Factores que afectan el tono de las imágenes de radar
(1) Longitud de onda de trabajo del radar de imágenes
Figura 3-58 Diagrama esquemático del tono de la imagen del radar y la intensidad del eco
Se muestra la longitud de onda de trabajo del radar de imágenes en la Tabla 2-3. Los ecos del mismo objeto en diferentes longitudes de onda varían mucho. Generalmente, si la longitud de onda es corta, la resolución de la imagen es alta, pero la capacidad de penetración es pobre; si la longitud de onda es larga, la capacidad de penetración es cierta, pero la resolución de la imagen es peor que la primera. Para tener en cuenta las ventajas de ambos, actualmente se utilizan habitualmente radares de banda X (λ=3 cm) y de banda L (λ=23,5 cm). La longitud de onda operativa del radar también afecta directamente la rugosidad de la superficie y la constante dieléctrica de los objetos terrestres, afectando así la intensidad del eco.
(2) Ángulo de depresión de la iluminación del radar de imágenes
La relación entre la intensidad del eco del radar y el ángulo de depresión se muestra en la Figura 3-59(c). A medida que aumenta el ángulo de depresión, aumenta la intensidad del eco. Para una superficie lisa, el eco es fuerte cuando el ángulo de depresión es grande y la intensidad del eco disminuye rápidamente a medida que disminuye el ángulo de depresión. Para superficies rugosas, la intensidad del eco cambia suavemente a medida que aumenta el ángulo de depresión.
(3) Método de polarización del radar de imágenes
La polarización se refiere a la dirección del vector del campo eléctrico de una onda electromagnética en un punto dado del espacio dentro de un ciclo de oscilación. Las ondas electromagnéticas cuya dirección del vector del campo eléctrico no cambia con el tiempo se denominan ondas polarizadas linealmente, que se descomponen en dos direcciones: polarización horizontal (H) y polarización vertical (V). Como se muestra en la Figura 3-60, el vector del campo eléctrico polarizado horizontalmente es perpendicular al plano incidente (el plano que contiene el haz de radar incidente y perpendicular al plano de iluminación), y el vector del campo eléctrico polarizado verticalmente es paralelo al plano incidente.
El radar de imágenes tiene cuatro modos de trabajo de combinación de polarización. Si las propiedades de polarización de la transmisión y recepción del radar son las mismas, se denomina modo de copolarización, incluidos HH y VV. Si son diferentes se llama modo de polarización cruzada, y hay dos tipos: HV y VH. Diferentes combinaciones de polarización dan como resultado diferentes intensidades de eco producidas por el mismo objeto y diferentes tonos de imagen de radar. Por ejemplo, el eco HH del basalto es más grande que el eco HV y la imagen HV es más oscura. El uso de un radar de imágenes de polarización controlable para la detección remota de polarización múltiple puede aumentar en gran medida la información terrestre de las imágenes de radar. La mayoría de los objetos terrestres pueden producir ecos fuertes para la polarización horizontal. Los radares de imágenes de detección remota de recursos utilizan principalmente el modo HH, que produce las señales de eco más fuertes. Las características de polarización del eco generado por la mayoría de los objetos terrestres son las mismas que las de la onda incidente. Algunos objetos terrestres cambiarán las características de polarización de la onda incidente y producirán ecos con otra característica de polarización. Este fenómeno se llama despolarización. Precisamente porque algunos objetos terrestres están despolarizados, se produce una polarización cruzada. Los límites de las rocas que no están claros en la imagen HH pueden aparecer claramente en la imagen HV. No existe una diferencia significativa en la intensidad del eco retrodispersado ni en la diferencia de imagen entre las imágenes copolarizadas HH y VV en áreas de terreno accidentado, pero la información de la imagen HH en terreno liso no es tan rica como la de la imagen VV.
La Tabla 3-8 enumera los parámetros de cuatro sistemas de radar de imágenes.
Figura 3-59 Ecos de radar de superficies lisas y rugosas a medida que cambia el ángulo de depresión
Figura 3-60 Polarización horizontal y polarización vertical
Tabla 3 -8 Tabla de parámetros de radar de imágenes
(Según Guo Huadong 1991)
(4) Rugosidad de la superficie de los objetos terrestres
El efecto de la rugosidad de la superficie en el eco del radar El impacto También es obvio. Como se muestra en la Figura 3-59 (a) y (b), la regla general es que una superficie lisa refleja todas las ondas incidentes, el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia y la dirección es opuesta, formando una reflexión especular sin retrodispersión. , y la imagen es negra; una superficie rugosa produce dispersión (reflexión difusa) en todas las direcciones, el eco de retrodispersión es fuerte y la imagen es de un tono claro; la superficie medianamente rugosa produce una reflexión mixta, el eco de retrodispersión es débil y el La imagen es un tono gris de diferentes tonos. La rugosidad de la superficie de los objetos terrestres puede representar el grado de dispersión en el área iluminada y es una cantidad relativa relacionada con la longitud de onda operativa del radar y el ángulo de incidencia. Según el criterio de Rayleigh, el terreno se clasifica según su rugosidad, como se muestra en la Tabla 39-.
Tabla 3-9 Estándar de clasificación de rugosidad del terreno (φ = 45)
Se puede observar que la rugosidad de la superficie refleja las microondulaciones de la superficie, que son dos cosas diferentes a las topográficas. Relieve, dos conceptos diferentes.
(5) Constante dieléctrica compleja de los objetos terrestres
La constante dieléctrica compleja es una constante compleja que describe las propiedades eléctricas de la superficie del objeto, y su valor real está representado por la constante dieléctrica. La constante dieléctrica de los objetos terrestres es alta, la reflectividad es alta, el eco es fuerte y el tono de la imagen es claro, y viceversa. Generalmente, la constante dieléctrica de los materiales sólidos es inferior a 10, como el mármol, 8, la constante dieléctrica de la mayoría de los objetos anhidros es inferior a 6, como el asfalto, 2,7, la arena seca y el suelo, 2,0-5,0 y la constante dieléctrica. de agua es tan alto como 60-60. Por lo tanto, el factor principal que afecta la constante dieléctrica de las características del terreno es el contenido de agua de las características del terreno, y la constante dieléctrica cambia linealmente con el contenido de agua líquida por unidad de volumen. El contenido de agua es alto, la constante dieléctrica es grande, la reflectividad es alta, el eco es fuerte y el color de la imagen es claro. Cuando el suelo y las plantas contienen más agua, su constante dieléctrica aumenta rápidamente y se convierten en buenos dispersores de microondas. Por ejemplo, las constantes dieléctricas de las plántulas de trigo fresco, las semillas oleaginosas y las ramas de álamo alcanzaron 37,78, 45,46 y 19,21 respectivamente, lo que indica que las plantas tienen ecos fuertes.
Los resultados de las mediciones de rocas muestran que la constante dieléctrica de varios tipos de rocas no cambia mucho y las rocas ricas en hierro y magnesio son más altas. Por ejemplo, el valor promedio del granito es 4,77, el gneis es 5,22, la arenisca es 4,80, la diorita es 6,22, la dolomita es 6,8-8,0, la lava es 5,3-5,6 y la hematita es 14,2. La constante dieléctrica de las rocas mineralizadas está entre 10,73 y 27,99, que es significativamente mayor que la de las rocas circundantes, y el eco del radar es fuerte. Sin embargo, desde colinas hasta áreas montañosas, la rugosidad de la superficie es el factor que controla los ecos y es difícil que la constante dieléctrica se convierta en el factor dominante en la identificación de la litología en un rango amplio.
La constante dieléctrica también está relacionada con la conductividad eléctrica de los objetos terrestres y la longitud de onda del radar, lo que afecta la penetrabilidad de las ondas del radar a los objetos terrestres. Los metales y objetos terrestres con alto contenido de agua son altamente conductores y altamente reflectantes, lo que los convierte en los mejores dispersores. El cemento y la piedra se dispersan moderadamente; la madera seca es la que peor se dispersa porque tiene poca conductividad y baja reflectividad. Cuanto más corta sea la longitud de onda del radar, menor será la penetración efectiva; mayor será el contenido de humedad del suelo, menor será la profundidad de penetración de las ondas del radar y mayor será la profundidad de penetración de la arena seca.
(6) Efecto reflector de esquina
La forma geométrica del objeto terrestre y su relación geométrica con el haz del radar también afectan directamente a la intensidad del eco.
Los ángulos diédricos y triédricos que se forman entre los muros de un edificio y el suelo, las hileras de árboles y el suelo, etc. Constituye un reflector de ángulo natural (Figura 3-61). Cuando el eje de simetría del reflector de esquina es consistente con la dirección del haz de radar incidente, casi todas las ondas de radar incidentes pueden regresar al sistema de radar, con ecos fuertes e imágenes muy brillantes y de colores claros, como los colores brillantes de las ciudades. y pueblos en las imágenes de radar Manchas o manchas, que son principalmente el resultado del efecto reflector de esquina.
Los objetos lineales también pueden producir ecos fuertes cuando su dirección es ortogonal al haz de radar incidente, como vías de ferrocarril, carreteras, riberas de ríos, valles, montañas, estructuras lineales, etc. Los objetos en forma de líneas perpendiculares a la vista del radar aparecen como líneas brillantes y llamativas en la imagen del radar, mientras que los objetos en forma de líneas paralelas a la vista del radar no son obvios en la imagen del radar. Cuando la dirección normal del objeto plano es consistente con la onda de radar incidente (φ=0), se genera un eco fuerte que forma un tono brillante. Cuando el ángulo entre los dos aumenta, el eco se debilita, el tono se vuelve más oscuro o incluso no se produce ningún eco. Este fenómeno se denomina efecto direccional (Figura 3-55). Debido al efecto direccional y la contracción de la perspectiva de la pendiente frontal, la ladera con un ángulo de incidencia efectivo pequeño producirá ecos fuertes y el color de la imagen puede variar de claro a blanco.
El radar de imágenes puede obtener imágenes durante todo el día y durante todo el día, y tiene cierto poder de penetración en nubes, lluvia ligera, vegetación y elementos secos. El efecto tridimensional de sus imágenes mejora la información del terreno y tiene un cierto efecto de visualización mejorado en estructuras lineales y estructuras anulares. El radar de imágenes espacial puede obtener imágenes rápidamente de un área grande con una pequeña distorsión geométrica. La aplicación geológica preliminar del radar de imágenes ha permitido a la gente descubrir muchos fenómenos geológicos que aún no han sido revelados por la geología y otros métodos de detección remota. La década de 1990 será la época dorada de la teledetección por radar.
Figura 3-61 Diagrama esquemático del reflector de esquina