主动遥感自行发射并接收信号
从发射、传播、目标散射和回波接收理解雷达与激光雷达观测的共同结构。
主动遥感自行发射并接收信号
主动遥感系统向目标发射已知信号,再测量返回传感器的回波。由于发射时间、波形和方向由系统控制,它能够通过传播时间、强度、相位或频率变化推断距离和目标性质。雷达与激光雷达都属于主动传感,但使用的波段、散射机制和数据结构差异很大。
一次观测包含发射与回波
脉冲从传感器出发,传播到目标并返回。已知传播速度和往返时间,可以估计目标距离;回波强度则与发射能量、传播损耗、目标散射和接收系统有关。距离计算看似直接,实际还要处理时间测量、平台位置、姿态和大气影响。
主动系统并不是直接“看见”物体。雷达记录微波与地表结构、含水量和几何作用后的回波,激光雷达记录激光脉冲与表面或植被层相遇后的返回。解释结果要基于相应的物理过程。
雷达回波受波长与几何控制
微波能够在许多云层条件下传播,雷达也可以在没有太阳照明时工作。表面相对于波长的粗糙度、介电性质、入射角和极化都会影响后向散射。水面在平静时常把能量镜面反射到远离传感器的方向,植被和城市结构则可能产生体散射或多次反射。
侧视雷达几何带来透视收缩、叠掩和阴影。山地中这些效应可能比地物差异更显著。合成孔径雷达通过平台运动形成较长的合成孔径,其影像还包含相干成像产生的斑点。斑点不是普通加性噪声,处理时要考虑空间细节与统计特性。
激光雷达以高密度测距形成点云
激光雷达发射短脉冲并扫描地面,一个脉冲可能在树冠、枝叶和地面产生多个回波。结合平台定位与姿态,可以把测距结果转换为空间点云。点的分类、地面滤波和表面插值属于后续处理,不是传感器直接给出的真实对象标签。
点密度受飞行高度、扫描方式、速度和遮挡影响。密度较高不必然表示绝对位置更准确,坐标参考、轨迹解算和系统定标仍决定整体质量。
主动传感仍然受到环境限制
雷达虽然具有一定全天候能力,强降水对某些波段仍会产生影响,地形和几何畸变也不会消失。激光雷达受云雾、强吸收和视线遮挡影响。发射功率、波长和接收灵敏度还受平台能源与安全要求约束。
主动与被动不是质量高低的划分。选择哪类数据,要看目标物理响应、空间尺度、观测频率和可接受成本。多源联合时,还要处理成像时间、几何和分辨率差异。
产品解释依赖任务文档
NASA ARSET 的遥感基础资料提供主动与被动观测的通用框架,Copernicus Sentinel User Guides 则按具体任务记录传感器和产品。使用 Sentinel-1 或其他雷达产品时,应进一步核对产品类型、处理级别、极化和轨道方向,不能仅凭文件名中的“雷达”推断可比性。
资料依据
- NASA Applied Remote Sensing Training Program:Fundamentals of Remote Sensing,https://appliedsciences.nasa.gov/sites/default/files/Fundamentals_RS_Session2_Land_Final.pdf
- European Space Agency / Copernicus:Sentinel User Guides,https://sentinels.copernicus.eu/web/sentinel/user-guides