home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Joint Education Initiative / Joint Education Initiative.iso / dos / user_doc / slar.txt < prev    next >
Text File  |  1990-09-11  |  12KB  |  237 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.                     A Primer on Side-Looking Airborne Radar
  5.  
  6.             Side-looking  airborne radar (SLAR) images are so  different 
  7.        from  other  types  of  remotely sensed data,  in  both  mode  of 
  8.        acquisition  and  techniques for  interpretation,  that  a  short 
  9.        explanation  of important concepts and the use of this technology 
  10.        in the earth sciences will aid potential users.
  11.  
  12.             SLAR  is an electronic image-producing system  that  derives 
  13.        its  name  from  the  fact that the  radar  beam  is  transmitted 
  14.        perpendicular  to the ground track of the aircraft acquiring  the 
  15.        data.   The result is an obliquely illuminated plan (or vertical) 
  16.        view of the terrain, a view that enhances subtle surface features 
  17.        and   facilitates   geologic  interpretation.    This   enhancing 
  18.        characteristic  is  one  of the reasons why SLAR  imagery  is  so 
  19.        useful  to  earth resource scientists and  managers  involved  in 
  20.        mineral  and  energy  exploration,  earth  hazards  studies,  and 
  21.        diverse other geologic, hydrologic, cartographic, and engineering 
  22.        applications.
  23.  
  24.             Another  important property of SLAR is that it is an  active 
  25.        system  that provides its own source of illumination in the  form 
  26.        of  microwave energy;  thus imagery can be obtained either day or 
  27.        night.   Since  SLAR penetrates most clouds,  it can be  used  to 
  28.        prepare image-base maps of perpetually cloud-covered areas of the 
  29.        world   where  collecting  conventional  aerial  photographs   is 
  30.        impractical, such as over the rain forests of Brazil or along the 
  31.        Aleutian  Arc of Alaska.   However,  precise topographic  mapping 
  32.        using SLAR data is not currently practical because of uncorrected 
  33.        geometric distortions inherent in radar imagery.  For example, in 
  34.        mountainous  terrain,  positional error may be as much as several 
  35.        hundred meters.
  36.  
  37.             Since the radar signal is transmitted at a small  depression 
  38.        angle below the horizontal plane in which the aircraft is flying, 
  39.        the  signal strikes the terrain at an rather flat angle,  and the 
  40.        surficial  expression  of  the geologic  structure  may  thus  be 
  41.        enhanced.   The  topographic expression of some surface features, 
  42.        such as subtle faults and folds,  may be more clearly seen on the 
  43.        radar image than on conventional aerial photographs or  satellite 
  44.        images.    For   example,   a   depression  angle  ranging   from 
  45.        approximately  10 to 40 degrees across the imaged swath  is  used 
  46.        for  many earth-science applications.   The change in  depression 
  47.        angle  across  the  imaged  swath  (a swath  having  a  width  of 
  48.        approximately  40  km  is used  by  some  commercially  available 
  49.        systems) results in features nearer the flightline having shorter 
  50.        radar  shadows than features of equal elevation farther from  the 
  51.        flightline.   Since  SLAR is an active system,  when a radar beam 
  52.        strikes a sufficiently elevated terrain feature,  a radar  shadow 
  53.        is cast by the feature; this is an area of no data return.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58.  
  59.                                        1
  60.  
  61.  
  62.  
  63.             The  gradual  change  of  shadow  length  across  the  range 
  64.        perpendicular  to  the flight path (and parallel to the width  of 
  65.        the  image swath) has resulted in the convention  of  designating 
  66.        the halves of the radar swath as either near range,  or that half 
  67.        of the radar swath nearest the flightline;  or as far range, that 
  68.        half  of the swath farthest from the flightline.   Azimuth is the 
  69.        term  used to describe the direction of the radar image  parallel 
  70.        to the flightline, or the bearing of the flightline itself.
  71.  
  72.             The  SLAR  products generally used for  analysis  are  image 
  73.        strips  and  mosaics.    SLAR  images,  whether  photographic  or 
  74.        digital,  are  the  graphic  representations of  the  SLAR  data.  
  75.        Usually,  the  strips  are much longer in azimuth than in  range, 
  76.        since  it is more efficient to fly long  continuous  flightlines.  
  77.        Photographic  copies  of  the strips are  generally  regarded  as 
  78.        better  than  photomosaics  for interpretation for  two  reasons:  
  79.        they  are  at  least one photographic generation  closer  to  the 
  80.        original  than  subsequent products such as  image  mosaics,  and 
  81.        strips  are  not  cosmetically  altered  to  produce  a  pleasing 
  82.        composite  image as is sometimes done in the mosaicking  process.  
  83.        Digital  files retain much more of the recorded dynamic range  of 
  84.        the data than do photographic copies.   For example, photographic 
  85.        images are generally limited to a dynamic range of about 15 db by 
  86.        the performance of the photographic emulsion;  whereas an  8-bit-
  87.        per-pixel  digital image file holds an available dynamic range of 
  88.        30-40 db.
  89.  
  90.             SLAR  mosaics provide a synoptic view of  the  terrain,  but 
  91.        both the resolution and information content are slightly degraded 
  92.        in mosaic preparation.   In addition,  on mosaics, differences in 
  93.        length  of shadow from terrain features,  produced by the changes 
  94.        in  depression angle across the range of the image  swath,  occur 
  95.        across  mosaic junction lines between  adjoining  strips.   These 
  96.        differences  in length of shadow,  as well as possible variations 
  97.        in the radar returns from similar features in near and far range, 
  98.        can   result   in  misinterpretation  of  terrain   and   surface 
  99.        characteristics.
  100.  
  101.             It should be noted that positive photographic transparencies 
  102.        of  both  image  strips  and  mosaics  are  generally  considered 
  103.        superior  to photographic paper for interpretation,  because  the 
  104.        film  has  a greater density range and  therefore  contains  more 
  105.        information.   Again, it should be noted that digital files still 
  106.        generally   contain  a  greater  dynamic  range  of  information.  
  107.        Because  image  strips generally have an overlap of  60  percent, 
  108.        both  near- and far-range mosaics can be prepared by  laying  the 
  109.        respective  halves  of adjacent SLAR image strips side  by  side.  
  110.        These  two  SLAR  presentations complement each other  since  the 
  111.        near-range  data  have less radar shadowing while  the  far-range 
  112.        data have more surface enhancement.
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.                                        2
  119.  
  120.  
  121.  
  122.             The   look  direction  of  a  radar  image  refers  to   the 
  123.        illumination direction; for example, west looking means the radar 
  124.        beam was transmitted to the west.   The choices of mission design 
  125.        parameters  such  as  look direction  and  depression  angle  are 
  126.        usually  based  on an analysis of the geologic structure  of  the 
  127.        area.   The  parameters  are then chosen to assure  optimum  data 
  128.        acquisition  for  the goals of the study.   For  example,  linear 
  129.        structures such as faults that are parallel or nearly parallel to 
  130.        the range,  or look,  direction may not be easily detected  since 
  131.        little radar shadow is present and enhancement is minimized.
  132.  
  133.             In  analyzing radar imagery,  the image is oriented with the 
  134.        shadows on the side of the feature toward the  viewer.   "Shadows 
  135.        stab stomach" is the old adage used by radar interpreters.   This 
  136.        practice  assists  in interpreting hills as hills and valleys  as 
  137.        valleys.
  138.  
  139.             Most  commercially available SLAR systems operate in the  X-
  140.        band  at frequencies of 12-18 GHz and wavelengths of 2.4-3.8  cm.  
  141.        Usually these systems transmit and receive horizontally polarized 
  142.        signals  (HH).   For some purposes it is advantageous to  acquire 
  143.        data with an experimental radar system that operates at more than 
  144.        one  frequency  and  utilizes  a  vertically  polarized   (either 
  145.        transmitted  or received or both) radar beam;  radar data can  be 
  146.        like- (HH  or VV) or cross- (HV or VH) polarized depending on the 
  147.        antenna  design.   In addition to X-band,  other  frequencies  in 
  148.        current  use are C-band at 8-4 GHz and 3.8-7.6 cm,  and L-band at 
  149.        2-1 GHz and 15-30 cm.
  150.  
  151.             SLAR is a somewhat generic term for two distinctly different 
  152.        radar antenna technologies:   real-aperture radar,  also known as 
  153.        "brute force";  and synthetic-aperture radar (SAR), also known as 
  154.        coherent radar.
  155.  
  156.             In a real-aperture system, a fan-shaped beam is transmitted, 
  157.        reflected by the surface,  received, processed, and recorded as a 
  158.        line on the image.   Although the angle of the transmitted  radar 
  159.        beam  is constant (for example,  0.45 degrees),  the width of the 
  160.        beam  is narrower in the near range than in the  far  range,  and 
  161.        thus  the resolution in the flightline direction is better in the 
  162.        near range than the far range.  Resolution in the range direction 
  163.        (perpendicular  to  the  flightline)  is  constant.    Using  our 
  164.        previous  example,  portions of the data in the near range  would 
  165.        have  a resolution of approximately 30x75 m in range and  azimuth 
  166.        respectively,  while  portions  of  the far range  would  have  a 
  167.        resolution of approximately 30x150 m.
  168.  
  169.             Synthetic-aperture  radar  has constant  range  and  azimuth 
  170.        resolutions  through the image.   This constancy is  accomplished 
  171.        primarily  by  using more detailed information processing of  the 
  172.        returned  signal,  thus simulating a longer  antenna.   A  longer 
  173.        antenna produces a narrower radar beam, improving the resolution.  
  174.        Presently  available synthetic-aperture systems have  resolutions 
  175.        of approximately 10x10 m or better.
  176.  
  177.                                        3
  178.  
  179.  
  180.  
  181.             It  must be noted that resolution and detectability are  not 
  182.        the same thing with radar;   objects of less than 1 m size may be 
  183.        routinely  detected  because of the strong radar return  of  some 
  184.        features.   Bright  radar returns may be caused by such things as 
  185.        corner-reflector  geometry,   electrical  resonance  effects,  or 
  186.        electronic interference.
  187.  
  188.             SLAR data are particularly valuable when used in conjunction 
  189.        with  traditional  earth-science  data,  as well  as  with  other 
  190.        remotely   sensed  data.    Scientists  from  private   industry, 
  191.        government,  and  university have effectively used SLAR all  over 
  192.        the  world  to detect and map  previously  undiscovered  geologic 
  193.        features  that  have contributed to the discovery of new  mineral 
  194.        and energy reserves.  More than 25 million square km of SLAR data 
  195.        have been gathered for government and private sector interests in 
  196.        many countries,  including  Brazil,  Canada,  Columbia,  Ecuador, 
  197.        Guinea, Indonesia, Japan, Nigeria, Peru, and the United States.
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218.  
  219.  
  220.  
  221.  
  222.  
  223.  
  224.  
  225.  
  226.  
  227.  
  228.  
  229.  
  230.  
  231.  
  232.  
  233.  
  234.  
  235.  
  236.                                        4
  237.