Radar z syntetyczną aperturą
Z Wikipedii
Radar z syntetyczną Aperturą (ang. SAR; Synthetic Aperture Radar) - radar służący do uzyskiwania obrazów nieruchomych obiektów o wysokiej rozróżnialności. Radar taki jest wykorzystywany do tworzenia obrazów powierzchni ziemi oraz innych planet z zastosowaniem technik teledetekcji.
Spis treści |
[edytuj] Podstawy
W klasycznym radarze w celu zwiększenia rozróżnialności (zawężenia wiązki) zwiększa się wielkość anteny. Prowadzi to do budowy radarów o dużych antenach, których wymiary potrafią osiągnąć kilkadziesiąt metrów. Wielkość anteny jest ograniczona możliwościami konstrukcyjnymi, szczególnie gdy radar ma być mobilny. Technika radaru z syntetyczną aperturą (SAR) polega na zwiększenie „wirtualnego” rozmiaru anteny poprzez nadawanie i odbiór sygnałów sondujących za pomocą anteny umieszczonej na ruchomej platformie. Zarejestrowane odebrane sygnały są następnie składane w taki sposób, jak gdyby pochodziły od elementów składowych (kawałków) olbrzymiej anteny, często o wymiarze kilkuset metrów a nawet kilku kilometrów. W efekcie można uzyskać obrazy radarowe o bardzo wysokiej rozróżnialności. Teoretyczna rozróżnialność radaru SAR w kierunku ruchu platformy (samolotu lub satelity) jest równa połowie długości anteny (w kierunku ruchy). Tak więc zmniejszając wymiar anteny można zwiększyć rozróżnialność radaru SAR. Rozróżnialność w kierunku odległościowym określona jest przez szerokość impulsu sondującego lub jego pasmo (przy zastosowaniu sygnału złożonego). Obecnie w kosmicznej technice SAR uzyskuje się rozróżnialności metrowe, w technice samolotowej – rozróżnialności decymetrowe. W celu uzyskania wysokiej jakości obrazów SAR konieczna jest bardzo dokładna znajomość trajektorii ruchu platformy (z dokładnością lepszą niż 0.1 długości fali). Ponieważ zwykle nie zna się tak dokładnie trajektorii ruchu, konieczne jest stosowanie technik automatycznego ogniskowania.
W początkowym okresie rozwoju technik SAR do tworzenia obrazów wykorzystywane były analogowe komputer optyczne, wykorzystujące światło laserowe i techniki holograficzne. W chwili obecnej obrazy SAR są uzyskiwane za pomocą technik cyfrowych – za pomocą komputerów macierzowych (zwykle budowanych jako matryce procesorów sygnałowych). W wielu systemach surowe dane radarowe (próbki odebranego sygnału) są przekazywane do naziemnych centrów obliczeniowych, gdzie za pomocą super-komputerów tworzone są obrazy SAR
[edytuj] Techniki pochodne
Obraz SAR jest obrazem monochromatycznym, który zawiera informacje jedynie o odbiciowości obserwowanego obszaru. Obraz ten można wzbogacić stosując bardziej złożone metody przetwarzania, techniki polaryzacyjne (stosując anteny o zmiennej polaryzacji) oraz techniki interferometryczne (stosując kilka anten rozsuniętych w przestrzeni).
[edytuj] Polarimetria
Fale nadawane przez radar są spolaryzowane. Stosować można polaryzacje pionową, poziomą, kołową lewo i prawoskrętną, eliptyczne. Niektóre powierzchnie odbijają promieniowanie zależnie od jego polaryzacji, mogą również zmieniać polaryzację fali odbitej. Pewne struktury odbijające (w szczególności struktury bazujące na odbiciach wielokrotnych) mogą faworyzować fale o określonej polaryzacji. W celu uzyskania informacji polarymetrycznej radary SAR wysyłają kolejno sygnały o polaryzacji pionowej (V) i poziomej (H) i odbierają obydwie składowe polaryzacyjne. W ten sposób tworzy się cztery obrazy o polaryzacjach VV, HH, VH i HV. Ponieważ zwykle obrazy VH i HV są prawie identyczne, można trzem obrazom (HH, VV i HV) przydzielić trzy podstawowe kolory i w ten sposób utworzyć kolorowy obraz SAR. Do interpretacji obrazów interferometrycznych konieczna jest znajomość własności polarymetrycznych materiałów.
Jeżeli stworzone zostaną obrazy polarymetryczne w różnych chwilach czasowych, to na podstawie ich różnic można wykrywać zmiany spowodowane działalnością człowieka. Można np. wykryć przejazd pojazdu po podłożu trawiastym.
[edytuj] Interferometria
W wyniku tworzenia obrazu SAR generowany jest obraz zespolony. W klasycznym podejściu informacja o obserwowanym obszarze uzyskiwana jest z [amplituda|amplitudy] utworzonego obrazu SAR. Informacja zawarta w [faza|fazie] jest bezpowrotnie gubiona. Informacja fazowa nie może być wykorzystana w przypadku pojedynczego obrazu SAR. Jednak, jeżeli wygenerowane zostaną dwa obrazy SAR za pomocą anten rozsuniętych w wysokości, to różnica faz dwóch obrazów niesie informacje o wysokości obserwowanych punktów. W ten sposób można utworzyć trójwymiarowe obrazy obserwowanego obszaru (digital elevation model; DEM). Technikę tę można zastosować stosując interferometrię jednoprzebiegową (stosując co najmniej dwie anteny odbiorcze) lub interferometrię dwuprzebiegową, przelatując dwukrotnie nad obrazowanym obszarem na różnych wysokościach. Obrazy lotnicze o rozróżnialności 5 m (również w wysokości) uzyskiwane są przez Canada Centre for Remote Sensing. Metoda jednoprzebiegowa została zastosowana w misji SRTM w roku 2000 w której uzyskano obrazy wysokiej rozdzielczości ziemi z pokładu promu kosmicznego. Jeżeli anteny rozsunięte są w kierunku lotu, to z różnicy faz można wyznaczyć prędkość obiektów poruszających się po powierzchni ziemi. W ten sposób można wykrywać obiekty ruchome, można również określać prędkość przemieszczania się lodowców lub prądów oceanicznych. Jeżeli zastosuje się technikę wieloprzebiegową, to różnica faz obrazów może wynikać z wysokości obserwowanych punktów bądź z ich przemieszczenia. Jeżeli trajektorie ruchu radaru SAR pokrywają się w obydwu przebiegach to nie występuje różnica faz wynikająca z wysokości obserwowanych punktów, a efekt interferometryczny jest wywołany jedynie przemieszczaniem się punktów. Rozdzielczość metody jest na poziomie setnych części długości fali, można więc wykrywać milimetrowe przemieszczenia np. wywołane ruchami górotworu, wstrząsami tektonicznymi, erupcjami wulkanów, podziemną działalnością człowieka itp.
[edytuj] Linki zewnętrzne
- Publication: SAR simulation Electromagnetic simulation software for SAR imagery studies: www.oktal-se.fr)
- Sandia National Laboratories SAR Page (Home of miniSAR, smallest hi-res SAR)
- The Imaging Radar Home Page (NASA SAR missions)
- InSAR measurements from the Space Shuttle
- JPL InSAR Images
- Airborne Synthetic Aperture Radar (AIRSAR) ) (NASA Airborne SAR)
- The CCRS airborne SAR page (Canadian airborne missions)
- RADARSAT international (Canadian radar satellites)
- The ERS missions (European radar satellites)
- The ENVISAT mission (ESA's most recent SAR satellite)
- The JERS satellites (Japanese radar satellites)
- Images from the Space Shuttle SAR instrument
- The Alaska Satellite Facility has numerous technical documents, including an introductory text on SAR theory and scientific applications
- BYU SAR projects and images Images from BYU's three SAR systems (YSAR, YINSAR, ?SAR)
- NSSDC Master Catalog information on Venera 15 and 16
- NSSDC Master Catalog information on Magellan Mission
- Przemysłowy Instytut Telekomunikacji Samolot patrolowy Bryza
