Основи формування і реєстрації корисного сигналу в радіодіапазоні

Основи формування і реєстрації корисного сигналу в радіодіапазоні

2. Радіолокаційна зйомка

Електромагнітний спектр

Субдіапазони радіочастотної частини спектру діапазон HF (high frequency ) P (previous ) VHF (very high frequency ) UHF (ultra high frequency ) L (Long ) S (Short ) C (Compromise) X Ku (under K ) K (kurz — «короткий» ) Ka (above K ) mm V W частота 3— 30 МГц < 300 МГц 50— 330 МГц 300— 1000 MГц 1— 2 ГГц 2— 4 ГГц 4— 8 ГГц 8— 12 ГГц 12— 18 ГГц 18— 27 ГГц 27— 40 ГГц 40— 300 ГГц 40— 75 ГГц 75— 110 ГГц довжина хвилі 10 - 100 м 1 – 10 м 0, 9— 6 м 0, 3— 1 м 15— 30 см 7, 5— 15 см 3, 75— 7, 5 см 2, 5— 3, 75 см 1, 67— 2, 5 см 1, 11— 1, 67 см 0, 75— 1, 11 см 1— 7, 5 мм 4, 0— 7, 5 мм 2, 7— 4, 0 мм

Формування сигналу

Рівняння радіолокаційного сигналу Прийнятий сигнал Pτ буде описуватися рівнянням: Відношення сигнал/шум описується тепловим шумом приймача (k. TB): G - коефіцієнт спрямованої дії антени (antenna gain): G = 4πA/λ 2, Pt – випромінювана потужність антени, θ – кут огляду радару, W – ширина антени, L – довжина антени, A – розмір проекції оглянутої ділянки, Х – розрізнення (азимутальне а та за напрямом огляду r), h – висота сенсору, σ – переріз площини розсіювання (аналог альбедо в оптичному діапазоні), k – константа Больцмана, Т – радіаційна температура, l – показник розсіювання імпульсу (відношення довжини випроміненого до прийнятого імпульсу), В – ширина смуги зондування

Радари із синтезованою апертурою Схема SAR з рухомою антеною азимутальна розрізненість антени: Схема утворення “нефокусованої” SAR азимутальна розрізненість антени:

Радари із синтезованою апертурою Допплерівський ефект при зондуванні за технологією SAR Формування корисного поля зору активного радару із синтезованою апертурою (SAR)

Радари із синтезованою апертурою Спотворення радіолокаційного зображення, зумовлені впливом топографії поверхні: а) схема виникнення дисторсії, b) радіолокаційне зображення NASA/JPL AIRSR з відповідними спотвореннями

Радари із синтезованою апертурою Променеві бокові коми (радіометричні дісторсії) від аномально яскравих об'єктів на радіолокаційному зображенні Процедура обробки даних SAR

Сучасні SAR технології: поляриметрія Розповсюдження електромагнітних хвиль в загальному випадку буде описуватися двовимірним комплексним вектором, кожна компонента якого може бути виміряна і використана окремо: Основні задачі для використання супутникової радарної поляриметрії: - Прецизійне калібрування даних радарних іконічних систем - Прецизійне калібрування даних радарних не-іконічних (альтиметрічних, скатерометрічних) зйомок - Редукція похибок при інтерпретації інтерференційних радіолокаційних даних - Редукція спотворень радіолокаційних зображень, викликаних впливом рослинності на розподіл інтенсивності і фази відбитого сигналу - Картування видового складу лісових масивів: використання поляризаційних властивостей рослинного покриву - Геологічне картування: використання поляризаційних властивостей мінералів та гірських порід

Сучасні SAR технології: поляриметрія Визначення статистичних параметрів розподілу радіолокаційного сигналу від забудови і зелених насаджень за даними поляриметричної зйомки

Сучасні SAR технології: інтерферометрія Зміни інтерферометричної фази сигналу - довжина хвилі; r 0 – відстань від сенсору (антени) до цілі (точки на земній поверхні); Bn – нормована базова лінія зйомки (відстань між положеннями сенсору під час різночасових зйомок); np – різниця висот між точками на земній поверхні в вертикальній площині (нормоване відносне зміщення) Визначення різниці інтерферометричних фаз Визначення висоти рельєфу Співвідношення геометричних елементів А – положення супутнику в різний час зйомки, В – базові лінії, h – висота супутника, z(y) – висота точки рельєфу, θ – кут спостереження, ρ – відстань від супутника до поверхні

Сучасні SAR технології: інтерферометрія Реєстрація зміщень з використанням двох пар супутників: Визначення деформації поверхні за допомогою радіолокаційної зйомки в діапазоні 30 см: до деформації (перша зйомка), після деформації, визначена деформація поверхні

Сучасні SAR технології: інтерферометрія Вивчення деформації поверхні в долині Еурека (Каліфорнія, США), внаслідок серії землетрусів, що відбулися в 1993 р. за даними In. SAR RADARSAT та ERS

Сучасні SAR технології: інтерферометрія Вивчення швидкості руху льодовика Райдер (Гренландія) за даними In. SAR ERS-1

Не-іконічні радарні системи: скатерометри СКАТЕРОМЕТР - активний невидовий технічний пристрій ДЗЗ, за допомогою якого забезпечується реєстрація величини зворотнього розсіяного (після відбиття від земної поверхні) випромінювання як функції кута його падіння Різновиди скатерометрів: а) скатерометр бокового огляду (side-looking), b) скатерометр переднього огляду (forward-looking), с) скатерометр нахиленого огляду (tilted fan beam), d) скануючий скатерометр (scanning beam)

Не-іконічні радарні системи: скатерометри Визначення розподілу напрямів приповерхневого вітру в Тихому океані за даними радіолокаційного скатерометру Sea. Wi. FS NASA

Не-іконічні радарні системи: альтиметри Радарні системи використовуються для вивчення топографії поверхні. Визначення висоти поверхні базується на реєстрації проміжку часу t між випромінюванням імпульсу та його зворотною реєстрацією: Похибка визначення висоти поверхні залежить від форми імпульсу τ:

Не-іконічні радарні системи: альтиметри Вивчення висоти поверхні Антарктиди за даними супутникової альтиметрії Sea. Wi. FS NASA

Зондування підповерхневого шару В певних типах середовищ абсорбційні втрати низькоенергетичних електромагнітних радіохвиль достатньо низькі, що дає змогу отримувати інформацію про підповерхневий шар. Поглинаюче середовище характеризується глибиною проникнення Lp, що експоненційно залежить від енергії сигналу. Для енергії сигналу на глибіні d можна записати: де δ - співвідношення дійсної і уявної частин діелектричної проникненості ε Наприклад, для довжини хвилі 25 см, діелектричної константи ε = 4 і показнику втрат сигналу δ =0, 01, глибина проникнення складе близько 2 м. Тобто глибина проникнення може скласти приблизно Lp ≈ 9, 2 λ для більшості наявних радарів Таким чином, на глибині проникнення можна вивчати фізичні властивості середовища, відповідно до характеристик приладів і моделей обробки і інтерпретації даних: вивчати розподіл ґрунтової вологи, щільності породи, солоності розчинів тощо

Зондування підповерхневого шару Вивчення глибинної структури льодового шару Антарктиди за даними низьковисотної довгохвильової авіаційної радіолокації