合成孔径雷达（sar）作为一种新兴的遥感观测技术，其主要优势在于各种天气条件下，穿过云层和烟雾，甚至是夜晚都可以生成高分辨的图像。无论是sentinel-1，还是radarsat和terrasar上，都可以看到这项技术的影子。
sentinel-1是欧洲航天局哥白尼计划中的地球观测卫星，由两颗组成，载有c波段合成孔径雷达。
radarsat由加拿大航天局研制，1996年正式开始工作的商业对地观测卫星，工作在c波段（5.3ghz），hh极化方式，7种波束模式，25种成像方式。
terrasar，德国宇航中心与eadsastrium及infoterra公司共同开发的军民两用雷达侦查卫星。工作在x波段（9.65ghz），具备多极化、多入射角特性。
这篇文章中，将不会涉及任何公式，希望通过简单的实例应用可以让读者读sar成像有更好的理解。
basic – 具备蝙蝠一般能力的sar
当蝙蝠在洞穴中飞行的时候，一般会产生50-120db的声波，利用回波蝙蝠就可以确定出距离位置。同样的原理也适用于sar，卫星向地球发出微波脉冲，卫星会根据回波进行成像。
通常，合成孔径雷达是侧视观测的，也就是说观测的时候它并不是完全的正向下，而是存在着一定的角度，至于这样做的好处后面会提到。
对于可以穿过云层和烟雾的合成孔径雷达而言，较长的波长可以更好的穿透云层抵达地表，例如，l波段（~24cm）雷达比c波段（~6cm）和x波段（~3cm）的波长更长。
basic – 合成孔径雷达散射的类型
雷达侧视使得其可以作用于不同的地形，这里对合成孔径雷达三种主要的散射类型进行介绍，表面散射，漫散射和双回波散射。
表面散射一般来自于道路或者水面，这种类型的散射，雷达发射出去的脉冲只有很少的一部分能量被返回，后面例子中关于这种散射一般都是黑色像素，其值也大都小于-20db。
粗糙表面引起的漫散射，如农田耕地和植被等，这种散射的值一般都小于-20db，且大多都为灰色像素。
一些常见的建筑物和其他人造物体会发生双回波散射，这种类型的散射一般为-10db的白色像素。
sar成像图解
到这里，我们已经对合成孔径雷达有了一定的了解，下面的这幅来自radarsat-2的sar成像图中包含了我们前面讲到的几种不同的散射类型。
这幅例图中，红色箭头所指的这条东西流向的河流即为表面散射，其具备的能量较低，为暗黑色。橘黄色箭头所指的亮白色部分则为双回波散射，这种散射可以体现出一些主要城市特征，虽然在这幅图中还不能确定这个物体是什么，但是其经过双回波散射后的能量值大于-10db。而黑色箭头所指的大部分区域都是粗糙的漫散射，这些区域可能是农田，植被或者草地等。
合成孔径雷达的应用实例
那么该如何将这些sar的概念应用于实际生活中呢？除了在遥感应用外，sar在环境，安全和军事方面也有很多应用。
在一些搜索与营救任务中，天气条件往往比较恶劣，特别是在森林火灾发生的情况下，烟雾会阻碍环境的可见度。而sar则不会受到这些因素的影响，救援人员可以利用他寻找地面上的求救人员，具体点，就是寻找地面上的双回波散射，在一些泛洪的地方，可以对表面散射这样类型的散射进行观测。
另外，近些年来合成孔径雷达干涉测量（insar）发展也十分迅速，研究人员们利用insar进行基于相位差异的地表形变监测等。
如图中所示的，sar是基于后向散射的地面特性的体现，这也就是为什么海洋中的油体泄漏的时候会使用sar去监测海面，另外，可以利用sar成像结果中的双回波散射区域搜寻一只失联在北极的船只。
除此之外，微波雷达对于介电常数的特性十分敏感，科学家们利用这一特点使用合成孔径雷达去研究土壤湿度。在农业上，农民可以利用这一技术来了解土壤中几厘米厚土壤的湿度。研究人员们也可以利用touzi分解技术去绘制湿地地图。
在技术上更深入一点
极化是指sar天线电磁波振动的矢量方向，也就是发出雷达波的方向，其中电场决定了波的极化方向。合成孔径雷达的天线可以发射水平极化（h）或者垂直极化（v）。
当电磁波从目标出散射时，电磁波的极化状态会发生变化，当传感器接收到回波时，它测量到的是目标极化变化的程度。它可以是h极化，也可以是v极化，或者同时是h极化和v极化。
对于单极化，下面列出了典型的发射和接收极化状态。
hh – 水平发射，水平接收 vv – 垂直发射，垂直接收 hv – 水平发射，垂直接收 vh – 垂直发射，水平接收我们可以利用类似freeman-durden这样的分解技术获得sar成像中的表面散射、双回波散射和体散射等构成。
最后
如果没有雷达方面的相关经验，这些成像图片看起来可能就是一堆并不漂亮的像素点。而且一般的雷达成像是存在噪声的，需要一定的平滑处理。但是通过一些分解方法和一点sar概念的理解，sar成像就成了一个极具价值的工具。
别忘了，还有一些开源遥感软件，比如sentinel-1 toolbox等，可以帮助你分析和可视化sar成像。
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