成像雷達圖像的空間特性
成像雷達側向發射脈沖雷達波束,按回波到達的先後順序成像(圖版68),所以有其獨特的空間特性,除投影性質為旋轉斜距投影、地面分辨率分為互不相關的方位向分辨率和距離向分辨率外,還有:
(壹)近距離壓縮
雷達圖像上,目標影像在距離向的空間位置,有斜距和地距兩種顯示形式,如圖3-54,R為斜距,R=c·Δt/2,c為光速,Δt為雷達波往返目標所需的時間;Rg為地距,Rg=R·cosβ,β為俯角,指目標與雷達天線連線與水平面的夾角,在雷達波束照射區內,地面上各點所對應的俯角不等,近距離端大,遠距離端小;φ稱入射角,指入射的雷達波束與入射點處地表面法線的夾角。對於平坦地形,俯角與入射角互為余角,如果雷達波束的俯角沿途不變,則入射角將保持為常數。但當沿途地形坡度變化時,則有效入射角(φ)就隨之而變化(圖3-55)。
雷達是壹個測距系統,直接測量的是雷達到目標的斜距,許多雷達圖像沿距離向都用斜距顯示。斜距顯示的圖像上,原來等長度的目標長度將被壓縮,且近距離端比遠距離端壓縮的多,造成距離向的幾何失真,這種現象稱近距離壓縮。如圖3-54,地面上A、B、C三個目標長度相等,在斜距圖像上的影像A1<B1<C1。地距圖像能如實反映平坦地面目標間的距離關系,在地距圖像上的影像A2=B2=C2。
(二)透視收縮
圖3-53 SDOT星衛在赤道和緯度45°處重復成像
圖3-54 雷達圖像的距離顯示形式
圖3-55 俯角、入射角和坡度角的關系
圖3-56 斜坡的雷達成像
圖3-57 雷達陰影的產生及與俯角的關系
雷達波輻照到地面的斜坡的時間長短,決定了斜坡在雷達圖像上的長短。所有面對雷達的斜坡,其雷達圖像長度都比實際長度短,這種現象稱為雷達的透視收縮。如圖3-56,假設雷達波束到達斜坡頂部、中部、底部的斜距分別為RT、RM、RB,在(a)中,RB<RM<RT,雷達波先輻照到坡底再到輻照坡頂,坡底先成像,坡頂後成像,斜坡在斜距圖像上影像長度為⊿R1,顯然⊿R1小於坡長L,即斜坡長度在圖像上被壓縮了;(b)中,RB=RM=RT,坡底、坡腰、坡頂的回波同時返回雷達,成像於同壹點;(c)中,RB>RM>RT,坡頂先成像而坡底後成像,斜坡影像長度也小於坡長L,斜坡同樣被壓縮。雷達圖像的透視收縮,實際上是雷達波能量集中的表現,前坡收縮比後坡嚴重,前坡影像比後坡要亮,在整個斜坡收縮成壹點時,影像最亮。
(三)雷達疊掩
壹些坡度很大的目標,如陡峭的山峰等(圖3-56(c)),在大俯角情況下,頂部比底部離雷達天線近,頂部先於底部成像,產生目標倒置的視覺效果,這種現象稱為雷達疊掩(或頂底位移)。當有效入射角φ≤0時,便會產生疊掩現象,俯角越大,出現疊掩的幾率越高。雷達疊掩多出現在近距離端,後坡不會產生疊掩。
(四)雷達陰影
雷達波沿直線傳播,當受到高大目標阻擋時,目標背面將有雷達波照射不到的盲區,因不會有回波返回雷達,在圖像的相應位置形成黑色調的暗區,這種暗區稱雷達陰影。如圖3-57,雷達陰影出現在距離向背離雷達的方向上,陰影大小與目標在雷達波束中所處的俯角範圍及後坡的坡度角(α)有關,位置A,α<β,後坡整個被照射,無陰影;位置B,α=β,雷達波擦掠後坡,壹般不形成陰影,若後坡起伏不平,會產生局部陰影;位置C-F,α>β,雷達波照射不到後坡,產生陰影。當後坡坡度角相同時,俯角越小,陰影越長,雷達陰影多出現在遠距離處。
適當的陰影能增強圖像的立體感,豐富地形信息,但陰影過大會掩蓋許多地物信息,在地形起伏大的山區,應選用適當的雷達俯角,避免陰影過大。為補償陰影區丟失的信息,突出顯示不同方向的線性地物,可采用多視向成像,使在壹種視向時的陰影區目標信息在另壹視向的雷達圖像上反映出來。