استقطاب الرادار ذي الفتحة التركيبيةيصف هذا المصطلح اتجاه المجال الكهرومغناطيسي المُرسَل والمُستقبَل بواسطة نظام رادار الفتحة التركيبية. ونظرًا لاختلاف تشتيت الأسطح والهياكل المختلفة للمجالات الأفقية والرأسية، يُعد الاستقطاب أحد أهم المتغيرات المفيدة لتفسير صور رادار الفتحة التركيبية.
يشرح هذا الدليل قنوات الاستقطاب الخطي الأربع - HH وHV وVH وVV - وأنماط الاستحواذ الثلاثة الشائعة الاستخدام: الاستقطاب الأحادي، والاستقطاب الثنائي، والاستقطاب الكامل (الرباعي). كما يوضح كيفية اختيار المهندسين للنمط المناسب للاستشعار عن بُعد، واختبار الرادار، وتقييم أنظمة الهوائيات.
ما هو استقطاب الرادار ذي الفتحة التركيبية (SAR)؟
تستخدم معظم أنظمة الرادار ذي الفتحة التركيبية المحمولة فضائياً استقطاباً خطياً أفقياً (H) ورأسياً (V). ويُحدد رمز القناة المكون من حرفين استقطاب الإرسال أولاً، ثم استقطاب الاستقبال ثانياً. على سبيل المثال، HH تعني إرسالاً واستقبالاً أفقيين، بينما HV تعني إرسالاً واستقبالاً رأسياً.
يُعدّ الاستقطاب عاملاً مهماً لأنّ الهدف قد يحافظ على استقطاب الموجة الساقطة، أو يُديرها، أو يُزيل استقطاب جزء من الموجة المرتدة. وتؤثر خشونة السطح، والهندسة، والخصائص العازلة، والطول الموجي، وزاوية السقوط، والبنية الداخلية جميعها على التشتت الخلفي المقاس. لذا، ينبغي تفسير الاستقطاب بالتزامن مع نطاق التردد، وهندسة الرؤية، وبيانات الصورة المُعايرة.
ماذا تعني HH و HV و VH و VV؟
| قناة | إرسال | يستلم | تصنيف |
|---|---|---|---|
| HH | أفقي | أفقي | مستقطبة بشكل مشترك |
| HV | أفقي | رَأسِيّ | الاستقطاب المتقاطع |
| VH | رَأسِيّ | أفقي | الاستقطاب المتقاطع |
| VV | رَأسِيّ | رَأسِيّ | مستقطبة بشكل مشترك |
تُعتبر قناتا HH وVV قناتين متماثلتي الاستقطاب لأن استقطاب الإرسال والاستقبال فيهما متطابق. أما قناتا HV وVH فهما قناتان متعامدتا الاستقطاب لأن استقطاب الاستقبال فيهما متعامد مع استقطاب الإرسال. في نظام أحادي الاستاتيكية تبادلي مُعاير، غالبًا ما تكون استجابات قناتي HV وVH متشابهة، ولكن يتم الاحتفاظ بكلتا القناتين في القياسات الاستقطابية الكاملة.
أنماط الاستقطاب الرئيسية الثلاثة لتقنية الرادار ذي الفتحة التركيبية
1. الاستقطاب الأحادي
تُسجّل عملية الاستحواذ أحادية الاستقطاب قناةً واحدة، غالباً ما تكون HH أو VV. توفر هذه الطريقة حجم بيانات أقل ومعالجة أبسط عندما تكون قناة واحدة مُعتمدة كافية. أما القيد فهو أن قناة واحدة تُقدّم معلومات أقل حول آليات التشتت وبنية الهدف.
2. الاستقطاب المزدوج
يسجل نظام الاستقطاب المزدوج قناتين. تشمل التركيبات الشائعة HH+HV وVV+VH، حيث يرسل الرادار استقطابًا واحدًا ويستقبل إشارات مرتدة مستقطبة بشكل متماثل ومتعامد. تدعم بعض الأنظمة أيضًا زوجًا من الاستقطابات المتماثلة مثل HH+VV. تُضيف بيانات الاستقطاب المزدوج تمييزًا مفيدًا مع الحفاظ على معدل نقل البيانات ومتطلبات المعالجة أكثر قابلية للتحكم مقارنةً بالاستقطاب الكامل. تُشير وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) إلى أن القمر الصناعي Sentinel-1 يدعم VV+VH أو HH+HV في أنظمة الاستقطاب المزدوج الخاصة به.
3. الاستقطاب الكامل أو الرباعي
يسجل نظام الرادار ذو الفتحة التركيبية الاستقطابية الكاملة قنوات HH وHV وVH وVV كقنوات مركبة. أما الرادار الرباعي الاستقطاب التقليدي فيرسل إشارات H وV بالتتابع ويستقبل إشارات H وV المرتدة، محافظًا على معلومات السعة والطور النسبي. وهذا يدعم تحليل مصفوفة التشتت والتحليل التفصيلي للأهداف وتصنيفها وتوصيفها.
يتمثل المقابل في زيادة تعقيد النظام، ومتطلبات المعايرة، وحجم البيانات، وجهد المعالجة. وبحسب نوع المستشعر، قد يتطلب التشغيل بالاستقطاب الكامل نطاقًا أضيق أو قيودًا مختلفة على الاستحواذ. يُعد الاستقطاب المضغوط بنيةً أخرى صالحةً لتقنية الرادار ذي الفتحة التركيبية (SAR)، ولكنه يختلف عن أنماط الاستقطاب الخطي التقليدية أحادية وثنائية ورباعية الاستقطاب التي نوقشت هنا.
الاستقطاب المشترك مقابل الاستقطاب المتقاطع
غالباً ما تحتفظ القنوات المستقطبة بشكل متماثل بانعكاسات قوية من الأسطح والهياكل التي تحافظ على الاستقطاب المنقول. وتشير الانعكاسات المستقطبة بشكل متقاطع إلى أن عملية التشتت قد غيرت جزءاً من حالة الاستقطاب من خلال التشتت الحجمي، أو الانعكاسات المتعددة، أو الهندسة المعقدة، أو البنية غير المتجانسة.
- مياه هادئة وأسطح ملساء:غالباً ما تظهر داكنة عندما تنعكس معظم الطاقة بعيداً عن الرادار؛ ويمكن أن تزيد الخشونة والرياح وزاوية السقوط من التشتت الخلفي.
- الغطاء النباتي:تُحدث الفروع والجذوع والأوراق تشتتًا حجميًا، لذا يمكن لقنوات الاستقطاب المتقاطع أن تضيف معلومات هيكلية قيّمة.
- المناطق الحضرية:يمكن للمباني والأسطح الأرضية أن تولد ارتدادات قوية مشتركة الاستقطاب وتشتتًا مزدوج الارتداد، اعتمادًا على الاتجاه وهندسة التصوير.
- التربة والثلج والجليد:تؤثر الرطوبة والخشونة والعمق والطول الموجي والبنية الداخلية جميعها على استجابة الاستقطاب.
هذه مبادئ تفسيرية وليست قواعد عامة. لا ينبغي اختيار القناة بمعزل عن نطاق الرادار، وزاوية السقوط، والدقة، والموسم، وجودة المعايرة.
كيفية اختيار وضع استقطاب الرادار ذي الفتحة التركيبية
| متطلبات | نقطة انطلاق عملية |
|---|---|
| مراقبة واسعة النطاق أو حجم بيانات محدود | استقطاب أحادي عندما تستوفي القناة المعتمدة هدف الكشف |
| التمييز على أساس الغطاء النباتي أو الزراعة أو الغطاء الأرضي | بيانات ثنائية الاستقطاب متوازية ومتقاطعة الاستقطاب لمعلومات إضافية عن التشتت |
| رسم خرائط الجليد البحري أو المحيط أو الفيضانات | اختر الوضع القائم على HH أو VV وفقًا للنطاق وزاوية السقوط والطريقة المعتمدة |
| التصنيف المتقدم أو تحليل التشتت | استقطاب رباعي كامل عند الحاجة إلى معلومات رباعية القنوات معايرة الطور |
يُعدّ الوضع الأمثل خاصًا بكل تطبيق. ينبغي على المهندسين مقارنة محتوى المعلومات مع التغطية، والدقة، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء، وعرض المسح، ووقت إعادة الزيارة، وموارد المعالجة، وقدرة المعايرة.
اعتبارات الهوائي والترددات الراديوية للرادار الاستقطابي
تعتمد القياسات الاستقطابية الموثوقة على أكثر من مجرد خوارزمية المعالجة. يجب أن يحافظ الهوائي وسلسلة الترددات الراديوية على أداء مستقر في كلا قناتي الاستقطاب. تشمل المعايير المهمة ما يلي:
- تردد التشغيل وعرض النطاق الترددي اللحظي؛
- توازن الكسب ونمط الإشعاع بين المنافذ الأفقية والرأسية؛
- العزل بين الموانئ والتمييز بين المناطق القطبية؛
- استقرار السعة والطور؛
- معايرة نسبة الموجة الموقوفة (VSWR) وواجهة الموصل والكابل؛
- محاذاة الهوائي، وهندسة التركيب، ومستوى مرجع المعايرة.
مستلزمات RF MISOهوائيات قرنية ثنائية الاستقطاب, هوائيات قرنية عريضة النطاق ثنائية الاستقطابوغيرها من حلول هوائيات الترددات الراديوية لأعمال الرادار والقياس وتكامل الأنظمة. يجب أن يستند اختيار النموذج دائمًا إلى ورقة البيانات الحالية ومتطلبات الاختبار الكاملة.
الأسئلة الشائعة
ما هو الحرف الأول في رمز استقطاب الرادار ذي الفتحة التركيبية (SAR)؟
يشير الحرف الأول إلى استقطاب الإرسال، بينما يشير الحرف الثاني إلى استقطاب الاستقبال. HV تعني الإرسال الأفقي والاستقبال الرأسي.
ما الفرق بين رادار الفتحة التركيبية ثنائي الاستقطاب ورادار الفتحة التركيبية رباعي الاستقطاب؟
يسجل نظام الاستقطاب المزدوج قناتين، عادةً HH+HV أو VV+VH. أما نظام الاستقطاب الرباعي فيسجل HH وHV وVH وVV ويحافظ على العلاقات اللازمة لإجراء تحليل استقطابي كامل.
هل استقطاب واحد لتقنية الرادار ذي الفتحة التركيبية (SAR) هو الأفضل دائماً؟
لا. يعتمد الوضع الأكثر فائدة على الهدف، وطول موجة الرادار، وزاوية السقوط، والدقة، والظروف البيئية، وهدف المعالجة.
لماذا تُعد قنوات الاستقطاب المتقاطع مفيدة؟
يمكن لتقنية HV أو VH أن تكشف عن التشتت الذي يغير استقطاب الضوء الساقط، وخاصة التشتت الحجمي والأهداف المعقدة هيكليًا مثل الغطاء النباتي.
خاتمة
يتحكم استقطاب الرادار ذي الفتحة التركيبية (SAR) في كيفية إضاءة الرادار للهدف وكيفية قياس المجال المُرتد. قناتا HH وVV متماثلتا الاستقطاب، بينما قناتا HV وVH متقاطعتا الاستقطاب. يوفر الاستقطاب الأحادي كفاءة عالية، بينما يُحسّن الاستقطاب الثنائي التمييز، ويُوفر الاستقطاب الرباعي الكامل مجموعة بيانات الاستقطاب الخطي الأكثر شمولاً. تتطلب النتائج الدقيقة مراعاة نمط الاكتساب ونظام الهوائي وطريقة المعايرة ومتطلبات التطبيق معًا.
للحصول على معلومات حول اختيار الهوائي أو دعم قياس الترددات اللاسلكية الاستقطابية، راجع RF MISOقدرة اختبار الهوائيات or اتصل بفريق RF MISO.
المراجع ومصادر القراءة الإضافية
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 28 يونيو 2024
