Radar: PHARS en PHARUS (1990 – 1999)

PHased ARray Universal Sar (PHARUS): A polarimetric C-band vliegtuig-SAR

PHARUS (PHased ARray Universal SAR) was een volledig polarimetrische C-band (5,3 GHz) vliegtuig-SAR (Synthetic Aperture Radar) die werd gebruikt om het aardoppervlak in beeld te brengen. Pharus was ontworpen en gebouwd door TNO-FEL in Den Haag, het NLR in Amsterdam en de Technische Universiteit Delft onder programmaverantwoordelijkheid van het Nederlands Agentschap voor Lucht- en Ruimtevaartprogramma’s (NIVR) in Delft. TNO-FEL was de hoofdaannemer en was verantwoordelijk voor het projectbeheer. Financiële steun voor het project werd geleverd door het Ministerie van Defensie en door de Nederlandse Remote Sensing Board (BCRS).

 

Het principe van SAR-systemen

SAR-systemen onderscheiden zich door hun hoge azimutresolutievermogen verkregen door signaalverwerking van de Doppler-verschuivingen gegenereerd door de voorwaartse beweging van de radar (en het vliegtuig). De azimutresolutie in een dergelijk systeem is theoretisch onafhankelijk van de bereik met de hoogst bereikbare resolutie in de orde van enkele meters. SAR-systemen als PHARUS kunnen dag en nacht en onder alle weersomstandigheden radarbeelden genereren. Meer informatie over de werking van SAR en polarimetrie kunt u onderaan deze pagina lezen.

Het PHARUS-systeem was onderverdeeld in drie subsystemen:

• de radar in de pod buiten aan het vliegtuig,
• de gegevensverwerking en dataopslag in het vliegtuig
• de (latere) verwerking van de SAR gegevens op de grond.

Het PHARUS-systeem had een modulaire architectuur waardoor eenvoudige aanpassingen aan specifieke vereisten en een gebruikersgerichte configuratie mogelijk was. Het gebruik van een modulaire gefaseerde array maakte een vaste montage van de radar op het vliegtuig mogelijk en vermeed een cardanische ophanging waardoor dit SAR-concept ook geschikt is voor kleine vliegtuigen wat de bedrijfskosten aanzienlijk verlaagt. Het systeem was in staat om onder turbulente omstandigheden te werken. PHARUS was volledig programmeerbaar met enkele en multi-polarisatiemodi en de selectiemogelijkheid van resolutie en bereik. Zelfs puls-naar-puls-straalsturing werd ondersteund waardoor geavanceerde functies zoals spotlight-modus, active nulling en multi-target tracking mogelijk waren.

Enkele belangrijke kenmerken van het PHARUS-systeem waren:

• Moderne solid-state radartechnologie
• Modulaire systeemarchitectuur
• Modulaire actieve phased array-antenne
• Programmeerbare radarkarakteristieken
• Programmeerbare opname- en gegevensverwerking
• Interne kalibratie
• Ondersteuning van satellietsimulatie modi (ASAR)

De belangrijkste specificaties van het PHARUS-systeem waren:

• Frequentie: 5.3 GHz (C-band)
• Zendvermogen: 20 W/module
• Resolutie: 3.75 m bereik tot 1 m azimuth
• Bereik tot 30 km
• Strookbreedte tot 20 km

Voordat de bouw van de PHARUS werd gestart, is ervaring op het gebied van SAR opgedaan door de ontwikkeling van een prototype-systeem met beperkte mogelijkheden, genaamd PHARS. Dit kleine maar krachtige systeem is in november 1990 met succes getest en heeft goede SAR-beelden opgeleverd. PHARS nam ook met succes deel aan de ERS-l CAL/VAL-campagne in Noorwegen.

 

 
Terug Volgende  

---

 Vluchten met PHARS en PHARUS

(onderstaande gegevens zijn overgenomen van de Pharus-website anno 2000 en later aangevuld;
  de foto’s zijn veelal te vergroten door ze aan te klikken)

 

Vlucht#	Datum	Locatie(s)	Opmerkingen
	15 augustus 1992	–	PHARS boven Amsterdam Opnamedatum 25 augustus 1992 Trackhoek 0 N Hoogte 4877 m Centrale invalshoek 35 links Verwerkingsmodus 12 beelden, 50% overlap Resolutie 6 m * 6 m Aantal pixels 768 * 768
	11 februari 1994	–	Opnamedatum 11 februari 1994 Trackhoek 179 N Hoogte 4877 m Centrale invalshoek 35 links Verwerkingsmodus 12 beelden, 50% overlap Resolutie 6 m * 6 m Aantal pixels 768 * 768
	1 februari 1995	–	De afbeelding toont een gebied op de grens tussen België en Nederland, bij Maaseik, met de Maas en de ondergelopen gebieden eromheen. Het beeld werd opgenomen op een hoogte van 4300 m, waarbij een strook van 6 km werd weergegeven, beginnend op 5700 m bereik. Het beeld werd verwerkt tot een resolutie van 6 meter met zes onafhankelijke opnames.
	19 april 1995	–	De PHARUS website kwam on-line
PV1	5 oktober 1995	Leerdam	PHARUS 01 Beeld id  Leerdam, Netherlands Opnamedatum  22 september 1995 Polarisatie VV Hoogte 5000 m Horizontaal Vluchtrichting Vertikaal 7 – 14 km Verwerkingsmodus 4 beelden, schuinte t.o.v. grond geconverteerd Resolutie 3 m * 3 m Pixelafstand 2 m * 2 m
PV2	12 oktober 1995	Geldermalsen, Betuwe	PHARUS 2PLS Beeld id  Geldermalsen, Nederland Opnamedatum 22 September 1995 Polarisatie VV (CO1) Polarisatie VH (X1) Hoogte 5000 m Horizontaal  vluchtrichting Vertikaal  7 – 14 km schuine range Verwerkingsmodus 4 beelden, schuinte t.o.v. grond geconverteerd Resolutie 3 m * 3 m Pixelafstand 2 m * 2 m
PV3	11 januari 1996	Almere
PV4	12 april 1996	Eemnes, Amersfoort
PV5	25 april 1996	Vlasakkers, Noordoost Polder, Soesterberg, Amersfoort, Leusderheide, Giethoorn, Heerde
PV6	26 april 1996	Soesterberg, Amersfoort, Leusderheide, Apeldoorn, Volkel, Goirle, Gilze, Biesbosch, West Track (Pernis-Den Haag)
PV7	16 juli 1996	Noord-Oost polder	PHARUS familiarisatievlucht
PV8	16 juli 1996	–	PHARUS familiarisatievlucht; geen beelden door technische problemen
PV9	27 augustus 1996	Wadden (Groote plaat en Terschelling), Barneveld en Fochtelooër veen)	PHARUS familiarisatievlucht, zeebodemtopografie, cartografie van getijgebieden
PV10	21 oktober 1996	Reichswald	Beeld id  Reichswald (Duitsland) Opnamedatum 22 oktober 1996 Polarimetrisch ja Kleurcompositie R=VV,G=HV,B=HH Hoogte 4600 m Oriëntatie NNW Verwerkingsmodus 5 opnames Resolutie ongeveer 3.4 m * 3.4 m
PV11	24 oktober 1996	Swynnerton (VK)	Radar jamming experiment
PV12	22 mei 1997	–	Eerste PHARUS testvlucht in 1997; geen beelden aanwezig
PV13	29 mei 1997	Barendrecht, Wageningen, zee-opnamen, Zuidland	PHARUS familiarisatievlucht
PV14	29 mei 1997	Amsterdam, Fochtelooër veen, NLR Marknesse, Ypenburg – Scheveningen	PHARUS familiarisatievlucht Amsterdam & Schiphol; op de start- en landingsbaan is een vliegtuig te zien. Opnamehoogte ca. 3000 mAmsterdam & Schiphol. Op de start- en landingsbaan is een vliegtuig zichtbaar
PV15	30 mei 1997	–	PHARUS familiarisatievlucht boven Freiburg – stereoscopische opnamen
PV16	2 juni 1997	Zoetermeer
PV17	11 september 1997	Reichswald, Duitsland	PHARUS testvlucht voor het Freiburg karteringsexperiment, ook het Reichswald
PV18	28 oktober 1997	Freiburg	PHARUS testvlucht voor verbeterde gegevensverwerking met geocodering
PV19	30 oktober 1997	Freiburg	Het Freiburg karteringsexperiment – geen beelden, de oscillator was bevroren
PV20	30 oktober 1997	Freiburg	Het Freiburg karteringsexperiment – geen beelden, de oscillator was bevroren
PV21	27 januari 1998	Utrecht, Zoetermeer, Ypenburg, Leiden, Katwijk
PV22	29 januari 1998	–	Dynamic Range Limiter vlucht
PV23	29 januari 1998	–	Testvlucht
	21 april  1998	–	PHARUS familarisatie eind workshop
PV24	23 april 1998	–	Testvlucht
PV25	23 april 1998	–	25e vlucht (zilveren vlucht)
PV26	29 april 1998	Amsterdam, Schiphol, Prins Clausplein, Volkel	PHARUS resolutieverbeteringsvlucht
PV27	14 september 1998	–	Geen beelden aanwezig
PV28	25 januari 1999	Katwijk a/d Rijn, Noordwijk, Valkenburg	PHARUS ASAR demonstratievlucht over zee
PV29	29 januari 1999	Gorinchem en Lingedijk	Interferometrie met herhaalde opnames
PV30	29 januari 1999	Maarn, Rhenen	PHARUS ASAR demonstratievlucht over land
PV31	8 februari 1999	Freiburg
PV32	11 juli 1999	Nieuwkoopse plassen	–
PV33	19 juli 1999	Duindigt, Nieuwkoop,  Zeist, Utrecht
PV34	17 september 1999	–	–
PV35	12 oktober 1999	Freiburg	ASAR vlucht
PV36	11 januari 2000	Duindigt, Den Haag
PV37	3 februari 2000	Kust (land/zee), Vlietlanden, Duindigt	–
PV38	25 mei 2000	Gorinchem	–
PV39	25 mei 2000	Glasgow
PV40	30 mei 2000	Den Haag, Enschede
PV41	14 juni 2000	–
PV42	26 oktober 2000	–
PV43	14 juni 2001	Marsdiep	–
PV44	9 juli 2001	Duitse bocht, Norderney
PV45	3 september 2001	–
PV46	18 september 2001	Rivierengebied

 

 
Terug Volgende
 

---

 

Achtergrond: werkingsprincipe van SAR

PHARUS is een zijdelingse beeldradar op een bewegend platform (vliegtuig, satelliet, enz.). Het karakteristieke kenmerk van SAR is de hoge resolutie in de bewegingsrichting, verkregen door diafragmasynthese. Het resultaat is een beeld, bestaande uit pixels, dat lijkt op een luchtfoto. SAR behoort tot de categorie coherente pulsradars, dat wil zeggen het zendt pulsen uit (in tegenstelling tot een continue golf) en meet zowel de amplitude als de fase van het ontvangen echosignaal. De radar aan de zijkant van het bewegende platform verlicht met zijn antennebundel een plek op de grond. Door de beweging van het platform wordt een verlichte continue strook (swath) gevormd, zie afbeelding. Na verwerking wordt de strip omgezet in resolutiecellen, waarvan er een is afgebeeld in de afbeelding.
Na SAR-verwerking bestaat een SAR-afbeelding uit een reeks pixels, waarbij elke pixelwaarde een maat is voor de radarreflectiviteit van het overeenkomstige gebied, dat wil zeggen een resolutiecel, op de grond. Het beeld is daarom in feite een reflectiviteitskaart. De gemeten waarde in elke pixel wordt gewoonlijk de terugverstrooiingscoëfficiënt genoemd. Voor weergavedoeleinden is het gebruikelijk om deze kaart weer te geven met een zwart-wit-intensiteitscodering: donker voor lage backscatter, helder voor hoge back-scattering. Deze grijswaardenkaart vormt het ‘beeld’.

Om een hoge resolutie in de richting van het bereik te bereiken, is een korte puls vereist. In plaats van een zeer korte puls met zeer hoog piekvermogen te verzenden, wordt een lang gecodeerde puls met lager piekvermogen, maar gelijke energie verzonden. De modulatie maakt compressie van de ontvangen puls mogelijk, waardoor de totale pulsenergie wordt verzameld in een korte puls. Dit proces wordt pulscompressie of bereikcompressie genoemd. De meest gebruikte vorm van codering is een lineaire frequentiemodulatie (chirp).
Om een hoge resolutie te bereiken in de cross-range of azimutrichting zou een zeer smalle antennebundel nodig zijn die een zeer grote antenne-opening vereist. Het principe van SAR is om de kleine fysieke antenneopening uit te breiden naar een vele malen grotere ‘synthetische lensopening’ door coherente integratie van echo’s ontvangen over een bepaalde afstand afgelegd door het bewegende platform. In het geval van PHARUS bijvoorbeeld, is de echte antenne 1 meter lang, terwijl de synthetische opening enkele honderden meters lang kan zijn.

Coherente integratie is wiskundig analoog aan pulscompressie en wordt azimuthcompressie genoemd. Deze gelijkwaardigheid kan worden begrepen door in beschouwing te nemen dat de frequentiemodulatie in de uitgezonden puls vergelijkbaar is met de Doppler-frequentiemodulatie geïnduceerd door de beweging van het platform. Daarom wordt de Dopplermodulatie die bestaat in een reeks ontvangen pulsen als gevolg van beweging op dezelfde manier gebruikt als de frequentiemodulatie binnen een puls die opzettelijk door de radar wordt gegenereerd.
Een kenmerk van SAR is dat de azimutresolutie onafhankelijk is van het bereik. In radars die geen gebruik maken van het synthetische apertuurprincipe (daarom ook wel echte-apertuurradars genoemd), wordt de resolutie over het afstandsbereik bepaald door de breedte van de antennebundel en is daarom een hoekresolutie. De resulterende geometrische resolutie wordt slechter naarmate de afstand toeneemt. In SAR maakt de grotere voetafdruk van de antenne op langere afstand een langere waarneming van een object mogelijk (langer synthetisch diafragma), zodat de resulterende geometrische resolutie aan het eind hetzelfde blijft. In de praktijk wordt het bereik beperkt door de beschikbare hoeveelheid zendvermogen. Een andere basiseigenschap van een coherente beeldradar, zoals SAR, is het fenomeen van ‘spikkel’. Dit is een type ruis dat kan worden verminderd door middel van een middelingstechniek die ‘multi-looking’ wordt genoemd.

Principe van polarimetry

Vroege SAR-systemen gebruikten één enkele polarisatie-antenne voor het verzenden van pulsen en het ontvangen van hun echo’s. Deze werden daarom niet-polarimetrische systemen genoemd. Als de antenne bijvoorbeeld lineair horizontaal gepolariseerd was, was het systeem een HH-gepolariseerd systeem, dat wil zeggen het gebruikte horizontale polarisatie voor zowel transmissie als ontvangst. Analyse van de SAR-afbeeldingen liet vragen altijd onbeantwoord, zoals, wat zou de afbeelding zijn geweest als een ander systeem was gebruikt, bijvoorbeeld een VV of een HV of een ander gepolariseerd systeem? en is de gebruikte polarisatie optimaal voor de toepassing? Deze vragen worden volledig beantwoord door het gebruik van polarimetrische systemen. Het onderwerp van polarimetrie is de interpretatie van polarimetrische gegevens.
Het basisgebruik van een polarimetrisch beeld is de synthese van beelden met willekeurige zend- en ontvangspolarisaties. Vanuit de strooimatrixkaart kunnen afbeeldingen worden gemaakt die arbitraire zend- en ontvangpolarisaties vertegenwoordigen, zelfs willekeurige elliptische. De volgende voordelen van polarimetrie zijn aangetoond:

• contrasten tussen doelen en achtergronden kunnen worden gemaximaliseerd door de juiste zend- en ontvangspolarisaties te kiezen,
• de nauwkeurigheid van de resultaten van het gewastype en de indeling van het landgebruik neemt toe,
• de schattingsnauwkeurigheid van bodem- en vegetatieparameters (zoals bosbiomassa) neemt toe.

In een niet-polarimetrisch SAR-beeld wordt de reflectiviteit van een enkele resolutiecel gemeten als een enkel getal, de terugverstrooiingscoëfficiënt (meestal HH of VV), die kan worden weergegeven met behulp van intensiteitscodering (zwart en wit). In een volledig polarimetrisch SAR-beeld, zoals gegenereerd door PHARUS, worden vier polarisatiecombinaties van de backscatter-coëfficiënten weergegeven, bijvoorbeeld door zowel intensiteits- als kleurcodering te gebruiken. Bovendien kan met behulp van deze vier polarisatiekanalen elke andere polarisatie worden gegenereerd, bijvoorbeeld om redenen van kalibratie of contrastoptimalisatie.
De polarimetrische generalisatie van de terugverstrooiingscoëfficiënt wordt de verstrooiingsmatrix S genoemd. De matrix bestaat uit vier complexe getallen, die de complexe terugverstrooiingscoëfficiënten voor alle vier polarisatiecombinaties, HH, HV, VH en VV voorstellen.

PHARUS kan de volledige verstrooiingsmatrix meten in plaats van de backscattercoëfficiënt voor slechts één polarisatie-instelling. Het wordt als volgt gemeten. De PHARUS polarimetrische SAR in volledige polarisatiemodus maakt gebruik van een enkele phased array-antenne die elektronisch kan worden geschakeld tussen horizontale en verticale polarisatie. In de volledige polarimetrische modus verzendt deze eerst een horizontaal gepolariseerde puls en neemt vervolgens de horizontaal en verticaal ontvangen echo’s (zowel amplitude als fase) tegelijkertijd op, gebruikmakend van twee ontvangstkanalen. De gegenereerde complexe getallen komen overeen met respectievelijk Shh en Svh. Vervolgens herhaalt het deze stap voor een verticaal gepolariseerde uitgezonden puls; beide polarisaties zijn doorschoten op Transmit. Hiermee is de 2 × 2 matrix voltooid.

Omdat de verstrooiingsmatrix veel onafhankelijke variabelen bevat, zijn er veel manieren waarop een polarimetrische afbeelding kan worden weergegeven. Een manier om dit te doen is om kleuren toe te wijzen aan de matrixelementen en zo een kleurenafbeelding te maken. Het is echter niet mogelijk om alle informatie in de verstrooiingsmatrices in één afbeelding in één kleur over te brengen.
De polarimetrische analogie van multi-looking (voor spikkelreductie) wordt niet uitgevoerd door middeling van verstrooiingsmatrices, omdat informatie verloren zou gaan door de simpele optelling van deze complexe matrices. Een tussentijdse verwerkingsstap is noodzakelijk: de conversie van de verstrooiingsmatrices naar 4’4 echte symmetrische Stokes-matrices. Deze worden vervolgens gemiddeld. De Stokes-matrix bestaat alleen uit echte getallen, maar bevat nog steeds de informatie van de complexe verstrooiingsmatrix, zelfs redundant. Zodra de Stokes matrices gemiddeld zijn, is een transformatie terug naar verstrooiingsmatrices meestal niet mogelijk.

Achtergrond: het principe van SAR

PHARUS is een zijwaarts gerichte beeldradar gemonteerd op een bewegend platform (vliegtuig, satelliet, enz.). Het karakteristieke kenmerk van Synthetic Aperture Radar (SAR) is de hoge resolutie in de bewegingsrichting verkregen door diafragmasynthese. Het resultaat is een beeld, bestaande uit pixels, dat lijkt op een luchtfoto. SAR valt in de categorie van coherente pulsradars, dat wil zeggen dat het pulsen zendt (in tegenstelling tot een continue golf) en zowel de amplitude als de fase van het ontvangen echosignaal meet.
De radar verlicht met zijn antennestraal een plek op de grond, aan de zijkant van het platform. Door de beweging van het platform wordt een verlichte doorlopende strook gevormd, de strook genoemd, zie afbeelding. Na verwerking wordt de strip opgelost in resolutiecellen, waarvan er één in de afbeelding is weergegeven.
Na SAR-verwerking bestaat een SAR-beeld uit een reeks pixels, waarbij elke pixelwaarde een maatstaf is voor de radarreflectiviteit van het overeenkomstige gebied, dat wil zeggen een resolutiecel, op de grond. Het beeld is daarom feitelijk een reflectiviteitskaart. De gemeten waarde in elke pixel wordt gewoonlijk de terugverstrooiingscoëfficiënt genoemd. Voor weergavedoeleinden is het gebruikelijk om deze kaart weer te geven met behulp van een zwart-witintensiteitscodering: donker voor lage terugverstrooiing en helder voor hoge terugverstrooiing. Deze grijswaardenkaart vormt het ‘beeld’.

Om een hoge resolutie in de bereikrichting te bereiken, is een korte puls vereist. In plaats van een zeer korte puls met een zeer hoog piekvermogen uit te zenden, wordt een lange, tijdgecodeerde puls met een lager piekvermogen maar met gelijke energie verzonden. De modulatie maakt compressie van de ontvangen puls mogelijk, waardoor de totale pulsenergie in een korte puls wordt verzameld. Dit proces wordt pulscompressie of bereikcompressie genoemd. De meest gebruikte vorm van codering is lineaire frequentiemodulatie (chirp).
Om een hoge resolutie in het dwarsbereik of de azimutrichting te bereiken, zou een zeer smalle antennebundel nodig zijn waarvoor een zeer grote antenne-opening nodig is. Het principe van SAR is om de kleine fysieke antenne-opening uit te breiden naar een vele malen grotere ‘synthetische opening’ door coherente integratie van echo’s die worden ontvangen over een bepaalde afstand die door het bewegende platform wordt afgelegd. In het geval van PHARUS is de echte antenne bijvoorbeeld 1 meter lang, terwijl de synthetische opening enkele honderden meters lang kan zijn.

Coherente integratie is wiskundig analoog aan pulscompressie en wordt azimutcompressie genoemd. Deze gelijkwaardigheid kan worden begrepen door te bedenken dat de frequentiemodulatie in de uitgezonden puls vergelijkbaar is met de Doppler-frequentiemodulatie die wordt geïnduceerd door de beweging van het platform. Daarom wordt de Doppler-modulatie die bestaat in een reeks ontvangen pulsen als gevolg van beweging, gebruikt op een manier die vergelijkbaar is met de frequentiemodulatie binnen een puls, die opzettelijk door de radar wordt gegenereerd.
Kenmerkend voor SAR is dat de azimutresolutie onafhankelijk is van het bereik. Bij radars die geen gebruik maken van het synthetische apertuurprincipe (daarom ook wel echte apertuurradars genoemd), wordt de cross-range resolutie bepaald door de breedte van de antennebundel en is daarom een hoekresolutie. De resulterende geometrische resolutie wordt slechter naarmate de afstand groter wordt. Bij SAR maakt de grotere antennevoetafdruk op een groter bereik een langere observatie van een object mogelijk (langere synthetische opening), zodat de resulterende geometrische resolutie uiteindelijk hetzelfde blijft. In de praktijk wordt het bereik beperkt door de hoeveelheid beschikbaar zendvermogen. Een andere fundamentele eigenschap van radars met coherente beeldvorming, zoals SAR, is het fenomeen ‘spikkel’. Dit is een soort ruis die kan worden verminderd door een middelingstechniek die multi-looking wordt genoemd.

Principe van polarimetrie

Vroege SAR-systemen gebruikten één enkele polarisatieantenne voor het verzenden van pulsen en het ontvangen van de echo’s ervan. Deze werden daarom niet-polarimetrische systemen genoemd. Als de antenne bijvoorbeeld lineair horizontaal gepolariseerd was, was het systeem een HH-gepolariseerd systeem, dat wil zeggen dat het horizontale polarisatie gebruikte voor zowel verzending als ontvangst. Analyses van de SAR-beelden lieten altijd vragen onbeantwoord zoals: wat zou het beeld zijn geweest als er een ander systeem was gebruikt, bijvoorbeeld een VV, een HV of een anders gepolariseerd systeem? Wordt de polarisatie optimaal gebruikt voor de toepassing? Deze vragen worden volledig beantwoord door het gebruik van polarimetrische systemen. Het onderwerp van polarimetrie is de interpretatie van polarimetrische gegevens.
Het basisgebruik van een polarimetrisch beeld is de synthese van beelden met willekeurige zend- en ontvangstpolarisaties. Uit de verstrooiingsmatrixkaart kunnen beelden worden gecreëerd die willekeurige zend- en ontvangstpolarisaties vertegenwoordigen, zelfs willekeurige elliptische polarisaties. De volgende voordelen van polarimetrie zijn aangetoond:

• het contrast tussen doelen en achtergrond kan worden gemaximaliseerd door de juiste zend- en ontvangstpolarisaties te kiezen,
• de nauwkeurigheid van de resultaten van gewastypes en classificatie van landgebruik neemt toe,
• de nauwkeurigheid van de schatting van bodem- en vegetatieparameters (zoals bosbiomassa) neemt toe.

In een niet-polarimetrisch SAR-beeld wordt de reflectiviteit van een cel met enkele resolutie gemeten als een enkel getal, de terugverstrooiingscoëfficiënt (meestal HH of VV), die kan worden weergegeven met behulp van intensiteitscodering (zwart en wit). In een volledig polarimetrisch SAR-beeld, zoals gegenereerd door PHARUS, worden vier polarisatiecombinaties van de terugverstrooiingscoëfficiënten weergegeven, b.v. door gebruik te maken van zowel intensiteit- als kleurcodering. Bovendien kan met behulp van deze vier polarisatiekanalen elke andere polarisatie worden gegenereerd, b.v. om redenen van kalibratie of contrastoptimalisatie.
De polarimetrische generalisatie van de terugverstrooiingscoëfficiënt wordt de verstrooiingsmatrix S genoemd. De matrix bestaat uit vier complexe getallen, die de complexe terugverstrooiingscoëfficiënten vertegenwoordigen voor alle vier de polarisatiecombinaties, HH, HV, VH en VV.

PHARUS is in staat om de volledige verstrooiingsmatrix te meten in plaats van de terugverstrooiingscoëfficiënt voor slechts één polarisatie-instelling. Het wordt als volgt gemeten. De PHARUS polarimetrische SAR in volledige polarisatiemodus maakt gebruik van een enkelfasige array-antenne die elektronisch kan worden geschakeld tussen horizontale en verticale polarisatie. In volledig polarimetrische modus zendt het eerst een horizontaal gepolariseerde puls uit en neemt vervolgens de horizontaal en verticaal ontvangen echo’s (zowel amplitude als fase) gelijktijdig op, met behulp van twee ontvangstkanalen. De gegenereerde complexe getallen komen respectievelijk overeen met Shh en Svh. Vervolgens herhaalt het deze stap voor een verticaal gepolariseerde uitgezonden puls; beide polarisaties zijn verweven op Transmit. Hiermee is de 2 x 2-matrix voltooid.

Omdat de verstrooiingsmatrix veel onafhankelijke variabelen bevat, zijn er veel manieren waarop een polarimetrisch beeld kan worden weergegeven. Eén manier om dit te doen is door kleuren aan de matrixelementen toe te wijzen en zo een kleurenafbeelding te creëren. Het is echter niet mogelijk om alle informatie in de verstrooiingsmatrices in één kleurenbeeld over te brengen.
De polarimetrische analoog van meervoudig kijken (voor spikkelreductie) wordt niet uitgevoerd door het middelen van verstrooiingsmatrices omdat de informatie verloren zou gaan door simpelweg deze complexe matrices toe te voegen. Een tussenliggende verwerkingsstap is noodzakelijk: de conversie van de verstrooiingsmatrices naar 4´4 echte symmetrische Stokes-matrices. Deze worden vervolgens gemiddeld. De Stokes-matrix bestaat alleen uit reële getallen, maar bevat nog steeds de informatie van de complexe verstrooiingsmatrix, zelfs redundant. Wanneer de Stokes-matrices zijn gemiddeld, is een terugtransformatie naar verstrooiingsmatrices doorgaans niet mogelijk.