Tư liệu ảnh vệ tinh viễn thám RADAR

Viễn thám Radar thu nhận các kênh phổ trong dải sóng ngắn, sử dụng phát xạ Radar từ vệ tinh hay bản than vật thể. Có hai loại viễn thám Radar đó là Radar chủ động và Radar bị động:

Radar chủ động: Năng lượng từ thiết bị bay (máy bay hoặc vệ tinh). Nguồn năng lượng từ anten phóng ra và thu về sóng phản hồi từ bề mặt trái đất.

Radar bị động: Năng lượng Radar từ mặt trời chiếu xuống bề mặt và phản hồi trở về theo trường nhìn thấy của sensor đặt trên thiết bị bay.

Quá trình “chụp ảnh”:

Ø Xung: được truyền đi từ ăng ten, có bước sóng nhất định và trong các khoảng thời gian nhất định (đo bằng micro giây)

Ø Bước sóng radar: thường dài hơn rất nhiều so với bước sóng ánh sang nhìn thấy, hồng ngoại hay hồng ngoại nhiệt, đo bằng cm

Ø K, Ka, Ku, X, C, S, L, and P là tên các băng sóng radar

Băng và bước sóng:

Các thông số chính của hệ thống Radar:

Hướng phương vị: Hướng bay so với hướng bắc nam (Azimuth direction).

Ø Độ phân giải theo hướng bắn(Range réolutuon): Là khả năng phân cách hai đối tượng không gian nằm gần nhau theo hướng bắn tia Radar. Điều này đạt tới khi tín hiệu của tất cả các phần trên hai vật thể do ăng ten thu nhận sẽ phải phân cách nhau. Bất kỳ sự chồng tín hiệu nào từ hai vật thể sẽ gây ra hiện tượng mờ ảo trên ảnh Radar.

Độ phân giải phương vị: độ mở thực

Ưu điểm của Radar:

Ø Chúng có thể quan sát qua sương mù, mây, mưa và trong các điều kiện khí tượng khác mà ánh sáng thông tin không thể xuyên qua được.

Ø Chúng có thể quan sát nhiều nơi trên bầu trời gần như đồng thời.

Ø Chúng có thể hoạt động liên tục, có thể không cần sự có mặt của người tác nghiệp dưới dự điều kiển của máy tính.

Ø Chúng có thể vận hành cả ngày lẫn đêm.

Ø Dữ liệu thu được có thể lưu trữ đễ dàng trong máy tính và sẵn sàng cho mọi phân tích chuyên sâu khác.

Ø Radar không bắt buộc chỉ nghiên cứu tầng mặt đất và có thể nghiên cứu cách vài km trên bầu khí quyển.

Ø Nhạy cảm với hàm lượng nước, độ nhám hay sự gồ ghề của bề mặt. Có thể đo sóng trên mặt nước.

Ø Nhạy cảm với sự phân cực và tần số.

Ø Đo giao thoa bằng cách sử dụng 2 ăng ten ghi nhận.

Nhược điểm của Radar:

Ø Do xuyên qua mây, thực vật, đất khô nên: Tín hiệu là tổng hợp qua chiều sâu và thay đổi theo vật chất.

Ø Nhạy cảm với hàm lượng nước, độ nhám bề mặt: Tổng nhỏ lượng nước ảnh hưởng tới tín hiệu. Khó khăn khi tách phản ứng khối từ phản ứng bề mặt

Ø Nhạy cảm với mặt phân cực và tần số: Có rất nhiều lựa chọn và thiết bị, tốn kém nếu muốn cùng một lúc có nhiều khả năng.

Hệ thống thu nhận ảnh Radar ngày càng được phát triển và ứng dụng mạnh mẽ với các đặc tính lợi ích hiệu quả của nó. Sau đây ta sẽ giới thiệu một số tư liệu ảnh vệ tinh Radar.

I. TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH ALOS

Hệ thống vệ tinh Alos có các sensor thu nhận cả kênh phổ ánh sáng nhìn thấy và cả kênh phổ Radar ( Sensor PALSAR).

Ảnh PALSAR vệ tinh ALOS của Nhật Bản. Ảnh phân cực gồm 4 phân cực khác nhau là: VV, VH, HV và HH.

Ảnh PALSAR là ảnh radar thu nhận tín hiệu SAR trên kênh L. Có 3 mức xử lý ảnh là 1.0, 1.1 và 1.5 lưu theo chế độ 16bit.

Ảnh khu vực Huyện Từ Liêm thành phố Hà Nội năm 2007 ảnh đã được xử lý ở mức 1.5.

Ảnh đơn kênh phân cực HV.

Cả 2 tư liệu đã được nắn chỉnh về cùng một hệ toạ độ, hệ quy chiếu. Kích thước pixel của 2 tư liệu này được đưa về bằng nhau và bằng 10m.

II. TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH ENVISAT

Cấu tạo vệ tinh ENVISAT

Vệ tinh ENVISAT do hãng hãng không vũ trụ châu Âu thiết kế và chế tạo tiếp theo nhưng vệ tinh ERS -1 và ERS-2. Vệ tinh được phóng lên thành công ngày 01/03/2002. Quĩ đạo: Độ cao 800 km, đồng bộ mặt trời, bay 01 vòng quanh trái đất hết 100’. Chu kỳ lặp lại là 35 ngày. Vệ tinh ENVISAT mang theo các đầu thu ảnh khác nhau như ASAR, AATSR, GOMOS, RA-2, MERIS ....

Các đầu thu ảnh và tư liệu ảnh của vệ tinh ENVISAT:

Ø Đầu thu ASAR

§ Mục tiêu : Tiếp tục các hoạt động của vệ tinh ERS để theo dõi, giám sát đới bờ, đại dương, các quá trình trên bề mặt đất liền và băng

§ Đặc điểm vượt trội so với vệ tinh ERS :

o Cho phép lựa chọn giữa phân cực ngang và phân cực thẳng đứng

o Có thể thay đổi chế độ phân cực

o Cho phép thay đổi góc chụp ảnh => 7 loại ảnh khác nhau tùy theo góc tới, độ phân giải không gian và diện tích trùm phủ.

o Ảnh SCANSAR cho phép chụp ảnh với độ rộng lên tới 400 km.

§ Độ phân giải ảnh: 10 m (wave), 30m, 150m và 1km

Ø Đầu thu AATSR

§ Mục tiêu:

o Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt biển và đất liền

o Theo dõi thực phủ trên đất liền

Ø Đầu thu MERIS

§ Mục tiêu:

o Nghiên cứu đặc điểm về hải dương học của đại dương và vùng bờ.

o Theo dõi giám sát khí quyển( mây/hơi nước và các hạt bụi)

§ Thu ảnh trên 15 kênh phổ bước sóng từ 390nm đến 1040nm, độ phân giải không gian : 250m và 1000m, độ rộng dải bay 1150 km.

Ø Đầu thu GOMOS

§ Mục tiêu:

o Nghiên cứu các thμnh phần của khí quyển như OZONE, Nitơ

o Dioxit, Sulphur dioxit, khí ga và bụi.

o Theo dõi giám sát ô nhiễm không khí

Ví dụ tư liệu ảnh vệ tinh ENVISAT

Ảnh vệ tinh ASAR - ENVISAT 150m

III. TƯ LIỆU ẢNH LIDAR VÀ IFSAR

IFSAR- InterFerometric Synthetic Aperture Radar:

Theo công nghệ này, độ cao của bề mặt được tính toán thông qua sự lệch pha giữa các tín hiệu Radar phản xạ được thu bởi 2 vị trí ăngten gần nhau. Như vậy thông tin Radar có thể thu từ cùng một ăngten ở hai thời điểm khác nhau hoặc được thu đồng thời nếu có 2 ăngten đặt ở 2 đầu một “cạnh đáy” . Theo các kết quả nghiên cứu thì phương pháp sử dụng đồng thời 2 ăngten thu là tối ưu hơn.

Về bản chất, công nghệ IFSAR khai thác tính lien kết của các tín hiệu Radar độ mở tổng hợp (SAR) phản xạ. Các giá trị biên độ và pha của tín hiệu này được thu và ghi lại. Nhờ đó có thể xác định độ lệch pha của các tín hiệu phản xạ từ cùng một vị trí trên mặt đất nhưng được thu từ 2 vị trí khác nhau trên máy bay/vệ tinh hoặc 2 thơid điểm khác nhau.

LIDAR -Light Detection And Ranging:

Các thành phần cơ bản của hệ thống LIDAR là bộ quét Laser, GPS và hệ thống dẫn đường quán tính INS/IMU. Bộ quét Laser đặt trên máy bay phát tia hồng ngoại ( bước song 810- 1550 nm) với tần số lớn ( từ 2-`100 KHz). Bộ quét ghi khoảng thời gian giữa tín hiệu phát và tín hiệu phản xạ trở lại. Tuy nhiên một xung phát đi có thể có nhiều tín hiệu phản xạ trở lại như từ tán cây, bề mặt công trình hay từ mặt đất. Từ đó, ta có thể xác định được khoảng cách từ mặt phản xạ tới máy thu theo thời gian qua tốc độ ánh sáng. Còn vị trí và định hướng tại thời điểm phát xung được xác định nhờ hệ thống tích hợp GPS/INS. Hay nói cách khác các thông số về bề mặt trong không gian là X,Y,Z được xác định.

So sánh IFSAR và LIDAR

Ø Các điểm chung nhau

Công nghệ LIDAR va IFSAR có điểm chung nhau lớn nhất là đều cho phép tạo DEM từ các thiết bị đặt trên máy bay với độ chính xác và độ chi tiết cao, mật độ phổ biến từ 1m² đến 5m² có một điểm và độ chính xác về độ cao khoảng 0.15m đến 3m. Cả 2 đều là hệ thống viễn thám chủ động, đo thời gian chuyển động của sóng theo hai lần khoảng cách và đều sử dụng công nghệ tích hợp GPS/INS để có thể tính được tọa độ X,Y,Z của các điểm thuộc bề mặt phản xạ.

Hai hệ thống này đều phụ thuộc vào máy bay được sử dụng. Việc chọn độ cao bay và tốc độ bay ảnh hưởng tới mật độ và độ chính xác của điểm đo cũng như giá thành sản phẩm.

Chúng đều có thể thu được nhiều tín hiệu phản xạ từ 1 xung phát xạ. Các tín hiệu phản xạ từ bề mặt đất được xử lí để tạo DEM, các tín hiệu phản xạ từ bề mặt tán lá cây, hay các công trình trên mặt đất được xử lý để tạo DSM.

Ø Các điểm khác nhau

Bước sóng của IFSAR thường là sóng X ( λ ≈ 3cm ) và sóng C ( λ ≈ 6cm) các sóng này có thể xuyên qua được mây, mù … Còn bước sóng của LIDAR là bước sóng cận hồng ngoại ( λ ≈ 1µm) không xuyên qua được mây và bị hấp thụ mạnh trong môi trường nước và hơi nước.

Về hình học, IFSAR chụp nghiêng với góc từ 30^o đến 60^o, LIDAR chụp thẳng, đối xứng qua đường dây dọi với góc xiên giới hạn trong khoảng ± 20^o. Việc chụp gần với đường dây dọi có ưu điểm là hạn chế được sự che nấp của đồi núi hay các công trình xây dựng, nhưng độ rộng của giải quét bị hạn chế nên giá thành tăng.

Hãy like nếu bài viết có ích →

Kết bạn với gisgpsrs trên Facebook để nhận bài viết mới nóng hổi