告别光学依赖!雷达卫星如何突破云雾、黑夜?(光学手段)

告别光学依赖!雷达卫星如何突破云雾、黑夜?(光学手段)

雷达卫星凭借其独特的观测能力,成为人类洞察地球的重要 “天眼”。与普通光学卫星不同,雷达卫星不依赖太阳光照,能穿透云雾、夜幕甚至地表植被,提供全天候、全天时的地球观测数据。

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雷达卫星最显著的特点是不依赖自然光,这使其从根本上区别于传统的光学遥感卫星。光学卫星如同太空中的 “照相机”,需要借助太阳光照才能拍摄地球表面的图像,一旦遇到阴雨、云雾天气或进入夜间,观测能力就会大打折扣。而雷达卫星自带 “照明设备”——雷达发射机,它能够主动向地球表面发射电磁波,再通过接收器捕捉反射回来的信号,从而生成图像。这种主动观测模式让雷达卫星拥有了全天候、全天时的观测能力。另一个突出特点是强大的穿透能力,雷达卫星发射的电磁波能够穿透一定厚度的云层、烟雾和植被,甚至可以探测到地表以下的部分结构。雷达卫星生成的图像具有独特的立体感。通过采用合成孔径雷达(SAR)技术,雷达卫星能够利用卫星飞行过程中不同位置获取的信号进行合成处理,从而获得高分辨率的二维图像,同时还能通过干涉测量技术生成三维地形模型,在地形测绘、地壳运动监测等领域具有显著优势。

不同分辨率雷达样例数据(来自星图云)

雷达卫星发射的波段是影响其观测能力的关键因素,不同波段的电磁波在传播过程中与大气、地表物质的相互作用存在显著差异,因此适用于不同的观测场景。

微波波段是雷达卫星的主要工作波段,根据波长的不同,可进一步细分为Ka波段(波长约0.75-1.1厘米)、X波段(波长约2.4-3.8厘米)、C波段(波长约3.8-7.5厘米)、S波段(波长约7.5-15厘米)、L波段(波长约15-30厘米)和P波段(波长约30-100厘米)等。

【X波段波长短、适合细微目标观测;L波段穿透性强,适合观测整体植被和地表下浅层目标;C波段适合海洋观察】

短波段如Ka波段和X波段,波长较短,对地表细节的分辨能力较强,能够捕捉到较小的物体和精细的地表纹理,适合用于城市精细测绘、小尺度目标监测等场景。但同时,它们的穿透能力较弱,容易被云雾、降雨和植被吸收或散射,在恶劣天气条件下的观测效果会受到较大影响。

中长波段如C波段、L波段和P波段,波长较长,穿透能力更强,受天气和植被的影响较小。其中,C波段在气象观测和海洋监测中应用广泛,能够有效探测台风、海浪等海洋现象;L波段和P波段则常用于穿透植被和地表土壤的观测,L波段雷达能够穿透森林冠层,监测树木的生长状况和生物量;P波段甚至可以穿透干燥的地表土壤,探测到埋藏在地下的古代建筑遗迹或地质构造。

但雷达卫星受技术原理和环境因素的限制,也存在一些不容忽视的不足。雷达图像以灰度为主,对建筑物细节、植被种类等的区分能力较弱,所以相较于高分辨率光学卫星其成像分辨率存在一定约束,同时雷达卫星获取的原始信号包含大量噪声和干扰信息,需要通过复杂的算法进行成像处理、去噪、几何校正等操作才能生成可用图像,数据处理复杂且成本高,卫星运营难度大。

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【拓展】为什么看到的很多成像图是灰度的?

因为这不是实际“看”到的,而是处理出来的。对地表的不同物质而言,其几何形状、粗糙度、含水量的千差万别,使得它们对雷达波的散射存在差异、强度不一。技术人员用灰度来定义不同程度的目标散射强度,就形成了灰度图。

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