微波遥感与前文介绍的卫星遥感工作方式不同,它属于主动式遥感。它是通过卫星雷达主动发射电磁波,再接收反射或散射的信号。它还具备一项独特优势——波长(1mm-1m)较长具有的强大穿透力,能“穿透”云雾、雨雪等障碍持续传播,相当于为卫星赋予了“透视”能力,不受复杂天气影响。
我国民用SAR陆地观测卫星
传感器中用到的波段及相应的探测方式概述图
微波遥感涵盖多个波段的电磁波,其原理与部分特点优势具有共性,如合成孔径、微波散射原理与全天时、全天候、多极化特性。
1 Ka波段SAR遥感——超清成像的“千里眼”
Ka(K-above)波段是“高清细节控”,属于高频微波波段,2.5–40GHz的频率和0.75–1.11cm的波长赋予它超强分辨力,最高分辨率能达到0.25m,晴天时连地面足球大小的物体都能清晰识别。但它也有个小弱点——“怕淋雨”,雨雪对它的信号衰减很明显。简单说,Ka波段就是卫星里的“晴天视力王者”,其高分辨率优势在多个场景大放异彩:资源调查中,土地资源监测时能清晰区分建设用地与农田等不同类型的土地利用现状,为规划管理提供数据;水资源监测因对水体散射敏感,可追踪水位变化、识别地下水分布。灾害监测方面,洪涝时能快速锁定淹没范围,地震后通过影像对比获取地表形变和建筑倒塌信息,助力救援重建。军事领域更是离不开它,高分辨率结合全天时特性可侦察敌方目标、实时监测战场动态。
珞珈二号01星Ka波段成像细节示意图
2 Ku波段SAR遥感——全天时“高清巡逻兵”
Ku(K-under)波段是公认的“全天候可靠担当”,属于中高频微波波段,它的频率在12–18GHz,波长约1.67–2.5cm。它就像一位抗造的“信息快递员”,小雨薄云完全无法阻挡它的脚步,能持续稳定传递信号,同时还能保障高分辨率数据输出。这种“稳”让它成为海洋监测、应急救灾的核心力量——灾害现场哪怕天气不佳,它也能及时传回灾情数据。这种“稳”让它成为多个领域的核心力量:在灾害应急中,不受光照限制的Ku波段SAR能快速获取受灾区域高分辨率影像,为评估灾害程度、确定救援重点及调配资源提供关键支持;地表变化监测方面,其高分辨率可清晰识别地物轮廓与结构,对比不同时期影像就能发现地形变化、房屋拆建等情况;海洋监测更是它的专长,能探测厚度超0.1mm的海面油膜、长度超10m的非法渔船和高度超3m的冰山。
利用泰景四号03星拍摄的南极冰舌Ku波段SAR影像
3 X波段SAR遥感——给地球来一场“大扫描”
X波段是“精准瞄准手”,名字X即英语中的“extended”,表示“扩展的”调幅广播,又因火控瞄准应用被喻为瞄准镜的“准心”。X波段属于中高频微波波段,8–12GHz的频率、约2.5–3.75cm的波长让它分辨率达1-3m,虽略逊于Ka、Ku,但能量高、成像质量好,可清晰地捕捉到地物的精细纹理和细节特征,是市面上高分辨率SAR卫星成像的“主力选手”,应用场景十分广泛:城市规划和建设中,能清晰呈现街道与建筑细节信息,时序遥感监测精度能达到毫米级,可预警地面、建构筑物的微小形变。农业林业监测时,可监测农作物生长、病虫害及土壤湿度,也能监测森林覆盖和火灾情况,助力精准农业与林业保护。军事领域中,1-3m的识别精度加上窄波束设计难被敌方侦测,使其成为侦察和目标识别的得力工具。
德宇航机载1m分辨率X波段SAR影像
4 C波段SAR遥感——遥感界的“全能选手”
C波段是“全能平衡王”,结合了X波段和L波段雷达的特点,由“Compromise”开头字母C命名,表示为折中波段,属于中低频微波波段,4-8GHz频率、3.75-7.5cm波长让它分辨率3-30m,兼顾多种能力,像万能工匠般适配多样场景:农业生产中,结合极化数据估算表层土壤水分监测土壤湿度的精度可达±5%,能有效指导灌溉和旱情预警。城市与基础设施领域,用InSAR技术可检测高楼、桥梁的毫米级沉降。应急响应时表现亮眼,2022年Sentinel-1卫星仅用3天就绘制出巴基斯坦18万平方公里洪灾图。海洋与极地观测中,可分类海冰、测量厚度,还能监测海洋溢油事故并反演海浪参数。
C波段SAR影像冰山监测
C波段SAR影像多巴哥海岸海洋溢油监测
5 S波段SAR遥感——大地的“深度洞察眼”
S波段是“浅层探测者”,属于中低频微波波段,2-4GHz频率、约7.5–15cm波长使它分辨率较低,仅能识别20-50m的物体(约一个篮球场大小),但穿透能力突出,能深入植被、土壤甚至冰雪层,是监测土壤湿度、浅层地表的“黄金波段”,其应用覆盖多领域:海洋监测时,可探测海浪波高、波长等参数,也能监测海冰分布与厚度,还能依据散射特性差异识别海洋溢油,为航海安全、极地科考和环保应急提供支持。农业与林业方面,能根据作物生长期散射特性监测种植面积、长势及病虫害情况等,虽穿透树冠能力弱于L波段,但可有效监测森林分布范围和火灾后受损情况等。地质与灾害监测中,能识别断层等大型地质构造,地震后监测地表微小形变辅助地震研究和灾害评估,还可追踪火山地形变化实现预警。城市规划领域,可快速获取地形地貌信息用于建模设计,同时监测基础设施结构变化。
HJ-1-C卫星SAR首次开机获得的武汉地区S波段SAR影像
6 L波段SAR遥感——卫星的“地质锤”
L波段是“地下探秘者”,属于低频微波波段,1-2GHz频率、约15-30cm波长让它分辨率较低,但穿透力属于“天花板”级,凭借波长微波的穿透性及与地下介质的相互作用,能穿透地表看清地下数十米的隐藏世界,专攻深层探测,核心应用集中在多领域深度监测:林业与生态监测中,可穿透树冠获取树干信息,精准估算森林生物量。地质灾害监测时,地震前后地表微小形变测量精度达±1mm,能识别震后裂缝、滑坡等。土壤与水资源管理方面,能获取土壤深层水分信息指导灌溉,还可监测河湖水位与水域范围,支撑水资源管理和防洪减灾。
陆地探测一号01组A星拍摄青海海西盐池L波段SAR影像
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