數(shù)字雷達(dá)圖像的應(yīng)用

過去20年，商用雷達(dá)成像衛(wèi)星發(fā)射上天，如加拿大的RASARSAT衛(wèi)星，歐洲航天局（ESA）的ERS-1和ERS-2遙感衛(wèi)星，數(shù)字雷達(dá)圖像的應(yīng)用越來越廣泛。

大多數(shù)遙感系統(tǒng)將太陽作為能量源，成像雷達(dá)系統(tǒng)則不同，它是主動傳感器，通過發(fā)射微波能量并記錄回波信號獲取地表特征信息。大部分成像雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生波長為1cm～1m的微波，比探測雨雪的氣象雷達(dá)波長更長。

這些微波信號穿過大氣層和云層時幾乎不受影響，也不會衰減。因此無論白天夜晚，成像雷達(dá)體系幾乎可以在任何天氣條件下形成地表特征地圖。這些特點(diǎn)使得雷達(dá)成像特別適用于熱帶和極地地區(qū)，因?yàn)檫@些地區(qū)常年有云層覆蓋，阻礙了可見光遙感探測。

雷達(dá)圖像不僅可以提供地表的地形信息，還有地表的物理和生物物理性質(zhì)。雷達(dá)圖像長期應(yīng)用于地質(zhì)研究，通過地表景象形成顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的地圖。衛(wèi)星雷達(dá)圖像通常用于監(jiān)控北極海域的冰川情況，以及探測海洋表層泄漏的石油。雷達(dá)成像也應(yīng)用于植被和農(nóng)作物品種繪圖、景觀生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、火山學(xué)。

分析數(shù)字雷達(dá)圖像前，必須先使用“Import process（導(dǎo)入處理）”將圖像導(dǎo)入至TNTmips工程文件，TNTmips可以將以下傳感器的雷達(dá)數(shù)據(jù)格式直接導(dǎo)入：

ERS-SAR：歐洲航天局ERS-1和ERS-2衛(wèi)星RADARSAT：加拿大RADARSAT衛(wèi)星

在其中一些數(shù)據(jù)格式中，除圖像主文件以外，還有單獨(dú)的頭文件和引導(dǎo)文件，這些也是導(dǎo)入處理所必須的。導(dǎo)入雷達(dá)圖像時，要確保以上所有文件在同一目錄下。

如果雷達(dá)圖像是其他文件格式，可以使用“用戶定義”格式選項(xiàng)導(dǎo)入這些圖像。使用這一選項(xiàng)時，必須創(chuàng)建一個格式文件來指定圖像文件的結(jié)構(gòu)、數(shù)值數(shù)據(jù)的類型、字節(jié)順序以及在圖像頭文件和附屬文件中經(jīng)常查找的其他信息。

成像雷達(dá)系統(tǒng)向一側(cè)發(fā)射離散的雷達(dá)脈沖，每個脈沖照射垂直于航行方向的地面區(qū)域中的一個條帶。微波與物體表面或物體的一部分相互作用后返回雷達(dá)天線，系統(tǒng)記錄該區(qū)域的脈沖回波及其往返的強(qiáng)度變化。

由于微波在空氣中以光速運(yùn)動，對每個回波信號進(jìn)行計(jì)時，就可以估算距離向（垂直于航行方向）對應(yīng)的圖像位置。航空器或航天器向前飛行（方位向），通過一系列的脈沖回波就可以形成圖像。

雷達(dá)幾何成像中一個重要因素就是下視角，定義為飛機(jī)水平面與雷達(dá)天線和特定地形特征之間連線的垂直夾角，這條連線反映了脈沖的往返路徑。地物與航行路徑的距離越近，下視角越大，隨著距離的增大而減小。

不同因素影響著雷達(dá)圖像在距離向和方位向的分辨率。距離向分辨率主要取決于單個脈沖的持續(xù)時間（微秒級），并且在遠(yuǎn)區(qū)會隨著下視角的減小而改善提高。

方位向分辨率主要取決于單個脈沖形成的波束寬度，波束寬度越窄，方位向分辨率越高。在早期的機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)中，可以通過增加雷達(dá)天線的物理尺寸來減小波束寬度，但在實(shí)踐中對天線的尺寸是有限制要求的，天線不能很大。

現(xiàn)代合成孔徑雷達(dá)（SAR）系統(tǒng)的天線尺寸較短，但可以通過對多重雷達(dá)回波的綜合處理，形成較長的等效合成天線。某一地表特征的圖像，是由天線連續(xù)變化位置并收發(fā)脈沖而形成的。天線與目標(biāo)之間的相對運(yùn)動使回波信號產(chǎn)生差異，對不同脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，就能以良好的方位向分辨率確定地物特征的正確位置。

在雷達(dá)圖像中，回波越強(qiáng)的區(qū)域亮度越高，因?yàn)槌上窭走_(dá)系統(tǒng)采用側(cè)視方式，只有一小部分發(fā)射能量反射回到天線并被系統(tǒng)檢測到。雷達(dá)回波強(qiáng)度有多個影響因素，包括地表的朝向、粗糙度和電特性，以及雷達(dá)回波的極化方向。

相對平坦的區(qū)域，表面粗糙度這一基本特征決定了雷達(dá)圖像特性。光滑的水平面像一面鏡子，產(chǎn)生特定方向的回波（見圖），例如平靜的水面。

雷達(dá)發(fā)射的全部能量幾乎都從與入射角相等的反射角方向傳播出去，即反射的能量都遠(yuǎn)離了雷達(dá)天線。正是因?yàn)閹缀鯖]有能量返回雷達(dá)天線，平滑區(qū)域的成像色彩就很暗淡，例如上圖中的河流。

當(dāng)雷達(dá)發(fā)射信號照在粗糙的地表，表面的不規(guī)則性使雷達(dá)能量散射到很多個方向，其中一小部分返回雷達(dá)天線，雷達(dá)系統(tǒng)檢測到這些能量，并在圖像中形成色彩明亮的部分。因此在雷達(dá)圖像中，地表物體的亮度與粗糙程度成正比，即越粗糙越明亮。

由于地物表面朝向相對于雷達(dá)信號傳播路徑的不同，地形也會影響圖像亮度。在其他因素都相同的情況下，垂直于傳播路徑或直接面向傳感器的表面形成的回波最強(qiáng)，背向傳感器的山坡形成的回波較弱。

如果山坡背面傾斜度大于下視角，那么雷達(dá)脈沖不能照射到這些區(qū)域，該區(qū)域就成為陰影區(qū)。由于距離增大、下視角減小，陰影區(qū)會增多，導(dǎo)致一些較為平緩的山坡背面也成為陰影區(qū)。前一頁的雷達(dá)圖像中，綿長的山脊線非常明顯，正是山坡正面和背面明暗交匯的結(jié)果。

在雷達(dá)圖像中，人口居住區(qū)的建筑物通常亮度較高，這是建筑物的形狀導(dǎo)致的。建筑物的側(cè)面平坦，垂直與地面相交，形成了角反射器。如右圖所示，雷達(dá)信號經(jīng)過兩次平面反射后，向著雷達(dá)天線方向傳播，與下視角大小無關(guān)。有時雷達(dá)圖像將角反射器成像作為校準(zhǔn)回波信號強(qiáng)度的一種手段。

電力線高塔和橋架等金屬物體在雷達(dá)圖像中非常明亮，這是因?yàn)槠浣殡姵?shù)值很大。大多數(shù)干燥的自然界物質(zhì)介電常數(shù)值很小，但潮濕的土壤、積雪和植被的介電常數(shù)值較大，其雷達(dá)反射率也會增加。因此雷達(dá)圖像也可以用于估算地表物質(zhì)的水分含量。