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Linking SAR and hydro-problem. 詹明勇 義守 大學 土木系 2011-05-06. SAR 成像幾何. 雷達. Radio detection and ranging 原本的意思是「無線電波偵測及測距」。最初發展雷達偵測技術的時候,地表的反射回波往往是不受歡迎的雜訊,必須想辦法消除才能看清楚受測目標。後來雷達被安裝在飛機及人造衛星上,地表的反射回波才變成有用的資訊,方可了解地表地形。.

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linking sar and hydro problem

Linking SAR and hydro-problem

詹明勇

義守大學 土木系

2011-05-06

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雷達
  • Radio detection and ranging原本的意思是「無線電波偵測及測距」。最初發展雷達偵測技術的時候,地表的反射回波往往是不受歡迎的雜訊,必須想辦法消除才能看清楚受測目標。後來雷達被安裝在飛機及人造衛星上,地表的反射回波才變成有用的資訊,方可了解地表地形。
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雷達訊號的脈波長度是由天線發射能量脈衝之時間長短來決定,訊號脈波長度決定能量傳播方向的空間解析力,此方向稱為距離方向(Range Direction);而天線波束寬度決定飛行方向的解析力,此方向稱為方位方向(Azimuth Direction)。

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雷達系統在地距方向可分辨兩點之最短距離值,稱為距離解析力。雷達系統在地距方向可分辨兩點之最短距離值,稱為距離解析力。

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光學系統指出需要大型透鏡或反射鏡以達成較佳解析度一樣,雷達影像則以更大的天線(或稱為孔徑”Aperture”),產生更為細緻的影像。光學系統指出需要大型透鏡或反射鏡以達成較佳解析度一樣,雷達影像則以更大的天線(或稱為孔徑”Aperture”),產生更為細緻的影像。

  • 在波長固定的情形下,有兩種方法可控制方位解析力,即控制天線的實際(Physical)長度或以合成(Synthetic)方式模擬有效的天線長度。
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控制天線長度以改善方位方向解析度的方式,稱為真實孔徑雷達(Real ApertureRadar, RAR)。

  • 運用此法若需達到合適的解析能力,則必須增加天線實際長度。惟受限於載具承載能力往往無法搭載過於巨大的天線或以降低載具高度來減少斜距 R 的長度,此法常用於航高較低的空載雷達系統上,進行較小範圍的監測。
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藉由合成方式模擬一段有效天線長度來改變方位解析度者,稱為合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)。SAR 是以一固定長度的天線,利用都卜勒偏移(DopplerShift)原理在相對運動時,飛行載具前方物體,會因都卜勒效應而使反射訊號頻率增高(Up-shifted),反之則會降低(Down-shifted);將不同天線位置所接收的訊號透過對資料記錄與處理技術的修正加以擬合成巨大的天線矩陣。

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SAR 和 RAR 在距離解析力上並無太大的差異,皆會隨著地距的增加而增加。但在方位解析力上,SAR 在方位解析力上不會像 RAR 一樣會受到地距的遠近影響,而可以保持固定品質的解析能力。

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SAR 影像是以側視雷達原理來蒐集地表資訊,因此影像的取得是依照訊號返回之先後順序而定,當地形起伏較為劇烈地區會產生明顯的幾何變形。

    • 前坡縮短(Fore Shortening)
    • 疊置(Layover)
    • 陰影(Shadow)
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合成孔徑雷達系統發展
  • 1970 --NASA
  • 1978 --NASAJPL 發射了第一顆專用於雷達影像研究為主的衛星(SEASAT)
  • 1992--日本國家太空發展署發射衛星
  • 1994-- NASA JPL+ 德國航太署、義大利航太署共組太空影像雷達任務(Spaceborne Imaging Radar ,SIR)稱為 SIR-C/X-SAR
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地圖製作
  • 雷達影像不受晝夜影響皆可施測且不易受到大氣雲霧干擾;相較於常見的光學影像與航空測量雖可提供高品質的地圖資料,但對於受到雲朵遮蔽的區域則是束手無策。反觀運用主動式天線的雷達影像,能於任何天候、氣候下仍可獲得具相當品質的地形資料。
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林務監測
  • 根據影像資料分別賦予紅、綠、藍三種色彩。所合成的彩色影像即可明顯區分森林中,針葉林、闊葉林與混葉林等不同樹種區塊。另外,尚可運用在監測森林類型、密度與森林砍伐等估算。
  • 監控終年為雲朵所遮蔽的雨林相關研究上,雷達影像更可提供豐富的研究資訊。
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海洋運用
  • SAR 影像可偵測到特定區域內由內重力波所形成的長波、海浪衝擊小島而在海面造成的水痕、或是由海底特殊地形所形成的內波效應。
  • 透過獲得的海面資料,對於分辨不同水體的界線、或海地地形建立等研究上提供豐富的資訊。
  • 氣象學者則已透過 SAR 影像在觀察海氣交互作用中,找出影響全球天氣和氣候的關鍵因素。
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環境監測
  • 利用 SAR 影像在全天候偵測能力,對於船舶探測、海洋油膜污染與海底石油滲漏檢測方面也具有獨特優勢。
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水利利用面臨的問題
  • 基本知識的匱乏(迄今只有兩篇碩論)
  • 水面下的精度與可靠性
  • 分析的技術與時間壓力
  • 圖資取得的困難