1️⃣ Схема работы радара.
2️⃣ Сравнение радара, направленного в надир (а), с радаром бокового обзора (b). Первый не может различить равноудаленные левый и правый объекты (источник).
3️⃣ Импульс, посланный радаром, и отклики на него.
Источник рисунков 1 и 3: Lillesand T.M., Kiefer R.W., Chipman J. Remote Sensing and Image Interpretation (7th edition), Wiley, 2015. Chapter 6.
2️⃣ Сравнение радара, направленного в надир (а), с радаром бокового обзора (b). Первый не может различить равноудаленные левый и правый объекты (источник).
3️⃣ Импульс, посланный радаром, и отклики на него.
Источник рисунков 1 и 3: Lillesand T.M., Kiefer R.W., Chipman J. Remote Sensing and Image Interpretation (7th edition), Wiley, 2015. Chapter 6.
Словарик радарных терминов
azimuth — азимут (направление вдоль линии полета)
beamwidth — ширина луча
foreshortening — укорачивание (сокращение)
ground range — наземная дальность
imaging radar — радар, формирующий изображение
incident angle — угол падения
layover — наложение
local incident angle — местный угол падения
look angle — угол обзора
pulse length — длительность импульса
Radar Cross Section (RCS) — эффективная площадь рассеяния (ЭПР)
radar shadow — радарная тень
range — дальность (направление, перпендикулярное линии полета)
slant range — наклонная дальность
Synthetic Aperture Radar (SAR) — радар с синтезированной апертурой (РСА). Апертура (раскрыв) в антенной технике — условная плоская излучающая или принимающая излучение поверхность антенн.
terrain correction — коррекция рельефа. Бывает геометрическая и радиометрическая.
Радарная терминология на английском языке
#основы #SAR #термины
azimuth — азимут (направление вдоль линии полета)
beamwidth — ширина луча
foreshortening — укорачивание (сокращение)
ground range — наземная дальность
imaging radar — радар, формирующий изображение
incident angle — угол падения
layover — наложение
local incident angle — местный угол падения
look angle — угол обзора
pulse length — длительность импульса
Radar Cross Section (RCS) — эффективная площадь рассеяния (ЭПР)
radar shadow — радарная тень
range — дальность (направление, перпендикулярное линии полета)
slant range — наклонная дальность
Synthetic Aperture Radar (SAR) — радар с синтезированной апертурой (РСА). Апертура (раскрыв) в антенной технике — условная плоская излучающая или принимающая излучение поверхность антенн.
terrain correction — коррекция рельефа. Бывает геометрическая и радиометрическая.
Радарная терминология на английском языке
#основы #SAR #термины
Все, что про радары, помещается в закреп, в Основы дистанционного зондирования Земли. Эти материалы можно также искать по тегам #основы и #SAR
Forwarded from Space-π
Маленькие спутники и «большие данные»🛰️
5 лекций. Дистанционное зондирование Земли. Самарский международный аэрокосмический лицей.
Так можно коротко охарактеризовать прошедшие в конце мая мероприятия для школьников от специалистов Самарского университета им. Королёва. Ребята познакомились с гиперспектральной оптикой, нейросетях для обработки спутниковых изображений и областями применения космических снимков.
Завершающую лекцию под названием «Отражение Земли» провёл Сойфер Виктор Александрович - академик Российской академии наук, доктор технических наук, профессор, президент Самарского университета:
💬«Вот, например, точное земледелие – эта задача требует очень высокого пространственного разрешения. Здесь речь идёт о десятках сантиметров. Много значит для потребителей и спектральное разрешение, ведь каждый химический элемент имеет свой спектральный отклик. И, наконец, оперативность. Когда мы смотрим Гугл-карты, Яндекс-карты – они нередко годичной давности. А метеорологам для качественного прогноза нужна оперативность не дольше часа. Человечество идет к тому, чтобы космическое наблюдение велось непрерывно. В 1957 году на орбите был единственный советский спутник, сейчас их десятки тысяч» - отмечает Виктор Александрович
Читайте больше о мероприятии по ссылке. Этот цикл лекций дал старт проекту «Школа Королёва», который университет реализует совместно с Фондом содействия инновациям.
Не пропусти новые лекции и интенсивы о спутниках и космических технологиях! Подписывайся на наш канал 🚀
#Space_Pi
#Space_Pi_партнёры
5 лекций. Дистанционное зондирование Земли. Самарский международный аэрокосмический лицей.
Так можно коротко охарактеризовать прошедшие в конце мая мероприятия для школьников от специалистов Самарского университета им. Королёва. Ребята познакомились с гиперспектральной оптикой, нейросетях для обработки спутниковых изображений и областями применения космических снимков.
Завершающую лекцию под названием «Отражение Земли» провёл Сойфер Виктор Александрович - академик Российской академии наук, доктор технических наук, профессор, президент Самарского университета:
💬«Вот, например, точное земледелие – эта задача требует очень высокого пространственного разрешения. Здесь речь идёт о десятках сантиметров. Много значит для потребителей и спектральное разрешение, ведь каждый химический элемент имеет свой спектральный отклик. И, наконец, оперативность. Когда мы смотрим Гугл-карты, Яндекс-карты – они нередко годичной давности. А метеорологам для качественного прогноза нужна оперативность не дольше часа. Человечество идет к тому, чтобы космическое наблюдение велось непрерывно. В 1957 году на орбите был единственный советский спутник, сейчас их десятки тысяч» - отмечает Виктор Александрович
Читайте больше о мероприятии по ссылке. Этот цикл лекций дал старт проекту «Школа Королёва», который университет реализует совместно с Фондом содействия инновациям.
Не пропусти новые лекции и интенсивы о спутниках и космических технологиях! Подписывайся на наш канал 🚀
#Space_Pi
#Space_Pi_партнёры
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Данные спутниковых радаров на Google Earth Engine
Коллекции снимков
Sentinel-1 Ground Range Detected (GRD) — данные европейского радара C-диапазона. Это самая большая по объему коллекция данных: снимки начинаются с октября 2014 года и пополняются ежедневно. Пространственное разрешение данных: 10 метров. Они обработаны с помощью Sentinel-1 Toolbox: удален тепловой шум, выполнена радиометрическая калибровка и коррекция рельефа. Коллекция существует в двух вариантах: со значениями обратного рассеяния в децибелах (
PALSAR-2 ScanSAR Level 2.2 — это данные японского радара PALSAR-2, которые содержат значения обратного рассеяния в децибелах. Временное покрытие данных: 04.08.2014 – н.в. (задержка с размещением на GEE составляет около месяца). Пространственное разрешение: 25 метров. Важно, что PALSAR — это радар L-диапазона, у которого к тому же есть сигнал с HH-поляризацией. То есть, эти данные — интересное дополнение данных Sentinel-1.
Umbra SAR Open Data — открытые данные радара X-диапазона компании Umbra с пространственным разрешением около 25 сантиметров. О глобальном покрытии здесь речь не идет (доступны только данные, которые предоставила компания), но это отличная возможность поработать с данными сверхвысокого разрешения.
Мозаики данных
Global PALSAR-2/PALSAR Yearly Mosaic (версия 1, версия 2) — ежегодная мозаика данных PALSAR и PALSAR-2, начиная аж с 2007 года.
Normalized Sentinel-1 Global Backscatter Model Land Surface — мозаика данных Sentinel-1, построенная специалистами Венского технического университета по снимкам 2016–2017 годов.
#GEE #данные #SAR
Коллекции снимков
Sentinel-1 Ground Range Detected (GRD) — данные европейского радара C-диапазона. Это самая большая по объему коллекция данных: снимки начинаются с октября 2014 года и пополняются ежедневно. Пространственное разрешение данных: 10 метров. Они обработаны с помощью Sentinel-1 Toolbox: удален тепловой шум, выполнена радиометрическая калибровка и коррекция рельефа. Коллекция существует в двух вариантах: со значениями обратного рассеяния в децибелах (
COPERNICUS_S1_GRD) и без преобразования в децибелы (COPERNICUS/S1_GRD_FLOAT). Подробнее о данных и об их обработке можно узнать здесь. Пространственное покрытие данными Sentinel-1 периодически изменяется, в соответствии с планом съемки.PALSAR-2 ScanSAR Level 2.2 — это данные японского радара PALSAR-2, которые содержат значения обратного рассеяния в децибелах. Временное покрытие данных: 04.08.2014 – н.в. (задержка с размещением на GEE составляет около месяца). Пространственное разрешение: 25 метров. Важно, что PALSAR — это радар L-диапазона, у которого к тому же есть сигнал с HH-поляризацией. То есть, эти данные — интересное дополнение данных Sentinel-1.
Umbra SAR Open Data — открытые данные радара X-диапазона компании Umbra с пространственным разрешением около 25 сантиметров. О глобальном покрытии здесь речь не идет (доступны только данные, которые предоставила компания), но это отличная возможность поработать с данными сверхвысокого разрешения.
Мозаики данных
Global PALSAR-2/PALSAR Yearly Mosaic (версия 1, версия 2) — ежегодная мозаика данных PALSAR и PALSAR-2, начиная аж с 2007 года.
Normalized Sentinel-1 Global Backscatter Model Land Surface — мозаика данных Sentinel-1, построенная специалистами Венского технического университета по снимкам 2016–2017 годов.
#GEE #данные #SAR
HiForm — мониторинг леса по снимкам Landsat и Sentinel-2
Сервис ForWarn, который выявляет нарушения состояния леса, опирается на данные MODIS c пространственным разрешением около 250 метров. Здесь мы воспроизвели основной функционал ForWarn с помощью Google Earth Engine (GEE). Идея использовать GEE лежит на поверхности, и авторский коллектив ForWarn воспользовался ею, чтобы создать сервис мониторинга состояния леса, использующий снимки более высокого разрешения — Landsat 5/7/8/9 и Sentinel-2. Новый сервис называется HiForm, от "High-resolution Forest mapping".
HiForm — это приложение на базе GEE. Как и в ForWarn, изменения состояния растительности фиксируются по изменениям нормализованного разностного вегетационного индекса NDVI. Чтобы уменьшить влияние облачности и теней облаков, HiForm использует композиты с максимальным значением NDVI. Оценка состояния леса производится по разности двух композитов (“до” и “после” нарушения). Два периода, используемые для сравнения NDVI, могут разделятся промежутками времени от нескольких недель до нескольких лет.
Код HiForm открыт и доступен для анализа. Ссылки на код и документацию (очень короткую) — здесь.
#GEE #лес
Сервис ForWarn, который выявляет нарушения состояния леса, опирается на данные MODIS c пространственным разрешением около 250 метров. Здесь мы воспроизвели основной функционал ForWarn с помощью Google Earth Engine (GEE). Идея использовать GEE лежит на поверхности, и авторский коллектив ForWarn воспользовался ею, чтобы создать сервис мониторинга состояния леса, использующий снимки более высокого разрешения — Landsat 5/7/8/9 и Sentinel-2. Новый сервис называется HiForm, от "High-resolution Forest mapping".
HiForm — это приложение на базе GEE. Как и в ForWarn, изменения состояния растительности фиксируются по изменениям нормализованного разностного вегетационного индекса NDVI. Чтобы уменьшить влияние облачности и теней облаков, HiForm использует композиты с максимальным значением NDVI. Оценка состояния леса производится по разности двух композитов (“до” и “после” нарушения). Два периода, используемые для сравнения NDVI, могут разделятся промежутками времени от нескольких недель до нескольких лет.
Код HiForm открыт и доступен для анализа. Ссылки на код и документацию (очень короткую) — здесь.
#GEE #лес
”Стратосферный спутник” — регистрация до 9 июня
“Стратосферный спутник” — научно-исследовательская программа для школьников и студентов, позволяющая построить собственный спутник и запустить его в стратосферу. Регистрация команд — до 9 июня. Участие в программе бесплатно.
Участники: школьные команды (12-18 лет) и студенты ВУЗов (до 21 года, не более 2 студентов на команду).
Две лиги: "Стратонавт-кандидат" и "Стратонавт-испытатель".
Отборочное задание: тестирование и описание проектной идеи.
Командам-финалистам будет отправлена посылка с "Конструктором функциональной модели спутника".
Подробная информация и регистрация на сайте: http://stratosputnik.ru
“Стратосферный спутник” — научно-исследовательская программа для школьников и студентов, позволяющая построить собственный спутник и запустить его в стратосферу. Регистрация команд — до 9 июня. Участие в программе бесплатно.
Участники: школьные команды (12-18 лет) и студенты ВУЗов (до 21 года, не более 2 студентов на команду).
Две лиги: "Стратонавт-кандидат" и "Стратонавт-испытатель".
Отборочное задание: тестирование и описание проектной идеи.
Командам-финалистам будет отправлена посылка с "Конструктором функциональной модели спутника".
Подробная информация и регистрация на сайте: http://stratosputnik.ru
Черноводная река Суванни
В болотистой местности штата Джорджия, к северу от границы с Флоридой, находятся верховья реки Суванни. Из-за своих темно-коричневых вод, насыщенных растворенными органическими веществами, Суванни относят к черноводным рекам (blackwater river). В отличие от других черноводных рек, Суванни сохраняет свой темный цвет на протяжении всего 400-километрового пути к морю.
Когда река наконец встречается с Мексиканским заливом, из космоса видно завораживающий темный шлейф речных вод, резко контрастирующий с глубоким синим цветом вод Мексиканского залив. Это смешение речной и морской воды хорошо видно на снимке, сделанном Landsat 8 20 февраля 2015 года.
#снимки #вода
В болотистой местности штата Джорджия, к северу от границы с Флоридой, находятся верховья реки Суванни. Из-за своих темно-коричневых вод, насыщенных растворенными органическими веществами, Суванни относят к черноводным рекам (blackwater river). В отличие от других черноводных рек, Суванни сохраняет свой темный цвет на протяжении всего 400-километрового пути к морю.
Когда река наконец встречается с Мексиканским заливом, из космоса видно завораживающий темный шлейф речных вод, резко контрастирующий с глубоким синим цветом вод Мексиканского залив. Это смешение речной и морской воды хорошо видно на снимке, сделанном Landsat 8 20 февраля 2015 года.
#снимки #вода
Геометрия радарной системы
На рисунке 1️⃣ показаны параметры, которые чаще всего используются для описания геометрии сбора радарных данных. Угол обзора радарной системы (look angle) — это угол от надира до точки интереса на земле. Угол падения (incidence angle) — это угол между падающим на землю лучом радара и нормалью к земной поверхности в точке падения. В случае воздушной съемки над плоской поверхностью угол падения приблизительно равен углу обзора. При радарной съемке из космоса угол падения немного больше угла обзора из-за кривизны Земли (рисунок 2️⃣). Кроме того, угол падения зависит от рельефа местности (рисунок 3️⃣). Фактически, в каждой точке земной поверхности, куда падает луч радара, имеется свой угол между направлением луча и нормалью в этой точке — местный угол падения (local incidence angle). Угол падения и местный угол падения одинаковы только в случае ровной местности.
Пространственное разрешение радара контролируется двумя независимыми параметрами системы зондирования: длительностью импульса и шириной луча антенны. Длительность импульса — это промежуток времени, в течение которого антенна излучает импульс энергии. Длительность импульса сигнала определяет пространственное разрешение в направлении направлении дальности (range). Ширина луча антенны определяет разрешение в направлении полета, или в азимутальном направлении (azimuth). Дальше мы рассмотрим каждый из элементов, управляющих пространственным разрешением радара, по отдельности.
Источник рисунков 1 и 3: Synthetic Aperture Radar Polarimetry. Chapter 1. Synthetic Aperture Radar (SAR) Imaging Basics.
Источник рисунка 2: Lillesand T.M., Kiefer R.W., Chipman J. Remote Sensing and Image Interpretation (7th edition), Wiley, 2015. Chapter 6.
#основы #SAR
На рисунке 1️⃣ показаны параметры, которые чаще всего используются для описания геометрии сбора радарных данных. Угол обзора радарной системы (look angle) — это угол от надира до точки интереса на земле. Угол падения (incidence angle) — это угол между падающим на землю лучом радара и нормалью к земной поверхности в точке падения. В случае воздушной съемки над плоской поверхностью угол падения приблизительно равен углу обзора. При радарной съемке из космоса угол падения немного больше угла обзора из-за кривизны Земли (рисунок 2️⃣). Кроме того, угол падения зависит от рельефа местности (рисунок 3️⃣). Фактически, в каждой точке земной поверхности, куда падает луч радара, имеется свой угол между направлением луча и нормалью в этой точке — местный угол падения (local incidence angle). Угол падения и местный угол падения одинаковы только в случае ровной местности.
Пространственное разрешение радара контролируется двумя независимыми параметрами системы зондирования: длительностью импульса и шириной луча антенны. Длительность импульса — это промежуток времени, в течение которого антенна излучает импульс энергии. Длительность импульса сигнала определяет пространственное разрешение в направлении направлении дальности (range). Ширина луча антенны определяет разрешение в направлении полета, или в азимутальном направлении (azimuth). Дальше мы рассмотрим каждый из элементов, управляющих пространственным разрешением радара, по отдельности.
Источник рисунков 1 и 3: Synthetic Aperture Radar Polarimetry. Chapter 1. Synthetic Aperture Radar (SAR) Imaging Basics.
Источник рисунка 2: Lillesand T.M., Kiefer R.W., Chipman J. Remote Sensing and Image Interpretation (7th edition), Wiley, 2015. Chapter 6.
#основы #SAR
Читатели справедливо замечают, что надо объяснять все использованные термины. Увлекшись радарными терминами мы ничего не сказали про “обычный” надир.
Надир — это направление, совпадающее с направлением действия силы гравитации в данной точке. Спутниковая съемка “в надир” показана на рисунке (источник) слева. Справа — съемка под углом к надиру.
#основы #термины
Надир — это направление, совпадающее с направлением действия силы гравитации в данной точке. Спутниковая съемка “в надир” показана на рисунке (источник) слева. Справа — съемка под углом к надиру.
#основы #термины
Разрешение радара по дальности
Для того чтобы радар мог получить раздельное изображение двух наземных объектов, расположенных близко друг к другу в направлении дальности, нужно, чтобы отраженные сигналы ото всех частей этих объектов принимались антенной радара раздельно. Любое перекрытие во времени сигналов от двух объектов приведет к размытию их изображений. На рисунке 1️⃣ показан импульс длиной PL (которая определяется длительностью импульса), переданный в направлении зданий A и B. Расстояние между зданиями в направлении наклонной дальности (то есть, в направлении от радара до цели) меньше PL/2. Поэтому импульс успел дойти до здания B и эхо от него вернулось в A, в то время как конец импульса в A продолжает отражаться от здания. Следовательно, два сигнала накладываются друг на друга и будут изображены как один большой объект, простирающийся от здания А до здания B. Если бы расстояние между А и B было больше, чем PL/2, то два сигнала были бы приняты отдельно, и изображали бы два отдельных объекта. Таким образом, разрешение радарной системы по наклонной дальности R не зависит от расстояния между радаром и целью, и равно половине длины передаваемого импульса
R = c * 𝜏 / 2
c — скорость света (300 000 000 м/с), 𝜏 — длительность импульса.
На рисунке 2️⃣ показан отклик радарной системы при разных соотношениях промежутка времени Δt между принятием отраженных сигналов и длительности импульса 𝜏.
Хотя разрешение радара по наклонной дальности не зависит от расстояния между радаром и целью, гораздо чаще нас интересует разрешение радара по наземной дальности (рисунок 3️⃣). А вот оно от расстояния между радаром и целью зависит. Как видно на рисунке 3️⃣, разрешение по наземной дальности изменяется обратно пропорционально косинусу угла склонения θd (depression angle)
Rg = R / cos(θd).
С увеличением расстояния от радара до цели угол θd уменьшается, cos(θd) увеличивается, и разрешение по наземной дальности становится выше (Rg становится меньше). Это противоположно поведению большинства оптических систем, для которых разрешение ухудшается по мере отклонения угла съемки от надира. Разрешение по наземной дальности можно переписать через местный угол падения θi
Rg = R / sin(θi).
Рассчитаем разрешение по наземной дальности радарной системы с длительностью импульса 1 мкс (= 1e-6 c) для θd = 45°
Rg = 3e8 м/с * 1e-6 c / (2 * cos(45)) ≈ 21 м.
#основы #SAR
Для того чтобы радар мог получить раздельное изображение двух наземных объектов, расположенных близко друг к другу в направлении дальности, нужно, чтобы отраженные сигналы ото всех частей этих объектов принимались антенной радара раздельно. Любое перекрытие во времени сигналов от двух объектов приведет к размытию их изображений. На рисунке 1️⃣ показан импульс длиной PL (которая определяется длительностью импульса), переданный в направлении зданий A и B. Расстояние между зданиями в направлении наклонной дальности (то есть, в направлении от радара до цели) меньше PL/2. Поэтому импульс успел дойти до здания B и эхо от него вернулось в A, в то время как конец импульса в A продолжает отражаться от здания. Следовательно, два сигнала накладываются друг на друга и будут изображены как один большой объект, простирающийся от здания А до здания B. Если бы расстояние между А и B было больше, чем PL/2, то два сигнала были бы приняты отдельно, и изображали бы два отдельных объекта. Таким образом, разрешение радарной системы по наклонной дальности R не зависит от расстояния между радаром и целью, и равно половине длины передаваемого импульса
R = c * 𝜏 / 2
c — скорость света (300 000 000 м/с), 𝜏 — длительность импульса.
На рисунке 2️⃣ показан отклик радарной системы при разных соотношениях промежутка времени Δt между принятием отраженных сигналов и длительности импульса 𝜏.
Хотя разрешение радара по наклонной дальности не зависит от расстояния между радаром и целью, гораздо чаще нас интересует разрешение радара по наземной дальности (рисунок 3️⃣). А вот оно от расстояния между радаром и целью зависит. Как видно на рисунке 3️⃣, разрешение по наземной дальности изменяется обратно пропорционально косинусу угла склонения θd (depression angle)
Rg = R / cos(θd).
С увеличением расстояния от радара до цели угол θd уменьшается, cos(θd) увеличивается, и разрешение по наземной дальности становится выше (Rg становится меньше). Это противоположно поведению большинства оптических систем, для которых разрешение ухудшается по мере отклонения угла съемки от надира. Разрешение по наземной дальности можно переписать через местный угол падения θi
Rg = R / sin(θi).
Рассчитаем разрешение по наземной дальности радарной системы с длительностью импульса 1 мкс (= 1e-6 c) для θd = 45°
Rg = 3e8 м/с * 1e-6 c / (2 * cos(45)) ≈ 21 м.
#основы #SAR
1️⃣ Зависимость разрешения радара по наклонной дальности от длины импульса.
2️⃣ Отклик радарной системы при разных соотношениях промежутка времени Δt между принятием отраженных сигналов и длительности импульса 𝜏.
3️⃣ Связь между разрешениями по наклонной дальности (slant range) и по наземной дальности (ground range).
Источник рисунков 1 и 3: Lillesand T.M., Kiefer R.W., Chipman J. Remote Sensing and Image Interpretation (7th edition), Wiley, 2015. Chapter 6.
Источник рисунка 2: Synthetic Aperture Radar Polarimetry. Chapter 1. Synthetic Aperture Radar (SAR) Imaging Basics.
2️⃣ Отклик радарной системы при разных соотношениях промежутка времени Δt между принятием отраженных сигналов и длительности импульса 𝜏.
3️⃣ Связь между разрешениями по наклонной дальности (slant range) и по наземной дальности (ground range).
Источник рисунков 1 и 3: Lillesand T.M., Kiefer R.W., Chipman J. Remote Sensing and Image Interpretation (7th edition), Wiley, 2015. Chapter 6.
Источник рисунка 2: Synthetic Aperture Radar Polarimetry. Chapter 1. Synthetic Aperture Radar (SAR) Imaging Basics.