Sentinel 1
Sentinel-1 on Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) poolt käitatav tehisavaradariga (Synthetic Aperture Radar – SAR) satelliitsüsteem, mis pakub kõrge eraldusvõimega ja püsivat radaripõhist vaatlust maast. See oli esimene viiest missioonist, mille Euroopa Kosmoseagentuur töötas välja Copernicuse programmi raames. Sentinel-1 missioon on momendil aktiivselt seotud kahe satelliidi tegevusega. Sentinel-1A lasti orbiidile 3. aprillil 2014 ja Sentinel-1B 25. aprillil 2016. Mõlemad satelliidid viidi orbiidile Soyuzi raketiga Euroopa kosmodroomilt Prantsuse Guajaanas. Missioon lõppes Sentinel-1B puhul 2022. aastal. Uusim Sentinel-1C saadeti orbiidile VEGA-C raketiga 5. detsembril 2024. Sentinel-1 pilte on töötluseks võimalik alla laadida näiteks satelliidiandmete portaalist.
Video 1. Sentinel-1 missiooni tutvustus (allikas: ESA)
Apertuur on termin, mis väljendab valgust läbilaskvat ava mingis optikasüsteemis. Näiteks fotograafia puhul on apertuur objektiivi ava, mille kaudu valgus siseneb kaamera sensorisse või filmile. Sünteetiline apertuur tähendab, et kasutatakse tehislikult suurendatud ava, mitte füüsiliselt suuremat antenni. See saavutatakse spetsiaalsete arvutuslike meetodite ja signaalitöötluse abil, mis võimaldavad radaril luua väga teravaid pilte ja suurendada eraldusvõimet, justkui oleks tegemist suurema antenniga, kuigi tegelikult on kasutatav antenn suhteliselt väike.
Erinevalt passiivsetest optilistest sensoritest, mis vajavad päikese valgust, töötab SAR (sünteetilise apertuuri radar) aktiivselt, saates ise mikrolainesignaali Maa pinna valgustamiseks teatud nurga alt. See radar saadab mikrolainesignaale Maa suunas ja võtab vastu osa tagasipeegeldunud energiast. Kui optiline kujutis Sentinel-2 näitel sarnaneb fotograafia tõlgendamisega, siis SAR nõuab teistsugust mõtlemist, kuna signaal reageerib pinnamaterjali omadustega, nagu pinnase struktuur ja niiskus. Erinevalt optilistest satelliitidest suudab Sentinel-1 tungida läbi pilvede, et koguda andmeid maapinna kohta.
SAR pildi tõlgendamine võib olla keeruline, kuna harilikult see ei kujuta maastikku meile harjumuspärases värvilises või optilises vormingus, nagu fotod, vaid see kuvatakse traditsiooniliselt halltoonides ning see on omamoodi säbruline (Pilt 1). SAR mõõdab tagasipeegeldunud radarisignaale ning erinevad maapinna struktuurid, nagu teed, hooned, metsad ja veekogud, peegeldavad radarisignaali erinevalt. Loe selle kohta lähemalt NASA koduleheküljelt.
Üldiselt pinnakareduse suurenedes suureneb ka tagasisuunatud hajumine. Kare ja ebatasane pind hajutab mikrolaineenergiat, tagastades suure osa sellest radarantenni, mis põhjustab heledama objekti tekkimise. Lamedad, ühtlased ja siledad pinnad peegelduvad seevastu suurel määral eemale, tekitades tumedama objekti. Samuti, kui ala või objekt on keeruka struktuuriga, näiteks mets, siis ilmub see heledamana, kuna signaal interakteerub lehtede, oksade ja tüvedega, mis toob kaasa suurema osa signaalist naasmise sensori juurde.
Need omadused muudavad SAR-tehnoloogia väga sobivaks erinevates rakendustes, näiteks geoloogias ja geomorfoloogias, pinnase niiskuse hindamisel, maakatte analüüsil, ookeanograafias ja merevaldkonnas. Eriti väärtuslikuks osutuvad SAR-i polarimeetrilised ja interferomeetrilised omadused, mis võimaldavad täpset pinnase ja maapinna struktuuri kaardistamist ning muutuste jälgimist.
Polarisatsioon on oluline mõiste radari poolt kogutava teabe mõtestamiseks. Elektromagnetlainete vibratsioonisuund võib olla juhuslik (mittespetsiifiline) või kindel (polariseeritud). Sentinel-1 SAR tehnoloogia võimaldab elektromagnetkiirgust erinevates polarisatsioonides saata ja vastu võtta (Pilt 2). Maapinnal ja objektidel on omakorda omadused või struktuurid, mis põhjustavad radari signaali peegeldumist vertikaalses või horisontaalses polarisatsioonis. Polariseerimise eesmärk on mõõta tagasipeegeldunud signaali vibratsioonide suunda, mis aitab radaril mõista objekti omadusi ja struktuuri ning seejärel luua radaripildi. Polarisatsiooni kombinatsioonides esimene täht märgib saatmise ja teine vastuvõtmise polarisatsiooni. Loe selle kohta lähemalt NASA koduleheküljelt.
VV: vertikaalne saatmine, vertikaalne vastuvõtmine – radar saadab vertikaalse polarisatsiooniga signaali ja mõõdab tagasipeegeldust samasuunalise vertikaalse polarisatsiooniga. Näiteks kujutage ette vertikaalselt seisvat posti, näiteks tänavavalgustit või kõrget puud. VV-polarisatsioon peegeldub tugevalt sellistelt vertikaalsetelt objektidelt. Seega VV sobib hästi taimkatte ja hoonete analüüsiks, kuna need sisaldavad palju vertikaalseid elemente. Näiteks ka metsade kõrguse ja tiheduse hindamiseks.
VH: vertikaalne saatmine, horisontaalne vastuvõtmine – radar saadab vertikaalse polarisatsiooniga signaali, kuid võtab vastu tagasipeegelduse horisontaalses polarisatsioonis. Piltlikult öeldes VH-polarisatsioon jälgib, kuidas vertikaalsed struktuurid, näiteks puutüved, muudavad signaali peegelduse suunda, nii et see hajub horisontaalselt. Seega VH on kasulik maastiku ja maapinna detailide uurimisel. Näiteks saab sellega hinnata metsade tihedust või põllumajanduspindade seisundit. Tihedates metsades, kus on palju oksi ja lehti, esineb radarilaine suurem horisontaalne hajumine erinevatele pindadele. Kui metsas on piirkondi, milles on tehtud palju raieid, esineb nendel aladel vähem hajumist ehk vähem tagasipõrkunud signaale. Sama loogika alusel näitab VH ka erinevusi kõrgete puude (vertikaalne) ja põõsaste või madalate taimede (kombinatsioon vertikaalsetest ja horisontaalsetest elementidest) vahel. Lisaks suudab VH tuvastada nurgapeegeldusi (näiteks kui radarisignaal põrkab esiteks maapinnalt ja seejärel puutüvelt), mis aitavad eristada keerukamaid maastikuvorme. VH on ühtlasi ka klassikaline valik üleujutuste tuvastamiseks ja maapinna analüüsimiseks, kuna see on tundlikum veepindade tagasipõrkunud signaalile.
HV: horisontaalne saatmine, vertikaalne vastuvõtmine – radar saadab horisontaalse polarisatsiooniga signaali ja võtab vastu tagasipeegelduse vertikaalses polarisatsioonis. HV polarisatsioon aitab analüüsida, kuidas pinnapealsed horisontaalsed struktuurid, nagu teed, põllud või ebatasased alad, mõjutavad signaali tagasipeegeldust. Kujutage ette, et vaatate maapinda, mis on kaetud kivide ja ebaühtlaste pindadega. Radar saadab horisontaalse signaali (H). Kui signaal põrkub kivide ja ebatasaste pindade pealt, muudab see suunda, kuna pind ei ole täiesti tasane. Seega HV sobib hästi ebatasase maapinna, näiteks lagendike ja avatud alade uurimiseks, kus on horisontaalseid mustreid. Näiteks saab sellega tuvastada sõiduteid või põllumajandusmaade jooni.
HH: horisontaalne saatmine, horisontaalne vastuvõtmine – radar saadab horisontaalse polarisatsiooniga signaali ja mõõdab tagasipeegelduse samasuunalise horisontaalse polarisatsiooniga. HH jälgib, kuidas maapinna üldised horisontaalsed omadused, nagu tasasus või suured horisontaalsed pinnad, signaali peegeldavad. Seega HH on hea maapinna üldiseks uurimiseks, eriti suurte avatud alade, näiteks tasaste põldude või soode analüüsimiseks. Seda saab kasutada ka taimkatte struktuuri hindamiseks, näiteks põllukultuuride analüüsimisel.
Kasulikku lugemist ja viiteid
Sentinel-1 | SentiVista uuri satelliidi ehitust ja loe lähemalt missioonist ja suurimatest õnnestumistest
ARSET - Fundamentals of Remote Sensing | NASA Applied Sciences
ARSET - Disaster Assessment Using Synthetic Aperture Radar | NASA Applied Sciences