電子所的SAR技術還處于測試階段,但是由于汶川上空雲層較厚,當時的星載和機載光學觀測設備都無法透過雲層觀測到地面的詳細情況,國家緊急調用飛機搭載處于測試階段的SAR觀測震後汶川精細地貌情況,在精准救援中發揮了重要作用。

SAR未來發展勢頭強勁

因星載SAR可穿透雲、雨、霧、沙塵暴等,具備全天候工作能力,故在未來相當長時間將保持強勁的發展勢頭。

目前,能夠方便使用的SAR衛星數據主要來自歐洲航天局的哨兵一號衛星以及我國的高分三號衛星。高分三號衛星是我國首顆搭載空間分辨率最優可達1米的C波段多極化SAR的民用衛星,具備迄今爲止世界上最多的成像模式(包含波成像等12種成像模式)。此外,雷達波段的選擇相當重要。對于星載SAR,波段選擇主要考慮了大氣傳輸窗口、頻率和極化對信息提取的影響、圖像質量與設備複雜度之間的權衡等因素。

大氣中的氧氣、雲、霧和雨等對高頻電磁能量吸收明顯,在幾個頻率上有尖銳的吸收峰值,並且雷達信號在穿透電離層和對流層時會産生相位失真、極化旋轉和損耗等,會使圖像出現誤差,甚至難以成像。星載SAR的工作頻段適宜選擇L、C、X波段,用于航空測量、航空遙感、衛星大氣海洋觀測、航天偵察、圖像匹配制導等。

目前,國際上SAR衛星系統已進入高速發展階段,除了美國、加拿大、德國、日本等國,越來越多的國家和地區也已進入該領域,如印度與美國合作的NISAR、韓國的KOMPSAT5/6等項目。此外,新模式新技術不斷湧現,這在傳統強國研發下一代SAR衛星系統中表現得尤爲明顯。

在數據應用方面,除傳統的單幅圖像應用之外,數據集應用更受青睐,如多極化圖像、多幅圖像的時間序列分析等。應用領域也圍繞陸地、海洋、森林和大氣等方向,進行深層次應用與業務化探索。“在不遠的將來,SAR將成爲風雲衛星載荷中的一員,通過多頻、多極化等先進技術,對大氣和地表同步進行全天候精密監測,成爲國民經濟與建設領域不可或缺的重要支撐。”安大偉表示。

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