a- Truyền một xung Radar chỉ trường sóng tại khoảng thời gian từ 1-17, b Kết quả tia phản hồ
2.2.2. phân giải không gian
Độ phân giải không gian của ảnh radar là một hàm số, được xác định dựa trên cấu trúc hình học và bản chất của sóng điện từ. Nếu ảnh Radar được định nghĩa như một mảng 2 chiều với các trục tọa độ xác định bởi hướng tầm “range” vng góc với hướng bay và hướng phương vị “azimuth” song song với hướng bay, thì mỗi phần tử ảnh sẽ được xác định bởi độ phân giải khơng gian có kích thước được khống chế bởi khoảng thời gian phát đi một xung điện từ (pulse duration) và độ rộng của chùm tia (beamwidth).
- Độ phân giải của ảnh Radar theo hướng tầm còn gọi là độ phân giải theo hướng vng góc với hướng bay (across-track), xác định khả năng phân biệt hai đối tượng ở gần nhau trên bề mặt thực địa trên hướng đo khoảng cách. Đối với khoảng cách nghiêng theo hướng tia ngắm, độ phân giải theo hướng tầm là một hằng số, và chỉ phụ thuộc vào khoảng thời gian phát đi các xung điện từ. Tuy nhiên khi được chiếu xuống bề mặt thực địa, độ phân giải mặt đất theo hướng tầm sẽ phụ thuộc vào góc nhìn và sẽ giảm đi khi khoảng cách từ ăng ten đến điểm địa vật tăng lên. Theo đó, độ phân giải theo hướng đo khoảng cách nghiêng hay trên bề mặt thực địa có thể được tính tương ứng theo các cơng thức sau [113]
cos 2 c Rr (2.1) Trong đó: Rr là phân giải tầm xiên (trên mặt đất);
τ là thời gian đo độ dài của một xung; c là vận tốc ánh sáng;
θ là góc tới.
Hình 2.5. Độ phân giải theo hƣớng tầm của ảnh radar [113]
- Độ phân giải theo hướng phương vị (azimuthal resolution): Độ phân giải theo hướng phương vị hay độ phân giải theo hướng bay (along-track) được xác định bởi độ rộng chùm tia của ăng ten và khoảng cách từ ăng ten đến điểm địa vật. Đối với ảnh radar quét góc nghiêng, độ rộng của chùm tia tỷ lệ thuận với độ dài bước sóng và tỷ lệ nghịch với độ dài của ăng ten. Do đó, trong trường hợp ảnh SAR, độ
phân giải theo hướng phương vị có thể được tính theo cơng thức [75]: a R R R L (2.2) Trong đó:
R là khoảng cách nghiêng từ ăng ten đến điểm địa vật (m); β là độ rộng của chùm tia Radar (radian);
λ là độ dài bước sóng (m); L là độ dài ăng ten (m).
Biểu thức trên chỉ ra rằng với mỗi độ dài bước sóng bất kỳ, độ phân giải theo hướng phương vị có thể được khống chế bởi độ dài vật lý của ăng ten. Độ phân giải Ra có thể được nâng cao bằng cách tăng độ dài của ăng ten. Tuy nhiên, độ dài thực tế của ăng ten thường bị giới hạn bởi khả năng của các vật mang như máy bay, tàu vũ trụ hay vệ tinh [89].
Hình 2.6. Độ phân giải theo hƣớng phƣơng vị của ảnh radar [87] 2.3. Radar độ mở tổng hợp - SAR
Radar độ mở tổng hợp (Synthetic Aperture Radar-SAR) là hệ thống Radar tiên tiến sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh để tạo ra ăng ten giả có kích thước lớn. Nhờ
đó, có được độ phân giải cao hơn rất nhiều so với ảnh radar độ mở thực. Các điểm trên mặt đất sẽ được ăng ten của hệ thống SAR quét qua với thời gian dài hơn, đây được coi là lợi thế của hệ thống SAR. Với khả năng có thể xác định được vị trí trên mặt đất nơi mà sóng radar phản xạ trở lại như ở hệ thống radar độ mở rộng thực, hệ thống SAR liên tục thu thập dữ liệu từ thời điểm bắt đầu t0, khi mà chùm tia radar bắt đầu quét đến điểm xét, cho tới thời điểm t1, khi mà chùm tia radar kết thúc việc quét qua điểm xét. Khoảng cách mà radar di chuyển là rất dài (cỡ 10 km cho một vệ tinh SAR trên quĩ đạo), và mỗi điểm trên mặt đất được chiếu bởi chùm radar có ăng ten có kích thước lớn tương đương chiều dài của quãng đường radar độ mở thực di chuyển trong khoảng thời gian t1 - t0.
Hầu hết các hệ thống SAR được thiết kế với ăng ten rộng từ 1- 4 m, dài từ 10-15 m, và góc nhìn từ 10 - 600 để có thể qt được khu vực có kích thước rộng từ 50- km theo hướng tầm, và 5-15 km theo hướng phương vị. Hệ thống SAR kiểu này có khả năng thu được ảnh có độ phân giải 1-10 m theo phương vị và 1-20 m theo hướng tầm, gấp 3 lần so với ảnh thu được bởi hệ thống radar độ mở thực. Do SAR chủ động phát và thu tín hiệu tán xạ phản hồi từ bề mặt đất, và sóng radar khơng bị ảnh hưởng bởi mây và mưa, ngày hay đêm, nên có thể thu được ảnh ở mọi thời điểm và mọi điều kiện thời tiết. Điều này, hệ thống quang học không thể đạt được.
Sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh phức tạp, cả thành phần cường độ và pha của tín hiệu tán xạ phản hồi từ bề mặt đất được tính và phác họa như là một phần của ảnh phức SAR. Thành phần cường độ của ảnh SAR đơn nhìn (SLC) được quyết định bởi độ dốc địa hình, độ nhám bề mặt, và hằng số điện mơi. Trong khi đó, pha của ảnh này thì được quyết định bởi hai yếu tố: thứ nhất là khoảng cách di chuyển theo hình trịn của tín hiệu SAR từ ăng ten tới mặt đất. Thứ hai là các tương tác giữa tín hiệu và vật chất trên bề mặt đất. Khoảng cách di chuyển tương đương với khoảng thời gian di chuyển với vận tốc ánh sáng (C). Do tốc độ C bị ảnh hưởng bởi các phân tử hơi nước trong tầng đối lưu và các ion ở tầng điện ly nên dẫn đến các ảnh hưởng đến pha của tín hiệu SAR.