一文解析雷达极化图像和多波段融合

成像雷达系统通常发射平面极化雷达脉冲。与这种脉冲相关的电场在垂直于波传播方向的单一平面内振荡。最常见的极化模式是发射和接收水平极化信号(指定为HH模式，第一个字母表示发射的极化)。 有些系统发射和接收垂直极化波(VV模式)；上一页显示的基拉韦厄的雷达图像就是在这种模式下获得的。HH和VV两种模式都可以称为同极化雷达模式。

散射类型

当极化雷达脉冲被土壤或岩石等材料的粗糙表面散射时(表面散射)，返回天线的大部分散射能量与发射脉冲具有相同的极化。但是当脉冲击中植物时，它会不同程度地穿透(取决于波长)，并与树叶、细枝和树干分枝发生多次碰撞，产生许多散射活动。

虽然物理机制尚不清楚，但这种体散射会导致雷达信号的部分去极化，从而使一些散射波向各个方向振动。去极化在某种程度上降低了返回到雷达天线的类极化信号的强度，但是植被仍然在适当的波长产生强的同极化信号，如上一页的图像所示。 短波长雷达信号(X和C波段)主要与最上面的叶冠相互作用，不会穿透到它之外。较长波长的雷达(L和P波段)穿透得更深，与较小植物的茎、树枝和树枝相互作用。

极化雷达图像

一些实验雷达系统可以发射和接收垂直或水平极化平面的信号。这种能力使他们能够同时采集不同收发极化组合的图像。除了传统的HH和VV类极化图像之外，这种系统还可以通过将一种极化的传输与另一种极化(HV和VH模式)的记录配对来产生交叉极化雷达图像。 由于与这些机制相关的不同去极化效应，交叉极化雷达图像可以区分表面散射区域和体散射区域。表面散射不会导致极化的显著变化，因此交叉极化接收天线从裸露的土壤和岩石区域接收到的能量很少。

这些区域在交叉极化雷达图像中相对较暗，但比雷达平滑表面亮。对于植被覆盖的地区，由于体散射，雷达信号会发生显著的去极化。交叉极化接收天线检测到极化方向恰好改变90度的去极化雷达能量的一小部分。 这种接收信号的强度比任何一种同极化模式记录的信号都小得多，但仍然明显大于来自表面散射区域的信号。因此，在交叉极化雷达图像中，增强区域比非增强区域更亮。 来自基拉韦厄的不同偏振的机载合成孔径雷达图像；对比C波段VV图像和解释图。草地和森林区域在HV图像中是明亮的，因为体散射导致返回信号的显著去极化。 粗糙熔岩流造成的表面散射导致的去极化要少得多，因此这些流动区域在HV图像中更暗，尽管没有平滑熔岩流那么暗。请注意，在同极化的图像中，粗糙的熔岩和植物具有几乎相同的亮度特征。

多波段融合

在未来，更多的雷达系统将有可能以多种极化模式获取几个波长的图像，以便更好地辨别不同类型的表面材料。与多光谱光学图像一样，这些多波段雷达图像可以用作RGB光栅(彩色)显示器的组件。通过仔细选择波长/极化分量，可以创建强调各种表面属性的彩色图像，并增强解释表面材料的能力，如本页示例所示。

1994年，美国宇航局JPL航天飞机上运行的星载成像雷达-C传感器拍摄的巴西马瑙斯地区的图像。三个L波段极化通道用于创建彩色图像:HH为红色，HV为绿色，VV为蓝色。绿色区域是茂密的森林，光滑的河流表面是蓝色的，被淹没的森林区域是黄色和红色的。

基拉韦厄地区的机载合成孔径雷达图像。C波段HV作为红色通道，L波段HV作为绿色通道，L波段VV作为蓝色通道。森林呈现明亮的蓝绿色，草原呈红棕色，粗糙的熔岩流呈深蓝色，光滑的熔岩流呈黑色。

泰国中北部的图像来自SIR-C传感器，由美国国家航空航天局-JPL提供。这是一个被高原和丘陵深深分割的区域。林区呈现绿色，农业区和定居点呈现蓝色。(L波段HH =红色，L波段HV =绿色，C波段HV =蓝色。)

SIR-C传感器拍摄的苏门答腊岛中部图像，由美国国家航空航天局-JPL提供。图像中的森林呈现绿色，而暗粉色到亮粉色的区域已经被清理出来用于种植棕榈油。L波段极化通道颜色分配与上面的马瑙斯图像相同。

编辑：黄飞