polarização SARA polarização descreve a orientação do campo eletromagnético transmitido e recebido por um sistema de radar de abertura sintética. Como diferentes superfícies e estruturas dispersam os campos horizontais e verticais de maneiras distintas, a polarização é uma das variáveis mais úteis para a interpretação de imagens SAR.
Este guia explica os quatro canais de polarização linear — HH, HV, VH e VV — e os três modos de aquisição mais comuns: polarização simples, polarização dupla e polarização completa (quádrupla). Também descreve como os engenheiros escolhem um modo para sensoriamento remoto, testes de radar e avaliação de sistemas de antenas.
O que é polarização SAR?
A maioria dos sistemas SAR embarcados em satélites utiliza polarização linear horizontal (H) e vertical (V). Um código de canal de duas letras identifica primeiro a polarização transmitida e, em seguida, a polarização recebida. Por exemplo, HH significa transmissão horizontal e recepção horizontal, enquanto HV significa transmissão horizontal e recepção vertical.
A polarização é importante porque um alvo pode preservar a polarização incidente, rotacioná-la ou despolarizar parte do retorno. Rugosidade da superfície, geometria, propriedades dielétricas, comprimento de onda, ângulo de incidência e estrutura interna influenciam a retrodispersão medida. Portanto, a polarização deve ser interpretada em conjunto com a faixa de frequência, a geometria de visualização e os dados de imagem calibrados.
O que significam HH, HV, VH e VV?
| Canal | Transmitir | Receber | Classificação |
|---|---|---|---|
| HH | Horizontal | Horizontal | Co-polarizado |
| HV | Horizontal | Vertical | Polarização cruzada |
| VH | Vertical | Horizontal | Polarização cruzada |
| VV | Vertical | Vertical | Co-polarizado |
Os canais HH e VV são co-polarizados porque as polarizações de transmissão e recepção são as mesmas. Os canais HV e VH são polarizados cruzadamente porque a polarização de recepção é ortogonal à polarização de transmissão. Em um sistema monoestático recíproco calibrado, as respostas de HV e VH são frequentemente semelhantes, mas ambos os canais são mantidos em medições polarimétricas completas.
Os três principais modos de polarização SAR
1. Polarização única
A aquisição de polarização única registra um canal, geralmente HH ou VV. Ela oferece menor volume de dados e processamento mais simples quando um canal validado é suficiente. A limitação é que um único canal fornece menos informações sobre os mecanismos de dispersão e a estrutura do alvo.
2. Polarização dupla
Uma aquisição de dupla polarização registra dois canais. Combinações comuns incluem HH+HV e VV+VH, onde o radar transmite uma polarização e recebe retornos com polarização cruzada e copolarizada. Alguns sistemas também suportam um par de polarização cruzada, como HH+VV. Os dados de dupla polarização adicionam discriminação útil, mantendo a taxa de dados e os requisitos de processamento mais gerenciáveis do que a polarimetria completa. A ESA afirma que o Sentinel-1 suporta VV+VH ou HH+HV em seus esquemas de dupla polarização.
3. Polarização total ou quádrupla
Os registros SAR polarimétricos completos registram HH, HV, VH e VV como canais complexos. Um radar quadripolar clássico transmite H e V em sequência e recebe os retornos de H e V, preservando as informações de amplitude e fase relativa. Isso permite a análise da matriz de espalhamento e a decomposição, classificação e caracterização detalhadas do alvo.
A desvantagem reside na maior complexidade do sistema, na necessidade de calibração, no volume de dados e no esforço de processamento. Dependendo do sensor, a operação em polarização completa também pode envolver uma faixa de varredura mais estreita ou diferentes restrições de aquisição. A polarização compacta é outra arquitetura SAR válida, mas é distinta dos modos lineares tradicionais de polarização simples, dupla e quádrupla discutidos aqui.
Co-polarização vs. Polarização cruzada
Canais co-polarizados frequentemente preservam fortes retornos de superfícies e estruturas que mantêm a polarização transmitida. Retornos polarizados cruzados indicam que o processo de espalhamento alterou parte do estado de polarização por meio de espalhamento volumétrico, reflexões múltiplas, geometria complexa ou estrutura anisotrópica.
- Águas calmas e superfícies lisas:Frequentemente, as linhas de retrodispersão aparecem escuras quando a maior parte da energia é refletida para longe do radar; a rugosidade da superfície, o vento e o ângulo de incidência podem aumentar a retrodispersão.
- Vegetação:Galhos, troncos e folhas criam dispersão volumétrica, portanto, canais de polarização cruzada podem adicionar informações estruturais valiosas.
- Áreas urbanas:Edifícios e superfícies terrestres podem gerar fortes retornos co-polarizados e espalhamento de dupla reflexão, dependendo da orientação e da geometria da imagem.
- Solo, neve e gelo:Umidade, rugosidade, profundidade, comprimento de onda e estrutura interna afetam a resposta de polarização.
Esses são princípios de interpretação, e não regras universais. Um canal não deve ser selecionado independentemente da banda de radar, do ângulo de incidência, da resolução, da estação do ano e da qualidade da calibração.
Como escolher um modo de polarização SAR
| Exigência | Ponto de partida prático |
|---|---|
| Monitoramento de área ampla ou volume de dados limitado | Polarização única quando um canal validado atende ao objetivo de detecção |
| Discriminação na vegetação, agricultura ou cobertura do solo | Dados de polarização dupla, co-polarizados e polarizados cruzados, para informações adicionais de dispersão. |
| Mapeamento de gelo marinho, oceano ou inundação | Escolha os modos baseados em HH ou VV de acordo com a banda, o ângulo de incidência e o método validado. |
| Classificação avançada ou decomposição de dispersão | Polarização quádrupla completa quando são necessárias informações de quatro canais com calibração de fase. |
O melhor modo é específico para cada aplicação. Os engenheiros devem comparar o conteúdo da informação com a cobertura, a resolução, a relação sinal-ruído, a largura da faixa de varredura, o tempo de revisita, os recursos de processamento e a capacidade de calibração.
Considerações sobre antenas e radiofrequência para radar polarimétrico
Medições polarimétricas confiáveis dependem de mais do que apenas o algoritmo de processamento. A antena e a cadeia de radiofrequência devem manter um desempenho estável em ambos os canais de polarização. Parâmetros importantes incluem:
- Frequência operacional e largura de banda instantânea;
- Equilíbrio de ganho e padrão de radiação entre as portas H e V;
- Isolamento porta a porta e discriminação entre polarizações;
- estabilidade de amplitude e fase;
- VSWR, interface do conector e calibração do cabo;
- alinhamento da antena, geometria de montagem e plano de referência para calibração.
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Perguntas frequentes
Qual letra vem primeiro em um código de polarização SAR?
A primeira letra identifica a polarização transmitida e a segunda identifica a polarização recebida. HV significa transmissão horizontal e recepção vertical.
Qual a diferença entre SAR de dupla polarização e de quádrupla polarização?
A polarização dupla registra dois canais, geralmente HH+HV ou VV+VH. A polarização quádrupla registra HH, HV, VH e VV e preserva as relações necessárias para uma análise polarimétrica completa.
Existe sempre uma única polarização SAR que seja a melhor opção?
Não. O modo mais útil depende do alvo, do comprimento de onda do radar, do ângulo de incidência, da resolução, das condições ambientais e do objetivo do processamento.
Por que os canais de polarização cruzada são úteis?
HV ou VH podem revelar espalhamento que altera a polarização incidente, especialmente o espalhamento volumétrico e alvos estruturalmente complexos, como a vegetação.
Conclusão
A polarização SAR controla como um radar ilumina um alvo e como o campo refletido é medido. HH e VV são canais co-polarizados, enquanto HV e VH são polarizados cruzadamente. A polarização simples oferece eficiência, a polarização dupla adiciona discriminação e a polarização quádrupla completa fornece o conjunto de dados polarimétricos lineares mais completo. Resultados precisos exigem que o modo de aquisição, o sistema de antenas, o método de calibração e os requisitos da aplicação sejam considerados em conjunto.
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Referências e Leitura Complementar
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Data da publicação: 28/06/2024
