Dálkový průzkum země v mikrovlnné části spektra I REFERENČNÍ VELIKOST vlnová délka hřiště Ji -L výška člověka tloušťka kancelářské sponky tloušťka papíru 1 m 1 cm 1 mm 1 mil 1 baseballový míček buňky f -L _L bakterie viry -L atom molekula vody 1 nm 1 A _L O subatomárni částice 1^m _L A(m) 103 102 10 1 1Q-1 1Q-2 IQ3 10"4 10"5 106 10-7 10-8 10-9 1010 10"11 1012 elektron volt , , , ^^^^^^^^ ■ ■ i . j i i i i (eV)io9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 IQ3 IQ-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 frekvence 1 MHz i 1 GHz _L 1 THz i 1 PHz 1 EHz _L 1 ZHz j_|_ (Hz) 105 106 io7 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 Radio Spectrum TerahertJ Infrared j Ultraviolet X-ray Gamma ZDROJE A VYUŽITI JEDNOTLIVÝCH FREKVENČNÍCH PÁSEM Broadcast and Wireless Microwave if)) I ^4 m g Far IR Mid IR Near IR j Ultr Extreme UV Soft X-ray Hard X-ray AM rádio 600kHz-1.6MHz FM rádio 88-108 MHz mobilní telefony 900MHz-2.4GHz sible waveler (nm) Is f ■ £ ca o o 't t II) t) I* o Telekomunikační kabel 0.7-1.4 i Radar Zvukové vlny <^20Hz-10kHz 1-100 GHz E li TV vysílání Bezdrátový přenos dat 54-700 MHz ~ 2.4 GHz Bio imaging 1-10 THz Dálkový ovladač 850 nm Zubni léčebná světla 200-350nm Rtg zářeni v medicíně 10-0.1 A Viditelné světlo 425-750THZ 700-400nm □ Sledováni kosmického zářeni «1 A Ultrazvuk 1-20 MHz A Screening 0.2-4.0 THz mm wave Mikrovlnná trouba "sub-mm" 2.4 GHz Kontrola zavazadel 10-1.0 A Opalováni 400-290nm Noční vidění 10-0.7 U Krystalografie 2.2-0.7 A části spektra • Pasivní metody (mikrovlnný radiometr) • Aktivní metody (RADAR) • Z družic, letadel i pozemních přístrojů •Mikrovlnné záření je schopné se šířit atmosférou téměř za jakýchkoliv podmínek (déšť, sněžení, oblaka, zákal, dým, tma) •Může procházet i do určité hloubky v sedimentech (využití v geologii, georadar...) •Odrazové a vyzařovací schopnosti objektů na zemském povrchu jsou v oblasti mikrovln odlišné od těchto charakteristik v optické části spektra. •Odrazové vlastnosti povrchů jsou formovány především drsností a vodním obsahem. •Odrazové vlastnosti povrchů ovlivňují jejich dielektrické vlastnosti. 1. operuje v noci i ve dne 2. neomezen oblačností ani srážkami (většinou) 3. zanedbatelný vliv atmosféry 4. citlivý na obsah vody 5. citlivý na drsnost povrchu 6. struktura povrchu (Polarimetrie) 7. přesné měření vzdálenosti 8. proniká pod povrch 9. náročnej ší interpretace 10. rozdílné geometrické zkreslení 11. zašumění - speckle 1. operuje pouze ve dne (VIS) 2. omezení počasím (oblačnost, déšť) 3. velký vliv atmosféry (nutné korekce při porovnávání časové řady 4. citlivost na chemické složky (chlorofyl, půda...) 5. nízká citlivost na drsnost povrchu 6. nemožnost využít polarimetrii 7. neměří vzdálenosti 8. neproniká pod povrch ^Řsídio Detection and Ranging (zaznamenávání přítomnosti a polohy objektů) signál ve formě krátkých pulsů (fis) signál je vyslán, prochází a reaguje s prostředím, část se odrazí zpět signál zaznamenán anténou (intenzita, čas a fáze vlnění) • jevy blíže odrážejí dřív radarový pLLls vyslaný z redact* ťiii rtOťiti odraňcm siynäl ůd budovy Ji vysoká energie ^^lupniho puku t - ■"--1 B ID čas —— odraľ od budovy ndnizod fLtíhuu •RADAR nezobrazující •Dopplerův RADAR (měření rychlosti, princip měnící se frekvence v závislosti na rychlosti) •PPI RADAR (meteorologický, letecký, vojenský) • RADAR zobrazující •Radar s reálnou aperturou - SLAR (Side Looking Airborne RADAR) (většinou letadlo, starší typ) •Radar se syntetickou aperturou - SAR (Synthetic Aperture RADAR) (na družicích, novější typ) boční radar Princip znám už od počátku století (vojenské utajování) 1967 - provincie Darien (Panama) 1971- Venezuela 1971-1976 - RADÁM (Radar for the Amazon), Radarových snímků vytvořených z letadel bylo použito k analýze geologických poměrů, k inventarizaci lesní dřevní hmoty, lokalizaci komunikací, vyhledávání minerálů, mapování sopečných tvarů a toků velkých řek. nosič letí konstantní rychlostí, zaznamenává intenzitu odrazu z úzkého pruhu území (řádku) - kolmo na směr letu, specifické geometrické vlastnosti, dvojí prostorové rozlišení - příčné, podélné A - oblast blízkého dosahu (near range), B - oblast vzdáleného dosahu (far range); a - úhel pohledu (look angle), 5 - hloubkový úhel (depression angle), 6 - úhel dopadu (incidence angle); S -šikmá vzdálenost (slant range), D - horizontální vzdálenost (ground range), Z - šířka záběru (swath) určováno délkou pulsu, pro rozlišení dvou objektů musí být jejich šikmá vzdálenost větší než PL/2, aby nedocházelo k překryvu Závisí na šířce vyslaného paprsku (p)a horizontální vzdálenosti (D) •Rozlišení klesá se vzdáleností od letové osy •Vztah mezi šířkou paprsku ((3), vlnovou délkou vyslaného signálu (A,) a délkou antény (A) A u SLAR lze dosáhnout lepšího rozlišení pouze zvětšením antény -technické problémy nebo vysílání na kratších vlnových délkách -rušení atmosférou -vývoj směrem k SAR t e nou - SAR Syiithetic arrtenna PhysicoJ anterma Vzdálenost jež satelit urazí za dobu. kterou je objekt v záběru = syntetická apertura Objekt zaznamenán naposledy 1 Trasa letu "™ satelitu Objekt zaznamenán poprvé Nadir Snímaná oblast Pás Simuluje extrémně dlouhou anténu, pomocí níž je schopen získávat data s vysokým prostorovým rozlišením (rozlišení je závislé na délce antény). V průběhu času jsou jednotlivé cykly vyslání/příjem záření kompletovány s daty z každého cyklu. Je zaznamenána intenzita a fáze zpětně odraženého signálu. Po daném počtu cyklů jsou uložená data zkombinována a teprve potom je z nich vytvořen snímek. opplerův efekt - posuv frekvencí SAR zpracovává pouze střední část paprsku, ve které se neprojevuje Dopplerův efekt - nenastává posuv frekvencí. Tím se výrazně zlepšuje podélné prostorové rozlišení. Geometrické charakteristiky radarových snímků • nejednotné měřítko - snímání šikmých x horizontálních (ground) vzdáleností • poziční chyby v důsledku různých nadmořských výšek terénu (opačný efekt než ve fotogrammetrii, výškový objekt je nakloněný k linii letu), sklon terénu vede k různým geometrickým distorzím, odstraňují se terénní korekcí s využitím DEM • efekt paralaxy - možnosti tvorby výškových modelů Změny měřítka v příčném směru DA—H —---DB Nasnímaná data jsou v šikmé rovině snímání a následně jsou převedena do horizontální roviny ./ u ÍL \ ŕ 1 \ Radar t Oprava šikmé vzdálenosti (slant r.) na horizontální (ground range) s = (Y2+Hn2) 2\K - zhuštění signálu (foreshortening) - zpětný překryv (layover) vrcholu a paty na snímku ů III - radarový stín (radar shadow) odvrácené svahy od linie letu vytváří tzv. radarové stíny, nepřichází odsud žádný signál v geometrii fotografie a radarového snímku V důsledku bočního snímání budou mít snímky odlišný vzhled (vliv stínů - a), stereoskopická dvojice se dělá z jednoho směru z různých letových hladin, boční osvětlení je podobné Parametry vnitřní (souvisí s vlastním systémem) • vlnová délka (frekvence) použitého mikrovlnného záření • polarizace použitého záření • úhel dopadu (úhel pohledu) radarového paprsku • azimut dopadajícího radarového paprsku ve smyslu jeho orientace vzhledem ke snímanému objektu Parametry vnější (vlastnosti povrchů) • drsnost povrchu a lokální úhel dopadu • vlhkostní poměry • topografie (orientace svahů) • dielektrické vlastnosti materiálů (permitivita) Výše uvedené parametry působí na vzhled komplexně a často mezi sebou korelují, do jisté míry závisí i na druhu povrchu. lnová délka atmosféra více ovlivňuje radarové signály s kratší vlnovou délkou do 3cm, využívá se pro zjišťování srážek (echo od silného deště může být silnější na kratších délkách většina radarů jednopásmových, existují i „multispektrální" delší vlnové délky lépe pronikají pod povrch půdy (silná závislost na přítomnosti vody) schopnost pronikat pod povrch souvisí i s úhlem dopadu (malý úhel dopadu -intenzivnější) Používaná mikrovlnná pásma Pásmo Vlnová délka (cm) Frekvence (GHz) Ka 0.8-1.1 40-26.5 K 1.1-1.7 26.5 - 18 Ku 1.7-2.4 18 - 12.5 X 2.4-3.8 12.5 -8 C 3.8-7.5 8 -4 S 7.5-15 4 -2 L 15-30 2 -1 P 30-100 1 - 0.3 f(GHi) * 0.1 300 10 30 100 Ku Ka X C S L P 4- OJ * A (cm) vlnová délka frekvence f (v Hertz)=C/A, C=3.108m a v m Odrazivost v rozdílných pásmech X-band L-band P-band olarizace vyslaný signál je vždy polarizovaný Rovina kolmá na směr šíření Horizontální lineární polarizace Vertikální lineární polarizace vv radar antenna transmits vertically polarized energy toward the earth vertical scud HH radar antenna transmits horizontally polarized energy toward the earth backscattered vertically polarized energy from earth is received by the antenna horizontal send horizontal receive horizontal filter Popis polarizace signálu - XY (X vysílá, Y přijímá) HH, W = co-polarised; HV, VH = cross-polarised (obvykle slabší než co-pol) Systém má jednu, nebo více následujících kombinací: • single pol. ° vyšle signál jen o jedné polarizaci a přijme signál jen o jedné polarizaci ° varianty pouze HH, pouze W, pouze HV, nebo pouze VH ° starší senzory ERS - W, Radarsat 1 - HH • duál / alternating pol. ° HH a HV, nebo W a VH, nebo HH a W ° EVISATASAR • quad pol. ° všechny 4 typy polarizovaných dat v jednom snímku: HH, W, HV a VH ° ALOS PALSAR, Radarsat 2, TanDEM-X, Sentinel - 1, .... Odrazivost pro různé polarizace Data pořízená v pásmu C (zdroj: CCRS) W Sinclair Color Coding © Google Earth • Ovlivňuje rozsah radarových stínů • Malý úhel dopadu způsobuje intenzivní odraz od relativně hladkých povrchů • Při velkém úhlu dopadu jsou hladké plochy naopak tmavé • Velký úhel dopadu zdůrazňuje tvary snímaného reliéfu. Vzájemná orientace dopadajícího radarového paprsku a snímaného objektu má výrazný vliv na vzhled výsledného snímku Objekty uspořádané do linií kolmých k dopadajícímu paprsku (A) dávají daleko silnější odraz, než objekty v liniích orientovaných rovnoběžně s dopadajícím paprskem (B) - ulice, polní plodiny, ... povrcKu * * Hladký povrch: 8-cos0 Drsný povrch: Ä> 8cos 201 ©1-1A 6 \ \ Sentir el-1 B / Konstelace Sentinel-IA a 1B ESA: Sentinel-1 User Handbook A+B denní pokrytí mezi +45°N a -45°S interferometrie interval globálního pokrytí max. 14 dní Data z družice Sentinel 1A 2.10. - 2.12.2014, pohyb povrchu v důsledku čerpání podzemních vod, Mexico City zdroj: http: / / www.esa.int / spaceinimages / Images / 2014/12 / Mexico_City_subsidence Evropská kosmická agentura (ESA) - řada satelitů i leteckých kampaní, přes vyhledávač EOLI-SA http: / /earth.esa.int/EOLi/EOLi.html ESA - Sentinel Data HUB - ] Národní úřad pro letectví a kosmonautiku (NASA) Earth Explorer http: / 7earthexplorer.usgs.gov/ občasné akce, kdy bývají zdarma i jinak drahá data (TSX od DLR, Radarsat od CSA) Komerční poskytovatelé (většinou slevy na vědecké účely) • Německá DLR - TerraSAR-X, TanDEM-X, plánovaný TanDEM-L http: / 7www.dlr.de/ Kanadská CSA - Radarsat 1 a Radarsat 2 J esa, gc. ca / eng/ satellites / radarsat2 / • Italská ASI - satelity Cosmo-SkyMED ] skvmed. it / en / index, htm