vệ tinh radar_viễn thám radar

Nguyên lí hoạt động của SARRadar khẩu độ tổng hợp Synthetic Aperture Radar được phát triển nhằm đạt được độ phân giải tốt mà lại không phụ thuộc vào khoảng cách tới vật thể, nó chỉ sử dụ

Trang 1

Giới Thiệu Chung

I Tổng quan về viễn thám Radar

II Nguyên lý

III Đặc điểm hình học của ảnh Radar

IV Đặc điểm tương tác của sóng Radar và bề

Trang 2

1 Định nghĩa:

Viễn thám Radar là viễn thám sử dụng

bức xạ siêu cao tần từ 1 cho đến vài chục

cm cho phép quan sát vật thể trong mọi thời

điểm trong ngày và không bị ảnh hưởng bởi

các điều kiện thời tiết

Trang 3

2 Lịch sử phát triển

Việc thu ảnh Radar đầu tiên được sử

dụng trong chiến tranh thế giới thứ hai, với

sự phát triển của chương trình PPI hỗ trợ

việc ném bom vào ban đêm

Sau thế chiến thứ hai SLAR-Máy bay

chụp ảnh nghiêng một bên được phát triển

cho sự khảo sát địa hình

Trang 4

Năm 1950 công nghệ SAR xuất hiện.SAR cũng là thiết bị quan sát một bên nhưng cho phép xử lý tính hiệu

tốt hơn để có độ phân giải phương vị cao hơn.

Năm 1991 vệ tinh ERS-1 với nhiệm vụ giám sát trái đất lâu dài cung cấp ảnh Radar dùng cho các ứng dụng

dân dụng như:thành lập bản đồ chuyên đề,đánh giá và

giám sát thiên tai,ứng dụng trong quán lý tài nguyên

đất…

Trang 5

Hiện nay, các vệ tinh RADARSAT ở

Canada,POEM của ESA và hàng loạt cácthế hệ SIR của Mỹ đang thực hiện các

chương trình thám sát trái đất

Trang 6

3 Ưu điểm:

- Ít chịu ảnh hưởng vào điều kiện khí quyển

- Kiểm soát được năng lượng, tần số, độ

phân cực của bức xạ sóng điện từ (Radar

chủ động)

Trang 7

4 Phân loại:

Kỹ thuật chủ động: Thu nhận năng

lượng sóng siêu cao tần do chính vệ tinh

phát ra sau khi tới được bề mặt vật thể và

phản xạ trở lại Các vệ tinh sử dụng Radar

có khẩu độ tổng hợp (SAR), tán xạ kế siêu

cao tần, Radar đo độ cao…thuộc loại viễn

thám Radar chủ động

Trang 8

4 Phân loại:

Kỹ thuật bị động: thu nhận và phân tích bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát

ra Các vệ tinh sử dụng bức xạ kế siêu cao

tần thuộc loại viễn thám Radar bị động

Trang 9

II Nguyên lý

1. Nguyên lí hoạt động của SLAR

Viễn thám rađa tạo được một ảnh rađa với giá trị của mỗi pixel được xác định bởi

mức độ tín hiệu phản xạ từ một vị trítương

ứng trên thực địa.

Vì vậy, năng lượng nhận được từ mỗi xung rađa truyền đi có thể được thể hiện dưới dạng các thông số vật lí của rađa và phép chiếu hình học thông qua phương trình rađa

Trang 10

1 Nguyên lí hoạt động của SLAR

Pr: năng lượng sóng phản xạ được thu nhận bở bộ thu

( )3 4

2 2

Trang 11

Phương trình cho thấy có ba tham số chính ảnh hưởng đến năng lượng phản xạ nhận được bởi bộ thu đó là:

- Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống rađa: bước sóng được chọn, cộng suất phát sóng

và loại anten được chế tạo

II Nguyên lý

Trang 12

- Vùng quét ảnh rađa: kích thước của vùng phủ sóng rađa, bề rộng chùm tia, góc tới và khỏang cách

từ anten đến vật thể

- Đặc điểm của vật thể: mức độ gồ ghề của bề mặt, chất liệu, lồi lõm của địa hình và phương chiếu của sóng vô tuyến…

II Nguyên lý

Trang 13

Ảnh rađa nhận được từ kỹ thuật này có độ phân giải không gian bao gồm: độ phân giải theo tầm

và độ phân giải phương vị

II Nguyên lý

Trang 14

 Độ phân giải theo tầm

Độ phân giải theo tầm còn được gọi là độ phân giải ngang tuyến, độ phân giải này phụ thuộc vào chiều dài của xung vô tuyến cao tần (P)

II Nguyên lý

Trang 15

Độ phân giải ngang tuyến được

xác định như sau:

c A

P

Pr

sin 2

Trang 16

C - tốc độ truyền của sóng điện từ

A – góc tới ( hợp bởi tia tới với phương thẳng đứng tại đối tượng

Trang 17

 Độ phân giải phương vị

Độ phân giải phương vị còn được gọi

là độ phân giải dọc tuyến, thể hiện khả năng

chụp ảnh radar lên 2 đối tượng không gian

riêng biệt kề nhau theo hướng song song với

hướng di chuyển của bộ cảm.

II Nguyên lý

Trang 18

II Nguyên lý

Đối với tất cả các loại radar, bề rộng của dải quét trên mặt đất ứng với góc cố định Đối với một bước sóng cho trước( ), bề rộng tia( ) phụ thuộc vào chiều dài vật lý(dH) của anten theo phương ngang.

Trang 19

2 Nguyên lí hoạt động của SAR

Radar khẩu độ tổng hợp (Synthetic Aperture Radar) được phát triển nhằm đạt được độ phân giải tốt mà lại không phụ thuộc vào khoảng cách tới vật thể, nó chỉ sử dụng anten ngắn và bước sóng dài tương ứng.

Điều quan trọng trong nguyên hoạt động của SAR là cần chú ý đến cấu trúc chi tiết của các tính hiệu phản xạ của đối tượng thay đổi trong suốt thời gian được phủ sóng radar.

II Nguyên lý

Trang 20

2 Nguyên lí hoạt động của SAR

Một vệ tinh phát tín hiệu đồng thời dịch chuyển so với đối tượng trên mặt đất, nên việc ghi nhận các tín hiệu phản xạ cũng bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler Bộ xử lý SAR được xem như là một sự vận hành của hệ thống hai chiều, cung cấp các hiệu chỉnh và xử lý cần thiết do sự chuyển động của bộ cảm biến và sự quay của Trái đất, cũng như những sự thay đổi của các đối tượng quan sát khi bộ cảm biến bay ngang qua nó.

II Nguyên lý

Trang 21

III ĐẶC ĐIỂM HÌNH HỌC CỦA

ẢNH RADAR

Hầu hết hiện nay thì ảnh radar có một sự biến

dạng hình học nhất định, sự biến dạng này do các vệ tinh phát sóng theo một góc nghiêng nhất định theo phương chuyển động của vệ tinh.

1 Biến dạng tỷ lệ tầm xiên

Do radar đo lường khoảng cách đến vật thể theo tầm xiên, do đó tỷ lệ của ảnh radar bị thay đổi dần từ tầm gần đến tầm xa.

Trang 22

III ĐẶC ĐIỂM HÌNH HỌC CỦA ẢNH

RADAR

2 Biến dạng do địa hình

Khi quét ảnh, tia sóng di

chuyển theo phương vuông

góc với hướng bay nên

những vật thể ở gần sẽ phản

xạ trước

Hiện tượng rút ngắn lại

(khoảng cách các điểm xa)

gọi là biến dạng

foreshortening trên ảnh

radar, thường xảy ra ở vùng

đồi núi. Ảnh radar vùng núi bị biến dạng

Trang 24

RADAR

2 Biến dạng do địa

hình

Hiện tượng layover

(tạo ảnh trước) Hiện

tượng này xảy ra khi

Trang 25

RADAR

Cả hai biến dạng foreshortening và layover đều ảnh hưởng đến ảnh radar khi chùm tia radar không thể phủ trùm toàn bộ

bề mặt đất tạo bóng râm, vì góc tới của tia sóng tăng dần từ tầm gần đến tầm xa

Trang 26

mặt vật thể

Tương tác giữa sóng và vật thể là hàm số theo các biến xác định bởi hệ thống radar được sử dụng (hướng lan truyền, biên độ, bước sóng, độ phân cực,

…) và những đặc điểm của bề mặt vật thể (loại lớp phủ mặt đất, địa hình, …)

Đặc điểm tương tác có 3 nhóm cơ bản sau:

Trang 27

1 Ảnh hưởng của độ gồ ghề bề mặt

Độ gồ ghề nhằm thể hiện sự thay đổi độ cao trung bình của bề mặt so với mặt phẳng Độ gồ ghề là một khái niệm tương đối, phụ thuộc vào bước sóng và góc tới của radar để xác định vật thể có bề mặt là mặt phẳng hay gồ ghề.

IV Đặc điểm tương tác của sóng Radar và

bề mặt vật thể

Sự gồ ghề bề mặt

Trang 28

Một bề mặt được xem là bằng phẳng khi sự thay đổi

độ cao của nó nhỏ hơn bước sóng của radar Khi sự biến đổi độ cao của bề mặt bắt đầu đạt đến chiều dài bước sóng thì bề mặt bắt đầu có sự gồ ghề.

Do đó, với một bề mặt cố định thì nó sẽ trở nên gồ ghề hơn khi bước sóng đến ngắn hơn và bằng phẳng hơn khi bước sóng dài hơn.

Trang 29

Phản xạ sóng từ bề mặt vật thể

Trang 30

mặt vật thể

Đối với một bề mặt và bước sóng cố định, khi thay đổi góc tới cũng làm thay đổi độ phản xạ vì độ gồ ghề của bề mặt vật thể bị thay đổi tỷ lệ nghịch với góc tới.

Theo tiêu chuẩn Rayleigh, một bề mặt được xem là:

Trang 31

mặt vật thể

2 Ảnh hưởng của góc tới

Đối với từng loại đặc điểm địa hình, mức độ

phản xạ ngược của sóng vô tuyến cao tần về antenphụ thuộc vào góc tới và địa hình cục bộ của từng khu vực

Góc tới cục bộ

Trang 32

Ngoài ra hướng nhìn cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự thể hiện của vật thể trên ảnh radar, đặc biệt khi mặt đất

có cấu trúc dạng duỗi thẳng như tuyến đường, ranh giới cánh đồng, dải núi, …

Hướng nhìn của

radar

Trang 33

Hướng nhìn của radar là hướng phát của chùm tia radar so với hướng của vật thể thẳng trên mặt đất, giữ một vai trò quan trọng trong việctăng cường độ tương phản giữa các vật thể

trong một ảnh, đặc biệt ở vùng núi nếu có

hướng nhìn thích hợp sẽ hạn chế phần lớn ảnh hưởng của layover và bóng râm

Trang 34

mặt vật thể

Bằng nhiều cách thu thập ảnh radar từ nhiều

hướng khác nhau sẽ tăng thêm khả năng nhận biết

các vật thể có hướng khác nhau so với hướng nhìn

của radar Những vật thể có 2 bề mặt vuông góc

với nhau có thể gây ra hiện tượng phản xạ góc.

Phản xạ góc

Trang 35

 Những nhận xét sau có thể giúp cho việc giải đoán ảnh tốt hơn:

 Đối với vùng có địa hình thấp, góc tới lớn hơn giúp cải thiện các đặc điểm địa hình rất ít, nên thường sử dụng các góc tới rất nhỏ.

 Đối với vùng có địa hình cao, góc tới lớn hơn giảm biến dạng layover và làm gia tăng bóng râm, thường dùng góc nhỏ hơn để tránh bóng râm trên ảnh radar.

 Các góc tới trung gian tương ứng với mức độ biến dạng giảm đi và xác định tốt đặc điểm của đất.

Trang 36

Trang 37

3 Ảnh hưởng của độ ẩm và hằng số điện môi

Mức độ phức tạp của hằng số điện môi được phản ánh tính chất điện của bè mặt đối tượng, nó gồm 2 phần (hằng số điện

môi và tính dẫn điện) đều phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của chất liệu.

Trong vùng sóng siêu cao tần, các chất liệu tự nhiên có hằng số điện môi từ 3 8 ở điều kiện khô Nước có hằng số

điện môi rất cao (khoảng 80) gấp 10 lần ở đất khô.

÷

IV Đặc điểm tương tác của sóng

Radar và bề mặt vật thể

Trang 38

mặt vật thể

Do đó một sự thay đổi trong độ ẩm sẽ gây ra một thay

đổi đáng kể trong các đặc điểm điện môi của các chất liệu,

gia tăng độ ẩm sẽ dẫn đến gia tăng mức độ phản xạ của

sóng radar.

Khi vật thể ẩm hay ướt thì tán xạ từ bề mặt ngoài cũng là chủ

yếu, loại phản xạ và độ lớn phản xạ phụ thuộc vào mức độ gồ ghề của sóng radar Nếu vật thể khô và bề mặt của nó bằng phẳng, năng lượng của radar có thể thẩm thấu qua bề mặt hay không tùy thuộc vào bề mặt là không liên tục hoặc bề mặt là không đồng chất.

Trang 39

Với một bề mặt nhất định, tia sáng có bước sóng dài sẽ

xuyên qua xa hơn so với tia sáng có bước sóng ngắn hơn.

Khi năng lượng sóng radar bị ngăn chặn thể thẩm thấu qua

bề mặt trên cùng thì tán xạ khối có thể xảy ra do sự phản xạ từ nhiều thành phần khác nhau trong môi trường.

Phản xạ khối

Trang 40

V ĐẶC ĐIỂM ẢNH RADAR

Ảnh Radar có những đặc điểm cơ bản nhất

định khác với ảnh quang học Các đặc điểm riêngnày được hình thành do sự khác nhau về kỹ thuậtchụp ảnh Radar, vùng phổ được sử dụng và

những biến dạng hình học cũng như nhiễu của

ảnh Radar

Sự khác biệt này thường gây khó khăn cho

người mới bắt đầu giải đoán ảnh Radar

Trang 41

Ảnh radar

Trang 42

Tất cả ảnh Radar đều thể hiện mức độ

lốm đốm nhất định được gọi là hiện tượng

“muối và tiêu” trên ảnh Radar hay speckle

Mức độ phát sinh lốm đốm trên ảnh là do

sự giao thoa ngẫu nhiên trong việc hình

thành hay triệt tiêu năng lượng phức hợp

phản xạ ngược đến từng pixel

Trang 43

Speckle chủ yếu hình thành nhiễu làm

giảm chất lượng của ảnh Radar tạo sự khó

khăn cho việc giải đoán và xử lý ảnh

Có 2 phương pháp thường được áp dụng

để giảm nhiễu trước khi giải đoán và xử lý

ảnh Radar

Trang 44

Xử lý đa hướng nhìn bằng cách phân chia

bằng tia Radar vào trong một số chùm tia phụ

hẹp hơn Phương pháp này làm giảm số lượng

Speckle trên ảnh nhưng chỉ áp dụng trong quá

trình thu ảnh Radar

Lọc không gian áp dụng chương trình tạo ảnhmới giảm đáng kể số lượng Speckle so với ảnh

gốc bằng cách sứ dụng các cửa sổ không gian

để tính toán lại giá trị của từng pixel trên ảnh

Trang 45

Trang 46

VI CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH VIỄN

THÁM RADAR

Đặc trưng kĩ thuật của một số vệ tinh viễn thám

radar đang sử dụng phổ biến hiện nay.

1 Các hệ thống radar máy bay:

Convair-580 C/X SAR được phát triển và vận hành bởi Trung tân viễn thám Canada,

để nghiên cứu ứng dụng trong môi trường và khai thác dầu.

Trang 47

1 Các hệ thống radar máy bay:

Hệ thống STAR (Sea Ice and Terrain Assessment) vận hành bởi Intera Technologies Limited of Calgary, Alberta, Canada Bề rộng tuyến chụp ảnh thay đổi từ 19 50km, độ phân giải 5 18m, phục vụ theo dõi băng trên biển và phân tích bề mặt đất

Trang 48

THÁM RADAR

1 Các hệ thống radar máy

bay:

Hệ thống AirSAR do NASA thiết kế và vận hành bởi Jet Propulsion Laboratory (JPL) Sử dụng các kênh C, L và P trong dãi tần sóng vô tuyến cao tần.

Trang 49

0

20 26 ÷

Trang 50

THÁM RADAR

Thế hệ thứ hai là vệ

tinh ERS-2 cũng được

đưa váo quỹ đạo, cả hai

vệ tinh này hiện nay đã

Trang 51

THÁM RADAR

Vệ tinh RADASAT, với

cấu tạo chùm tia radar

có thể thay đổi nên có

Trang 52

• Độ phản xạ năng lượng sóng ánh sáng nhìn thấy chủ yếu liên quan đến màu sắc và sắc

tố, sóng gần hồng ngoại liên quan đến cấu trúc nhỏ

• Tùy thuộc vào kênh lựa chọn, sóng rada có

độ nhạy cao với các thông số khác như sự

gồ ghề của lớp trên bề mặt, cấu trúc và hướng thực vật củng như độ âm thực vật.

VII Ứng dụng ảnh Radar

1 Lâm nghiệp

Trang 53

• Tán xạ ngược rada thay đổi giảm đi theo sự phân cực nên tập hợp các dữ liệu đa cực và tầng số không nên được sử dụng ở mức độ tổng hợp trong quá trình xử lý.

• Thực tế là nội dung thông tin thay đổi đối với ảnh tạo ra theo các bước sóng khác nhau (từ sóng nhìn thấy được đến sóng siêu cao tần)

do đó cần đề xuất những sự kết hợp dữ liệu trên cùng một vùng mà từ các bộ cảm biến khác nhau sẽ đưa ra ra một sự bổ sung thông tin chính xác hơn

1 Lâm nghiệp

Trang 54

• Đối với mục đích lâm nghiệp, ảnh rada airborne

là công cụ hữu dụng cho việc thành lập bản đồ lâm nghiệp đặt biệt cho việc biên tập bản đồ rừng nhiệt đới ở mức độ giám sát

• Tuy nhiên, ảnh rada không thể thay thế ảnh hàng không trong việc biên tập bản đồ chi tiết phân loại rừng

1 Lâm nghiệp

Trang 55

Ảnh rada nhìn chung cho phép phân biệt các loại hình sử dụng đất (vùng thành thị, vùng nông nghiệp, rừng, vùng nước…) nhờ vào độ nhạy cảm của SAR với độ gồ ghề bề mặt và độ ẩm

Trang 56

Đối với việc xác định vụ mùa nông nghiệp, ưu điểm của rada so với các bộ cảm ứng quang học là nó cho phép thu thập dữ liệu tại thời điểm vụ mùa tốt nhất trong chu kỳ phát triển, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.

• Các bước sóng càng ngắn tương ứng với độ tán xạ ngược càng cao từ vòm cây và góc tới từ vừa phải đến lớn tương ứng với thành phần thấp của đất.VII Ứng dụng ảnh Radar

Tiêu đề	Vệ Tinh Radar Viễn Thám Radar
Tác giả	Nhóm 1
Trường học	Trường Đại Học Kinh Tế Quốc Dân
Chuyên ngành	Quản Lý Đất Đai
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	3,83 MB