Sentetik açıklıklı radar - Synthetic-aperture radar

Space Shuttle Endeavour'da bulunan SIR-C/X-SAR radarı tarafından elde edilen bu radar görüntüsü , Teide yanardağını göstermektedir . Kenti Santa Cruz de Tenerife adasında sağ alt kenarında mor ve beyaz alan olarak görülebilir. Zirve kraterindeki lav akıntıları yeşil ve kahverengi tonlarında görünürken, bitki örtüsü bölgeleri yanardağın yanlarında mor, yeşil ve sarı alanlar olarak görünür.

Sentetik açıklıklı radar ( SAR ), manzaralar gibi nesnelerin iki boyutlu görüntülerini veya üç boyutlu yeniden yapılandırmalarını oluşturmak için kullanılan bir radar biçimidir . SAR, geleneksel sabit ışın tarama radarlarından daha iyi uzaysal çözünürlük sağlamak için radar anteninin bir hedef bölge üzerindeki hareketini kullanır . SAR, tipik olarak, bir uçak veya uzay aracı gibi hareketli bir platform üzerine monte edilir ve kökenleri, gelişmiş bir yandan görünümlü hava radarı (SLAR) biçimindedir . SAR cihazının hedef sahnenin aydınlatıldığı süre boyunca bir hedef üzerinde kat ettiği mesafe, büyük sentetik anten açıklığını ( antenin boyutu ) oluşturur. Tipik olarak, açıklık ne kadar büyük olursa, açıklığın fiziksel (büyük bir anten) veya sentetik (hareketli bir anten) olup olmadığına bakılmaksızın görüntü çözünürlüğü o kadar yüksek olacaktır - bu, SAR'ın nispeten küçük fiziksel antenlerle yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturmasına olanak tanır. Sabit bir anten boyutu ve yönü için, daha uzaktaki nesneler daha uzun süre aydınlatılmış halde kalır - bu nedenle SAR, daha uzak nesneler için daha büyük sentetik açıklıklar oluşturma özelliğine sahiptir, bu da bir dizi görüş mesafesi boyunca tutarlı bir uzaysal çözünürlük ile sonuçlanır.

Bir SAR görüntüsü oluşturmak için, bir hedef sahneyi "aydınlatmak" için ardışık radyo dalgaları darbeleri iletilir ve her darbenin yankısı alınır ve kaydedilir. Darbeler iletilir ve yankılar , dalga boyları bir metreden birkaç milimetreye kadar inen tek bir huzme oluşturan anten kullanılarak alınır . Uçak veya uzay aracındaki SAR cihazı hareket ettikçe, hedefe göre anten konumu zamanla değişir. Ardışık kaydedilen radar ekolarının sinyal işlemesi , bu çoklu anten konumlarından gelen kayıtların birleştirilmesine izin verir. Bu işlem, sentetik anten açıklığını oluşturur ve belirli bir fiziksel anten ile mümkün olandan daha yüksek çözünürlüklü görüntülerin oluşturulmasına izin verir.

2010 yılı itibariyle, havadaki sistemler yaklaşık 10 cm çözünürlük sağlar, ultra geniş bant sistemler birkaç milimetre çözünürlük sağlar ve deneysel terahertz SAR laboratuvarda milimetre altı çözünürlük sağlar.

Motivasyon ve uygulamalar

SAR kullanılarak Magellan sondası tarafından görüntülenen Venüs'ün yüzeyi

SAR, hava kaynaklı sinyal zayıflamasını önlemek için frekansları seçebildiğinden, uçuş yüksekliğinden bağımsız ve hava durumundan bağımsız olarak yüksek çözünürlüklü uzaktan algılama yeteneğine sahiptir. Aydınlatma SAR tarafından sağlandığı için SAR gündüz ve gece görüntüleme özelliğine sahiptir.

SAR görüntüleri, Dünya ve diğer gezegenlerin yüzeylerinin uzaktan algılanması ve haritalanmasında geniş uygulamalara sahiptir. SAR uygulamaları çoktur. Örnekler arasında topografya, oşinografi, buzulbilim, jeoloji (örneğin, arazi ayrımı ve yüzey altı görüntüleme) sayılabilir. SAR, ormancılıkta orman yüksekliğini, biyokütleyi ve ormansızlaşmayı belirlemek için de kullanılabilir. Volkan ve deprem izleme, diferansiyel interferometri kullanır . SAR, köprüler gibi sivil altyapı istikrarını izlemek için de uygulanabilir. SAR, petrol sızıntıları, sel, kentsel büyüme, askeri gözetim gibi çevre izlemede faydalıdır: stratejik politika ve taktik değerlendirme dahil. SAR, sabit bir antenle önemli bir süre boyunca hareketli bir hedefi gözlemleyerek ters SAR olarak uygulanabilir .

Temel prensip

Temel prensip

Bir sentetik açıklık radarı bir bir görüntülü radar , bir hareket eden platform üzerinde monte edilir. Elektromanyetik dalgalar sırayla iletilir, yankılar toplanır ve sistem elektroniği verileri sonraki işlemler için dijitalleştirir ve saklar. İletim ve alım farklı zamanlarda gerçekleştiğinden, farklı konumlara eşlenirler. Alınan sinyallerin iyi düzenlenmiş kombinasyonu, fiziksel anten genişliğinden çok daha uzun olan sanal bir açıklık oluşturur. Bu, ona bir görüntüleme radarının özelliğini veren "sentetik açıklık" teriminin kaynağıdır. Menzil yönü, uçuş yoluna dik ve azimut yönüne de diktir; bu , antenin görüş alanı içindeki nesnenin konumu ile aynı hizada olduğu için iz boyunca yön olarak da bilinir .

3D işleme iki aşamada gerçekleştirilir. Azimut ve aralık yönü farklı bakış açılarından tespit edilir dijital yükseklik modeli (DEM) kompleksi görüntüleri arasındaki faz farklarını ölçmek için kullanılır ve bundan sonra 2D (azimut-aralık) yüksek çözünürlüklü görüntüler üretilmesi, için odaklı yükseklik bilgilerini kurtarın. Bu yükseklik bilgisi, 2-D SAR odaklama tarafından sağlanan azimut aralığı koordinatlarıyla birlikte, yükseklik olan üçüncü boyutu verir. İlk adım sadece standart işleme algoritmaları gerektirir, ikinci adım için görüntü ortak kaydı ve faz kalibrasyonu gibi ek ön işleme kullanılır.

Ek olarak, 3D görüntülemeyi zaman boyutuna genişletmek için birden çok taban çizgisi kullanılabilir . 4D ve çoklu-D SAR görüntüleme, kentsel alanlar gibi karmaşık senaryoların görüntülenmesine olanak tanır ve kalıcı saçılım interferometrisi (PSI) gibi klasik interferometrik tekniklere göre gelişmiş performansa sahiptir.

algoritma

Burada verilen SAR algoritması genellikle aşamalı diziler için geçerlidir.

İçinde hedeflerin bulunduğu alanın hacmini temsil edecek olan üç boyutlu bir sahne elemanları dizisi (bir hacim) tanımlanır. Dizinin her elemanının bir kübik voksel alanı, bu konumda bir yansıtıcı yüzey olma ihtimalini ( "yoğunluk") tayin eder. (Hedef alanın yalnızca yukarıdan aşağıya görünümünü gösteren iki boyutlu SAR'ların da mümkün olduğunu unutmayın.)

Başlangıçta, SAR algoritması her voksele sıfır yoğunluk verir.

Ardından, yakalanan her dalga formu için tüm hacim yinelenir. Belirli bir dalga biçimi ve voksel için, o voksel tarafından temsil edilen konumdan bu dalga biçimini yakalamak için kullanılan anten(ler)e olan mesafe hesaplanır. Bu mesafe, dalga biçimine bir zaman gecikmesini temsil eder. Dalga biçimindeki o konumdaki örnek değeri daha sonra vokselin yoğunluk değerine eklenir. Bu, o konumdaki bir hedeften olası bir yankıyı temsil eder. Diğer şeylerin yanı sıra dalga biçimi zamanlamasının hassasiyetine bağlı olarak burada birkaç isteğe bağlı yaklaşım olduğunu unutmayın. Örneğin, faz doğru olarak belirlenemezse, voksele yalnızca dalga biçimi örneğinin zarf büyüklüğü ( Hilbert dönüşümü yardımıyla ) eklenebilir. Dalga biçimi polarizasyonu ve faz biliniyorsa ve yeterince doğruysa, bu değerler bu tür ölçümleri ayrı tutan daha karmaşık bir voksele eklenebilir.

Tüm dalga biçimleri tüm vokseller üzerinde yinelendikten sonra, temel SAR işlemi tamamlanır.

En basit yaklaşımda geriye kalan, katı bir nesneyi hangi voksel yoğunluk değerinin temsil ettiğine karar vermektir. Yoğunluğu bu eşiğin altında olan vokseller göz ardı edilir. Seçilen eşik seviyesinin, herhangi bir tek dalganın tepe enerjisinden daha yüksek olması gerektiğine dikkat edin, aksi takdirde bu dalga tepe noktası, tüm hacim boyunca yanlış "yoğunluğun" bir küresi (veya çok statik çalışma durumunda elips) olarak görünecektir. Bu nedenle, bir hedef üzerindeki bir noktayı tespit etmek için, o noktadan en az iki farklı anten yankısı olmalıdır. Sonuç olarak, bir hedefi uygun şekilde karakterize etmek için çok sayıda anten konumuna ihtiyaç vardır.

Eşik kriterlerini geçen vokseller 2D veya 3D olarak görselleştirilir. İsteğe bağlı olarak, bazen yürüyen küpler gibi bir yüzey algılama algoritması kullanılarak ek görsel kalite elde edilebilir .

Mevcut spektral tahmin yaklaşımları

Sentetik açıklıklı radar, ölçülen SAR verilerinden 3D yansıtmayı belirler. Temel olarak bir spektrum tahminidir, çünkü bir görüntünün belirli bir hücresi için, SAR görüntü yığınının karmaşık değerli SAR ölçümleri, yükseklik yönündeki Fourier yansıma dönüşümünün örneklenmiş bir versiyonudur, ancak Fourier dönüşümü düzensizdir. Bu nedenle, spektral tahmin teknikleri, geleneksel Fourier dönüşümü SAR görüntüleme tekniklerinin sonuçlarına kıyasla çözünürlüğü geliştirmek ve lekeyi azaltmak için kullanılır.

parametrik olmayan yöntemler

FFT

FFT (Hızlı Fourier Dönüşümü, yani periodogram veya uyumlu filtre ), spektral tahmin algoritmalarının çoğunda kullanılan böyle bir yöntemdir ve çok boyutlu ayrık Fourier dönüşümünü hesaplamak için birçok hızlı algoritma vardır. Hesaplamalı Kronecker-çekirdekli dizi cebiri , çok boyutlu sentetik açıklıklı radar (SAR) sistemlerinde işleme için FFT algoritmalarının yeni bir çeşidi olarak kullanılan popüler bir algoritmadır. Bu algoritma, girdi/çıktı veri indeksleme kümelerinin ve permütasyon gruplarının teorik özellikleri üzerine bir çalışma kullanır.

Sonlu çok boyutlu lineer cebirin bir dalı, çeşitli FFT algoritması varyantları arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları belirlemek ve yeni varyantlar oluşturmak için kullanılır. Her çok boyutlu DFT hesaplaması matris biçiminde ifade edilir. Çok boyutlu DFT matrisi, sırayla, temel bir yazılım/donanım hesaplama tasarımı ile ayrı ayrı tanımlanan, işlevsel ilkeller adı verilen bir dizi faktöre ayrılır.

FFT uygulaması, temel olarak, değişkenlerin oluşturulması ve matris işlemlerinin yürütülmesi yoluyla matematiksel çerçevenin eşlenmesinin gerçekleştirilmesidir. Bu uygulamanın performansı makineden makineye değişebilir ve amaç, hangi makinede en iyi performansı gösterdiğini belirlemektir.

Avantajlar
  • Matematiksel formülasyonlar için çok boyutlu girdi/çıktı indeksleme kümelerinin toplamsal grup teorik özellikleri kullanılır, bu nedenle hesaplama yapıları ve matematiksel ifadeler arasındaki eşleştirmeyi tanımlamak geleneksel yöntemlerden daha kolaydır.
  • CKA cebirinin dili, uygulama geliştiricinin, hangi hesaplama açısından daha verimli FFT varyantları olduğunu anlamasına yardımcı olur, böylece hesaplama eforunu azaltır ve uygulama sürelerini iyileştirir.
Dezavantajları
  • FFT, frekansa yakın sinüzoidleri ayıramaz. Verinin periyodikliği FFT ile eşleşmezse kenar etkileri görülür.

kapon yöntemi

Minimum varyans yöntemi olarak da adlandırılan Capon spektral yöntemi, çok boyutlu bir dizi işleme tekniğidir. Uyarlanabilir eşleşen filtre bankası yaklaşımını kullanan ve iki ana adımı izleyen parametrik olmayan kovaryans tabanlı bir yöntemdir:

  1. Verileri değişen merkez frekanslarına sahip bir 2B bant geçiren filtreden geçirmek ( ).
  2. Filtrelenmiş verilerden tüm ilgi alanları için ( ) noktasındaki gücün tahmin edilmesi .

Uyarlanabilir Capon bant geçiren filtre, filtre çıkışının gücünü en aza indirecek ve ayrıca frekansları ( ) herhangi bir zayıflama olmadan geçirecek , yani her birini ( ) tatmin edecek şekilde tasarlanmıştır.

tabi

burada R, bir kovaryans matrisi , FIR filtrenin dürtü yanıtı kompleks eşleniği devrik olduğu, gibi tanımlanmıştır 2D Fourier vektördür , Kronecker'in ürünü anlamına gelir.

Bu nedenle, ortaya çıkan görüntünün gürültüsünün varyansını en aza indirirken, belirli bir frekansta 2D sinüzoidi bozulma olmadan geçirir. Amaç, spektral tahmini verimli bir şekilde hesaplamaktır.

Spektral tahmin şu şekilde verilir:

burada R kovaryans matrisidir ve Fourier vektörünün 2B kompleks eşlenik devrikidir. Bu denklemin tüm frekanslarda hesaplanması zaman alıcıdır. İleri-geri Capon tahmincisinin sadece ileriye dönük klasik capon yaklaşımından daha iyi tahmin verdiği görülmektedir. Bunun arkasındaki ana neden, ileri-geri Capon'un kovaryans matrisinin tahminini elde etmek için hem ileri hem de geri veri vektörlerini kullanmasına karşın, yalnızca ileriye dönük Capon'un kovaryans matrisini tahmin etmek için yalnızca ileri veri vektörlerini kullanmasıdır.

Avantajlar
  • Capon, hızlı Fourier dönüşümü (FFT) yönteminden çok daha düşük yan loblar ve daha dar spektral tepe noktaları ile daha doğru spektral tahminler verebilir.
  • Capon yöntemi çok daha iyi çözünürlük sağlayabilir.
Dezavantajları
  • Uygulama, iki yoğun görevin hesaplanmasını gerektirir: kovaryans matrisi R'nin ters çevrilmesi ve her nokta için yapılması gereken matris ile çarpma .

APES yöntemi

APES (genlik ve faz tahmini) yöntemi aynı zamanda, faz geçmişi verilerinin gürültüdeki 2D sinüzoidlerin toplamı olduğunu varsayan bir eşleştirilmiş filtre bankası yöntemidir.

APES spektral tahmincisi, 2 adımlı filtreleme yorumuna sahiptir:

  1. Değişken merkez frekansına sahip bir FIR bant geçiren filtreler bankasından veri geçirmek .
  2. Filtrelenmiş verilerden spektrum tahmininin elde edilmesi .

Ampirik olarak, APES yöntemi, Capon yönteminden daha geniş spektral tepe noktaları ile sonuçlanır, ancak SAR'da genlik için daha doğru spektral tahminler sağlar. Capon yönteminde, spektral tepe noktaları APES'ten daha dar olmasına rağmen, yan loblar APES'e göre daha yüksektir. Sonuç olarak, genlik tahmininin Capon yöntemi için APES yöntemine göre daha az doğru olması beklenir. APES yöntemi, Capon yönteminden yaklaşık 1,5 kat daha fazla hesaplama gerektirir.

Avantajlar
  • Filtreleme, mevcut örneklerin sayısını azaltır, ancak taktiksel olarak tasarlandığında, filtrelenmiş verilerdeki sinyal-gürültü oranındaki (SNR) artış bu azalmayı telafi edecektir ve frekans ile sinüzoidal bir bileşenin genliği daha doğru tahmin edilebilir. orijinal sinyalden daha filtrelenmiş verilerden.
Dezavantajları
  • Otokovaryans matrisi 2B'de 1B'ye göre çok daha büyüktür, bu nedenle kullanılabilir bellekle sınırlıdır.

SAMV yöntemi

SAMV yöntemi, parametresiz seyrek sinyal rekonstrüksiyonu tabanlı bir algoritmadır. Süper çözünürlük ve yüksek düzeyde ilişkili sinyallere karşı sağlamlık sağlar . Ad, asimptotik olarak minimum varyans (AMV) kriterine dayandığını vurgular. Zorlu ortamlarda (örneğin, sınırlı sayıda anlık görüntü, düşük sinyal-gürültü oranı) yüksek düzeyde ilişkili birden çok kaynağın hem genlik hem de frekans özelliklerinin kurtarılması için güçlü bir araçtır . Uygulamalar arasında sentetik açıklıklı radar görüntüleme ve çeşitli kaynak yerelleştirme bulunur .

Avantajlar

SAMV yöntemi , özellikle yüksek korelasyonlu sinyallerle , örneğin MUSIC gibi bazı yerleşik parametrik yöntemlerden daha yüksek çözünürlük elde etme yeteneğine sahiptir .

Dezavantajları

SAMV yönteminin hesaplama karmaşıklığı , yinelemeli prosedürü nedeniyle daha yüksektir.

Parametrik alt uzay ayrıştırma yöntemleri

özvektör yöntemi

Bu alt uzay ayrıştırma yöntemi, otokovaryans matrisinin özvektörlerini, sinyallere ve dağınıklığa karşılık gelenlere ayırır. ( ) noktasındaki görüntünün genliği şu şekilde verilir:

burada bir noktada görüntü genliği , bir tutarlılık matrisi ve bir Hermitsel , tutarlılık matrisin yığılmayı altuzayın eigen tersi olduğu, vektörler gibi tanımlanmıştır

burada ⊗ iki vektörün Kronecker çarpımını gösterir .

Avantajlar
  • Görüntünün özelliklerini daha doğru gösterir.
Dezavantajları
  • Yüksek hesaplama karmaşıklığı.

MÜZİK yöntemi

MUSIC , alınan sinyalin örneklerinden elde edilen örneklerin bir veri vektörünün kovaryans matrisi üzerinde bir öz ayrıştırma gerçekleştirerek bir sinyaldeki frekansları tespit eder. Tüm özvektörler dağınıklık alt uzayına dahil edildiğinde (model sırası = 0) EV yöntemi, Capon yöntemiyle aynı hale gelir. Bu nedenle model sırasının belirlenmesi, EV yönteminin çalışması için kritik öneme sahiptir. R matrisinin özdeğeri, karşılık gelen özvektörünün dağınıklığa mı yoksa sinyal altuzayına mı karşılık geldiğine karar verir.

MÜZİK yöntemi, SAR uygulamalarında zayıf bir performans olarak kabul edilir. Bu yöntem, dağınıklık alt uzayı yerine bir sabit kullanır.

Bu yöntemde, SAR görüntüsündeki bir noktaya karşılık gelen sinüzoidal bir sinyal, görüntü tahmininde tepe noktası olan sinyal alt uzay özvektörlerinden biriyle hizada olduğunda, payda sıfıra eşitlenir. Dolayısıyla bu yöntem, her noktadaki saçılma yoğunluğunu doğru bir şekilde temsil etmez, ancak görüntünün belirli noktalarını gösterir.

Avantajlar
  • MÜZİK , dağınıklığın özdeğerlerini beyazlatır veya eşitler.
Dezavantajları
  • Ortalama alma işleminden dolayı çözünürlük kaybı.

Geri yansıtma algoritması

Geri Projeksiyon Algoritmasının iki yöntemi vardır: Zaman etki alanında Geri Projeksiyon ve Frekans etki alanında Geri Projeksiyon . Zaman alanlı Geri projeksiyon, frekans alanına göre daha fazla avantaja sahiptir ve bu nedenle daha çok tercih edilir. Zaman alanlı Backprojection, radardan alınan verileri ve almayı beklediğine göre eşleştirerek görüntüler veya spektrumlar oluşturur. Sentetik açıklıklı radar için ideal bir uyumlu filtre olarak kabul edilebilir. İdeal olmayan hareket/örneklemeyi ele alma kalitesi nedeniyle farklı bir hareket dengeleme adımına gerek yoktur. Çeşitli görüntüleme geometrileri için de kullanılabilir.

Avantajlar

  • Görüntüleme modundan bağımsızdır: yani mevcut görüntüleme modundan bağımsız olarak aynı algoritmayı kullanır, oysa frekans alanı yöntemleri moda ve geometriye bağlı olarak değişiklikler gerektirir.
  • Belirsiz azimut örtüşmesi genellikle Nyquist uzaysal örnekleme gereksinimleri frekanslar tarafından aşıldığında meydana gelir. Belirsiz örtüşme , sinyal bant genişliğinin örnekleme sınırlarını aşmadığı, ancak "spektral sarmalama" geçirdiği şaşı geometrilerde meydana gelir . Backprojection Algoritması bu tür aliasing etkilerinden etkilenmez.
  • Uzay/zaman filtresiyle eşleşir: beklenen dönüş sinyaline yaklaşmak için piksel piksel değişen eşleşen bir filtre üretmek için görüntüleme geometrisi hakkındaki bilgileri kullanır. Bu genellikle anten kazancı telafisi sağlar.
  • Önceki avantaja istinaden, geriye yansıtma algoritması hareketi telafi eder. Bu, düşük rakımlı alanlarda bir avantaj haline gelir.

Dezavantajları

  • Geri yansıtma algoritması için hesaplama maliyeti, diğer frekans alanı yöntemlerine kıyasla daha fazladır.
  • Çok hassas görüntüleme geometrisi bilgisi gerektirir.

Uygulama: jeosenkron yörünge sentetik açıklıklı radar (GEO-SAR)

GEO-SAR'da, özellikle göreli hareket eden yola odaklanmak için geri yansıtma algoritması çok iyi çalışır. Zaman alanında Azimut İşleme kavramını kullanır. Uydu-yer geometrisi için GEO-SAR önemli bir rol oynar.

Bu kavramın prosedürü aşağıdaki gibi detaylandırılmıştır.

  1. Elde edilen ham veriler, prosedürün hızlı bir şekilde yürütülmesini basitleştirmek için bölümlere ayrılır veya alt açıklıklara çekilir.
  2. Daha sonra, oluşturulan her segment/alt açıklık için "Eşleşen Filtreleme" kavramı kullanılarak veri aralığı sıkıştırılır. Bu yan verilir burada τ aralık zamanı, t , azimut zaman λ , dalga boyu c ışık hızıdır.
  3. "Aralık Geçiş Eğrisi"ndeki doğruluk, aralık enterpolasyonu ile elde edilir.
  4. Görüntüdeki zeminin piksel konumları, uydu-yer geometri modeline bağlıdır. Izgara-bölme şimdi azimut zamanına göre yapılır.
  5. "Eğim aralığı" (antenin faz merkezi ile yerdeki nokta arasındaki aralık) için hesaplamalar, koordinat dönüşümleri kullanılarak her azimut zamanı için yapılır.
  6. Azimut Sıkıştırma önceki adımdan sonra yapılır.
  7. Adım 5 ve 6, her piksel için tekrarlanır, her pikseli kapsar ve prosedürü her alt diyaframda yürütür.
  8. Son olarak, baştan sona oluşturulan görüntünün tüm alt açıklıkları birbiri üzerine bindirilir ve nihai HD görüntüsü oluşturulur.

Algoritmalar arasında karşılaştırma

Capon ve APES, FIR filtreleme yaklaşımlarının özel bir durumu olan hızlı Fourier dönüşümü (FFT) yönteminden çok daha düşük yan loblar ve daha dar spektral tepe noktaları ile daha doğru spektral tahminler verebilir. APES algoritmasının Capon yönteminden biraz daha geniş spektral pikler vermesine rağmen, ilkinin ikincisine ve FFT yöntemine göre daha doğru genel spektral tahminler verdiği görülmektedir.

FFT yöntemi hızlı ve basittir ancak daha büyük yan loblara sahiptir. Capon, yüksek çözünürlüğe ancak yüksek hesaplama karmaşıklığına sahiptir. EV ayrıca yüksek çözünürlüğe ve yüksek hesaplama karmaşıklığına sahiptir. APES, capon ve EV'den daha hızlı, ancak yüksek hesaplama karmaşıklığına sahip daha yüksek çözünürlüğe sahiptir.

MÜZİK yöntemi genellikle SAR görüntüleme için uygun değildir, çünkü dağınıklık özdeğerlerini beyazlatmak, SAR görüntülerindeki arazi dağınıklığı veya diğer dağınık saçılma ile bağlantılı uzamsal homojensizlikleri yok eder. Ancak elde edilen güç spektral yoğunluğunda (PSD) hızlı Fourier dönüşümü (FFT) tabanlı yöntemlerden daha yüksek frekans çözünürlüğü sunar.

Geri yansıtma algoritması hesaplama açısından pahalıdır. Geniş bantlı, geniş açılı ve/veya önemli ölçüde iz dışı harekete sahip uzun uyumlu açıklıklara sahip sensörler için özellikle çekicidir.

çok statik çalışma

SAR, yankı yakalamalarının birden fazla anten konumunda alınmasını gerektirir. Ne kadar çok yakalama (farklı anten konumlarında) alınırsa, hedef karakterizasyonu o kadar güvenilir olur.

Tek bir anteni farklı konumlara taşıyarak, birden çok sabit anteni farklı konumlara veya bunların kombinasyonlarına yerleştirerek çoklu yakalamalar elde edilebilir.

Tek bir hareketli antenin avantajı, herhangi bir sayıda monostatik dalga formu sağlamak için herhangi bir sayıda konuma kolayca yerleştirilebilmesidir. Örneğin, bir uçağa monte edilmiş bir anten, uçak hareket ederken saniyede birçok görüntü alır.

Çoklu statik antenlerin başlıca avantajları, hareketli bir hedefin karakterize edilebilmesi (yakalama elektroniğinin yeterince hızlı olduğu varsayılarak), hiçbir araç veya hareket makinesinin gerekli olmaması ve anten konumlarının diğer, bazen güvenilmez bilgilerden türetilmesine gerek olmamasıdır. (Bir uçakta SAR ile ilgili bir sorun, uçak hareket ederken kesin anten konumlarını bilmektir).

Çoklu statik antenler için, monostatik ve multistatik radar dalga biçimi yakalamalarının tüm kombinasyonları mümkündür. Bununla birlikte, belirli bir anten çifti için her iki iletim yönünün her biri için bir dalga biçimini yakalamanın avantajlı olmadığına dikkat edin, çünkü bu dalga biçimleri aynı olacaktır. Birden fazla statik anten kullanıldığında, yakalanabilen benzersiz eko dalga biçimlerinin toplam sayısı

burada N tek anten konumu sayısıdır.

Tarama modları

Stripmap modu havadan SAR

SAR şerit haritası çalışma modunun çizimi.

Anten sabit bir konumda kalır ve uçuş yoluna dik olabilir veya hafifçe öne veya arkaya doğru kısılmış olabilir.

Anten açıklığı uçuş yolu boyunca hareket ettiğinde, darbe tekrarlama frekansına (PRF) eşit bir hızda bir sinyal iletilir . PRF'nin alt sınırı, radarın Doppler bant genişliği ile belirlenir. Bu sinyallerin her birinin geri saçılımı, radar görüntülerinde istenen ince azimut çözünürlüğünü elde etmek için piksel bazında değişmeli olarak eklenir.

Spot ışığı modu SAR

Spot Işığı Görüntü Modunun Tasviri

Spot ışığı sentetik açıklığı şu şekilde verilir:

Spotlight görüntüleme diyagramında gösterildiği gibi görüntülemenin başlangıcı ve sonu arasında oluşan açı nerede ve menzil mesafesidir.

Spot ışığı modu, daha küçük bir zemin yama için de olsa daha iyi çözünürlük sağlar. Bu modda, aydınlatıcı radar ışını, uçak hareket ettikçe sürekli olarak yönlendirilir, böylece aynı yamayı daha uzun bir süre boyunca aydınlatır. Bu mod, geleneksel bir sürekli şerit görüntüleme modu değildir; ancak, yüksek azimut çözünürlüğüne sahiptir.

Tarama modu SAR

ScanSAR Görüntüleme Modunun Tanımı

Bir tarama modu SAR olarak çalışırken, anten ışını periyodik olarak süpürür ve böylece spot ışığı ve şerit harita modlarından çok daha geniş bir alanı kaplar. Bununla birlikte, azimut çözünürlüğü, azalan azimut bant genişliği nedeniyle şerit haritası modundan çok daha düşük hale gelir. Açıkça, azimut çözünürlüğü ile SAR'ın tarama alanı arasında bir denge sağlanmıştır. Burada, sentetik açıklık alt namlular arasında paylaşılır ve bir alt namlu içinde doğrudan temas halinde değildir. Azimut patlamalarını ve menzil alt alanlarını birleştirmek için azimut ve menzil yönlerinde mozaik işlemi gereklidir.

  • ScanSAR, tarama ışınını devasa hale getirir .
  • Azimut sinyalinin birçok patlaması vardır.
  • Azimut çözünürlüğü, patlama süresi nedeniyle sınırlıdır.
  • Her hedef, tamamen azimutun bulunduğu yere bağlı olan çeşitli frekanslar içerir.

Özel teknikler

polarimetri

Farklı polarizasyonların renk gösterimi.

Radar dalgalarının bir polarizasyonu vardır . Farklı malzemeler farklı yoğunluklarda radar dalgalarını yansıtır, ancak çim gibi anizotropik malzemeler genellikle farklı yoğunluklarda farklı polarizasyonları yansıtır. Bazı malzemeler ayrıca bir polarizasyonu diğerine dönüştürür. Bir polarizasyon karışımı yayarak ve belirli bir polarizasyona sahip alıcı antenler kullanarak, aynı darbe serisinden birkaç görüntü toplanabilir. Sıklıkla bu tür üç RX-TX polarizasyonu (HH-pol, VV-pol, VH-pol) sentezlenmiş bir görüntüde üç renk kanalı olarak kullanılır. Sağdaki resimde yapılan budur. Ortaya çıkan renklerin yorumlanması, bilinen malzemelerin önemli ölçüde test edilmesini gerektirir.

Polarimetrideki yeni gelişmeler, optik sistemler tarafından görülmeyen değişikliklerin nerede meydana geldiğini belirlemek için bazı yüzeylerin (çim veya kum gibi) ve aynı konumdaki iki görüntü arasındaki rastgele polarizasyon dönüşlerindeki değişiklikleri kullanmayı içerir. Örnekler arasında yeraltı tüneli veya görüntülenen alandan geçen araçların yolları sayılabilir. Gelişmiş SAR deniz petrol tabakası gözlemi, uygun fiziksel modelleme ve tam polarimetrik ve çift polarimetrik ölçümlerin kullanılmasıyla geliştirilmiştir.

SAR polarimetrisi

Polarimetri kullanılarak renklendirilen Ölüm Vadisi'nin SAR görüntüsü

SAR polarimetrisi, insan yapımı ve doğal saçıcıların polarimetrik özelliklerinin ölçülmesine ve araştırılmasına dayalı olarak kara, kar ve buz, okyanus ve kentsel uygulamalar için nitel ve nicel fiziksel bilgiler elde etmek için kullanılan bir tekniktir. Arazi ve arazi kullanımı sınıflandırması, polarimetrik sentetik açıklıklı radarın (PolSAR) en önemli uygulamalarından biridir.

SAR polarimetrisi, elektromanyetik dalga ile etkileşimden sonra nesnelerin saçılma davranışını belirlemek için bir saçılma matrisi (S) kullanır. Matris, iletilen ve alınan sinyallerin yatay ve dikey polarizasyon durumlarının bir kombinasyonu ile temsil edilir.

burada, HH yatay iletim ve yatay alım içindir, VV dikey iletim ve dikey alım içindir, HV yatay iletim ve dikey alım içindir ve VH - dikey iletim ve yatay alım içindir.

Bu polarizasyon kombinasyonlarından ilk ikisi, benzer polarize (veya ko-polarize) olarak adlandırılır, çünkü gönderme ve alma polarizasyonları aynıdır. Gönderme ve alma polarizasyonları birbirine dik olduğundan, son iki kombinasyon çapraz polarize olarak adlandırılır.

Üç bileşenli saçılma gücü modeli

Freeman ve Durden'in üç bileşenli saçılma gücü modeli, bir PolSAR görüntüsünün ayrıştırılması için başarıyla kullanıldı ve kovaryans matrisi kullanılarak yansıma simetri koşulu uygulandı. Yöntem, basit fiziksel saçılma mekanizmalarına (yüzey saçılması, çift sıçrama saçılması ve hacim saçılması) dayanmaktadır. Bu saçılma modelinin avantajı, görüntü işleme için uygulanmasının basit ve kolay olmasıdır. 3 3 polarimetrik matris ayrıştırması için 2 ana yaklaşım vardır . Biri fiziksel olarak ölçülebilir parametrelere dayanan sözlükbilimsel kovaryans matrisi yaklaşımı, diğeri ise tutarlı bir ayrıştırma matrisi olan Pauli ayrıştırmasıdır. Tek bir SAR görüntüsündeki tüm polarimetrik bilgileri temsil eder. [S]'nin polarimetrik bilgisi , önceki tüm yoğunlukların bir renk kanalı olarak kodlanacağı tek bir RGB görüntüsündeki yoğunlukların kombinasyonu ile temsil edilebilir. [1]

Dört bileşenli saçılma gücü modeli

PolSAR görüntü analizi için yansıma simetri koşulunun sağlanmadığı durumlar olabilir. Bu durumlarda, polarimetrik sentetik açıklıklı radar (SAR) görüntülerini ayrıştırmak için dört bileşenli bir saçılma modeli kullanılabilir. Bu yaklaşım, yansıma olmayan simetrik saçılma durumuyla ilgilenir. Freeman ve Durden tarafından sunulan üç bileşenli ayrıştırma yöntemini içerir ve sarmal saçılma gücünü ekleyerek dördüncü bir bileşene genişletir. Bu sarmal güç terimi genellikle karmaşık kentsel alanlarda ortaya çıkar, ancak doğal olarak dağıtılmış bir saçıcı için ortadan kalkar.

Ayrıca, genel polSAR veri görüntü analizleri için tanıtılan dört bileşenli ayrıştırma algoritmasını kullanan geliştirilmiş bir yöntem de bulunmaktadır. SAR verileri önce benek azaltma olarak bilinen filtrelenir, daha sonra yüzey saçılma gücünü ( ), çift sıçrama saçılma gücünü ( ), hacim saçılma gücünü ( ) ve sarmal saçılma gücünü belirlemek için her piksel dört bileşenli model tarafından ayrıştırılır. ( ). Pikseller daha sonra maksimum güçlere göre sınıflandırılan 5 sınıfa (yüzey, çift sıçrama, hacim, sarmal ve karışık pikseller) ayrılır. Hesaplamadan sonra iki veya üç eşit baskın saçılma gücüne sahip pikseller için bir karma kategori eklenir. Tüm bu kategorilerdeki pikseller, yaklaşık olarak aynı sayıda pikselden oluşan 20 küçük dağınıklığa bölünerek ve istenildiği şekilde birleştirildikçe süreç devam eder, buna küme birleştirme denir. Yinelemeli olarak sınıflandırılırlar ve ardından her sınıfa otomatik olarak renk verilir. Bu algoritmanın özetlenmesi, kahverengi renklerin yüzey saçılım sınıflarını, kırmızı renklerin çift sıçrama saçılım sınıflarını, yeşil renklerin hacim saçılım sınıflarını ve mavi renklerin sarmal saçılma sınıflarını ifade ettiği bir anlayışa götürür.

Bu yöntem yansıma olmayan durum için amaçlanmış olsa da, yansıma simetri koşulunu otomatik olarak içerir, bu nedenle genel bir durum olarak kullanılabilir. Ayrıca, karışık saçılma kategorisini hesaba katarak saçılma özelliklerini korur, bu nedenle daha iyi bir algoritma olduğunu kanıtlar.

interferometri

Faz verilerini atmak yerine, ondan bilgi çıkarılabilir. Aynı arazinin çok benzer konumlardan iki gözlemi mevcutsa, boyutları iki ölçümün ayrımına eşit olan bir radar sisteminin vereceği çözünürlük performansını sağlamak için açıklık sentezi yapılabilir. Bu tekniğe interferometrik SAR veya InSAR denir .

İki örnek aynı anda elde edilirse (belki de aynı uçağa iki anten yerleştirerek, aralarında biraz mesafe bırakarak), herhangi bir faz farkı, radar yankısının döndüğü açı hakkında bilgi içerecektir. Bunu mesafe bilgisi ile birleştirerek, görüntü pikselinin üç boyutlu konumu belirlenebilir. Başka bir deyişle, tek bir uçak geçişi ile bir dijital yükseklik modeli (DEM) üreterek, radar yansımasının yanı sıra arazi irtifasını da elde edebilirsiniz . Kanada Uzaktan Algılama Merkezi'ndeki bir uçak uygulaması, 5 m çözünürlüğe ve yine yaklaşık 5 m irtifa hatalarına sahip sayısal yükseklik haritaları üretti. Shuttle Radar Topography Mission'dan alınan verileri kullanarak, Dünya yüzeyinin birçok bölgesini benzeri görülmemiş bir doğrulukla haritalamak için interferometri kullanıldı .

İki numune zaman içinde, belki de aynı arazi üzerindeki iki uçuştan ayrılırsa, o zaman iki olası faz kayması kaynağı vardır. Birincisi, yukarıda tartışıldığı gibi arazi yüksekliğidir. İkincisi, arazi hareketidir: arazi gözlemler arasında kaymışsa, farklı bir aşamaya dönecektir. Önemli bir faz farkına neden olmak için gereken kayma miktarı, kullanılan dalga boyuna göredir. Bu, eğer arazi santimetre kayıyorsa, ortaya çıkan görüntüde görülebileceği anlamına gelir ( iki tür faz farkını ayırmak için bir dijital yükseklik haritası mevcut olmalıdır; bir tane üretmek için üçüncü bir geçiş gerekli olabilir).

Bu ikinci yöntem, jeoloji ve coğrafyada güçlü bir araç sunmaktadır . Buzul akışı iki geçişle haritalanabilir. Küçük bir depremden sonra veya bir volkanik patlamadan sonra (tüm yanardağın birkaç santimetre küçülmesini gösteren) arazi deformasyonunu gösteren haritalar yayınlandı.

diferansiyel interferometri

Diferansiyel interferometri (D-InSAR), bir DEM eklenerek en az iki görüntü alınmasını gerektirir. DEM, GPS ölçümleri ile üretilebilir veya görüntü çiftlerinin alınması arasındaki süre kısa olduğu sürece, hedef yüzeyin görüntüsünün minimum bozulmasını garanti eden interferometri ile üretilebilir. Prensipte, benzer görüntü elde etme geometrisine sahip zemin alanının 3 görüntüsü D-InSar için genellikle yeterlidir. Yer hareketini algılama prensibi oldukça basittir. İlk iki görüntüden bir interferogram oluşturulur; buna referans interferogram veya topografik interferogram da denir. Topografi + bozulmayı yakalayan ikinci bir interferogram oluşturulur. İkincisini referans interferogramdan çıkarmak, hareketi gösteren diferansiyel saçakları ortaya çıkarabilir. Tanımlanan 3 görüntülü D-InSAR oluşturma tekniğine 3 geçişli veya çift fark yöntemi denir.

Diferansiyel interferogramda saçak olarak kalan diferansiyel saçaklar, yerdeki herhangi bir yer değiştirmiş noktanın bir interferogramdan diğerine SAR aralığı değişikliklerinin bir sonucudur. Diferansiyel interferogramda, her bir saçak, ERS ve RADARSAT tek fazlı çevrim için yaklaşık 5.6 cm olan SAR dalga boyu ile doğru orantılıdır. Yüzeyin uydu bakış yönünden uzaklaşması, yol (faza çevirme) farkının artmasına neden olur. Sinyal SAR anteninden hedefe ve tekrar geri gittiği için ölçülen yer değiştirme dalga boyu biriminin iki katıdır. Bu, diferansiyel interferometride bir saçak döngüsü - π ila + π veya bir dalga boyunun, SAR antenine göre sadece yarım dalga boyundaki (2,8 cm) bir yer değiştirmeye karşılık geldiği anlamına gelir . D-InSAR araçları ile oturma hareketi, şev stabilite analizi, heyelan, buzul hareketi vb. ölçümleri hakkında çeşitli yayınlar bulunmaktadır. Uydu SAR yükselen geçişinden ve alçalan geçişten diferansiyel interferometrinin 3 boyutlu yer hareketini tahmin etmek için kullanılabileceği bu tekniğe daha fazla ilerleme. Bu alandaki araştırmalar, GPS tabanlı ölçümlerle karşılaştırılabilir doğruluklarla 3 boyutlu yer hareketinin doğru ölçümlerini göstermiştir.

Tomo-SAR

SAR Tomografi, çok temelli interferometri olarak adlandırılan bir kavramın alt alanıdır. Işın oluşumu konseptini kullanan görüntülemeye 3 boyutlu bir poz vermek için geliştirilmiştir. Bilgi alımı sırasında kullanım, SAR verilerinin büyüklüğü ve faz bileşenleri arasında odaklanmış bir faz endişesi gerektirdiğinde kullanılabilir. Tomo-SAR'ın en büyük avantajlarından biri, hareketleri ne kadar farklı olursa olsun, saçılan parametreleri ayırabilmesidir. Tomo-SAR'ın diferansiyel interferometri ile kullanılması üzerine "diferansiyel tomografi" (Diff-Tomo) adlı yeni bir kombinasyon geliştirildi.

Tomo-SAR, Buz Hacmi ve Orman Zamansal Tutarlılığının tasviri olan radar görüntülemeye dayalı bir uygulamaya sahiptir ( Zamansal tutarlılık , zaman içinde farklı anlarda gözlenen dalgalar arasındaki korelasyonu tanımlar).

Ultra geniş bant SAR

Geleneksel radar sistemleri, oldukça dar bir frekans aralığında radyo enerjisi patlamaları yayar. Dar bantlı bir kanal, tanım gereği, modülasyonda hızlı değişikliklere izin vermez. Sinyalin varış zamanını ortaya çıkaran, alınan bir sinyaldeki değişiklik olduğu için (tabii ki değişmeyen bir sinyal, hedeften yansıdığı "ne zaman" hakkında hiçbir şey göstermeyecektir), modülasyonda yalnızca yavaş bir değişiklik olan bir sinyal, mesafeyi ortaya çıkaramaz. modülasyonda hızlı bir değişime sahip bir sinyalin yanı sıra hedefe.

Ultra geniş bant (UWB), çok büyük bir bant genişliği kullanan herhangi bir radyo iletimini ifade eder - bu, modülasyonda çok hızlı değişiklikler kullandığını söylemekle aynıdır. Bir sinyali "UWB" olarak nitelendiren ayarlanmış bir bant genişliği değeri olmamasına rağmen, merkez frekansının oldukça büyük bir bölümünden (tipik olarak yaklaşık yüzde on kadar) daha büyük bant genişlikleri kullanan sistemlere çoğunlukla "UWB" sistemleri denir. Tipik bir UWB sistemi, merkez frekansının üçte biri ile yarısı arasında bir bant genişliği kullanabilir. Örneğin, bazı sistemler 3 GHz civarında merkezlenmiş yaklaşık 1 GHz bant genişliği kullanır.

Bir sinyalin bant genişliğini arttırmanın modülasyon biçimleri olduğu kadar çok yolu vardır - bu sadece o modülasyonun oranını arttırmak meselesidir. Bununla birlikte, SAR dahil olmak üzere UWB radarında kullanılan en yaygın iki yöntem, çok kısa darbeler ve yüksek bant genişliği cıvıltısıdır. Bu makalenin başka bir yerinde cıvıldamanın genel bir açıklaması yer almaktadır. Chirped bir sistemin bant genişliği, tasarımcıların istediği kadar dar veya geniş olabilir. "UWB radarı" terimi ile ilişkili daha yaygın bir yöntem olan darbe tabanlı UWB sistemleri burada açıklanmaktadır.

Darbe tabanlı bir radar sistemi, tipik olarak yalnızca birkaç dalga veya daha az olmak üzere çok kısa elektromanyetik enerji darbeleri iletir. Çok kısa bir darbe, elbette, çok hızlı değişen bir sinyaldir ve bu nedenle çok geniş bir bant genişliği kaplar. Bu, mesafenin ve dolayısıyla çözünürlüğün çok daha doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar.

Darbe tabanlı UWB SAR'ın ana dezavantajı, verici ve alıcı ön uç elektroniğinin yüksek güçlü uygulamalar için tasarlanmasının zor olmasıdır. Spesifik olarak, iletim görev döngüsü o kadar düşük ve darbe süresi o kadar kısadır ki, elektronik aksamın geleneksel radarların ortalama gücüyle rekabet edebilmek için son derece yüksek anlık güce sahip olması gerekir. (UWB'nin , Shannon-Hartley teoremindeki bant genişliği ilişkisi nedeniyle ve düşük alım görev döngüsünün daha az gürültü alması nedeniyle dar bant sinyali üzerinden kanal kapasitesinde kayda değer bir kazanç sağladığı doğru olsa da, sinyal-gürültü oranını arttırır. geleneksel radar tipik bir darbe tabanlı radardan birkaç büyüklük sırası daha güçlü olabileceğinden, bağlantı bütçesinde hala dikkate değer bir eşitsizlik vardır.) Bu nedenle darbe tabanlı UWB SAR, tipik olarak, mikrowatt veya miliwatt cinsinden ortalama güç seviyeleri gerektiren uygulamalarda kullanılır. menzil ve dolayısıyla daha küçük, daha yakın hedef alanları (birkaç on metre) taramak için veya alınan sinyalin uzun süreli entegrasyonunun (birkaç dakika boyunca) mümkün olduğu durumlarda kullanılır. Ancak, bu sınırlamanın cıvıl cıvıl UWB radar sistemlerinde çözüldüğünü unutmayın.

UWB radarının başlıca avantajları, daha iyi çözünürlük ( ticari kullanıma hazır elektronikler kullanan birkaç milimetre ) ve hedef yansıtma hakkında daha fazla spektral bilgidir.

Doppler ışını keskinleştirme

Doppler Işın Keskinleştirme, genellikle, gerçek ışını onsuz işleyerek elde edilebilecek olandan daha iyi çözünürlük elde etmek için odaklanmamış gerçek ışın faz geçmişini işleme yöntemini ifade eder. Radar anteninin gerçek açıklığı (kullanılan dalga boyuna kıyasla) çok küçük olduğundan, radar enerjisi geniş bir alana (genellikle birçok derece genişliğinde) platformun (uçak) yönüne ortogonal (dik açılarda) yayılır. )). Doppler ışını keskinleştirme, platformun önündeki hedeflerin bir Doppler yukarı kaydırılmış sinyal (frekansta biraz daha yüksek) döndürmesi ve platformun arkasındaki hedeflerin bir Doppler aşağı kaydırma sinyali (frekansı biraz daha düşük) döndürmesi bakımından platformun hareketinden yararlanır.

Kayma miktarı, orto-normal yönden ileri veya geri açıya göre değişir. Platformun hızı bilinerek, hedef sinyal dönüşü, zamanla değişen belirli bir açı "bin" içine yerleştirilir. Sinyaller zamanla entegre edilir ve böylece radar "ışınları" sentetik olarak çok daha küçük bir açıklığa indirgenir - veya daha doğru bir şekilde (ve daha küçük Doppler kaymalarını ayırt etme yeteneğine dayanarak) sistem aynı anda yüzlerce çok "sıkı" ışına sahip olabilir. Bu teknik, açısal çözünürlüğü önemli ölçüde geliştirir; ancak, menzil çözünürlüğü için bu teknikten yararlanmak çok daha zordur. (bkz. darbe doppler radarı ).

Cıvıl cıvıl (darbe sıkıştırılmış) radarlar

Birçok radar sistemi için (genellikle SAR sistemlerinde de bulunur) ortak bir teknik , sinyali " cıvıldamak " tır . Bir "cıvıltı" radarında, darbenin çok daha uzun olmasına izin verilir. Daha uzun bir darbe daha fazla enerjinin yayılmasına ve dolayısıyla alınmasına izin verir, ancak genellikle menzil çözünürlüğünü engeller. Ancak cıvıl cıvıl bir radarda, bu daha uzun nabız, nabız sırasında bir frekans kaymasına da sahiptir (dolayısıyla cıvıltı veya frekans kayması). "Crped" sinyali geri döndüğünde, gönderilen darbe ile ilişkilendirilmelidir. Klasik olarak, analog sistemlerde, frekansa bağlı olarak değişen yayılma hızı özelliğine sahip bir dağıtıcı gecikme hattına (genellikle bir yüzey akustik dalga cihazı) iletilir . Bu teknik, darbeyi zaman içinde "sıkıştırır" - böylece daha uzun darbe uzunluğunun (çok daha fazla sinyal döndürülmesi) avantajına sahipken çok daha kısa bir darbe (gelişmiş aralık çözünürlüğü) etkisine sahiptir. Daha yeni sistemler, sinyaldeki darbe dönüşünü bulmak için dijital darbe korelasyonunu kullanır.

Tipik çalışma

NASA'nın AirSAR aleti bir DC-8'in yanına takılı

Tipik bir SAR uygulamasında, bir uçağa veya uzay aracına, antenin yayılan ışınının önemli bir bileşeninin uçuş yolu yönüne dik bir dalga yayılma yönüne sahip olacağı şekilde tek bir radar anteni takılır. Işının dikey yönde geniş olmasına izin verilir, böylece araziyi neredeyse uçağın altından ufka doğru aydınlatır.

Görüntünün menzil boyutundaki çözünürlük, ya tamamı belirli bir bant genişliği içinde bir taşıyıcı frekansından ve gerekli yan bantlardan oluşan kısa darbeler yayarak ya da daha uzun " cıvıltı darbeleri " kullanarak çok kısa zaman aralıklarını tanımlayan darbeler oluşturarak gerçekleştirilir . hangi frekans bu bant genişliği içinde zamanla (genellikle doğrusal olarak) değişir. Yankıların geri döndüğü farklı zamanlar, farklı mesafelerdeki noktaların ayırt edilmesini sağlar.

SAOCOM uydularının SAR anteni .

Toplam sinyal, zeminin huzme genişliği büyüklüğündeki bir parçasından gelen sinyaldir. Çapraz menzil yönünde dar bir huzme üretmek için kırınım etkileri, antenin o boyutta geniş olmasını gerektirir. Bu nedenle, ışın genişliği içinde oldukları sürece devam eden dönüşlerin güçleriyle ortak menzil noktalarını birbirinden ayırt etmek, uçakta taşınabilen antenlerle zordur, çünkü onların ışınları, yalnızca yaklaşık iki sıra doğrusal genişliğe sahip olabilir. aralığından daha küçüktür (yüzlerce kez). (Uzay aracıyla taşınabilenler 10 veya daha fazla kat daha iyisini yapabilir.) Bununla birlikte, hem genlik hem de geri dönüşlerin fazı kaydedilirse, o zaman bu çok hedefli dönüşün herhangi bir küçük sahne öğesinden radyal olarak saçılan kısmı tarafından çıkarılabilir. toplam getiri ile bu tür her bir unsurdan beklenen getiri şeklinin faz-vektör korelasyonu. Dikkatli tasarım ve çalıştırma, örneğin 300 km'de 30 cm veya yaklaşık 200 mil (320 km)'de yaklaşık bir fit gibi aralığın milyonda birinden daha küçük öğelerin çözünürlüğünü sağlayabilir.

Süreç, uzaysal olarak dağılmış gözlemler serisinin, sanki hepsi aynı anda, ışın genişliği kadar bir antenle yapılmış ve o noktaya odaklanmış gibi birleştirilmesi olarak düşünülebilir. Bu işlemle maksimum sistem aralığında simüle edilen "sentetik açıklık" sadece gerçek antenden daha uzun olmakla kalmaz, aynı zamanda pratik uygulamalarda radar uçaklarından çok daha uzundur ve radar uzay aracından çok daha uzundur.

SAR'ın menzil koordinatındaki görüntü çözünürlüğü (mesafe birimi başına görüntü pikseli olarak ifade edilir), esas olarak hangi tür darbe kullanılırsa kullanılsın radyo bant genişliği ile orantılıdır. Çapraz aralık koordinatında, benzer çözünürlük esas olarak ışın genişliği içindeki sinyal dönüşlerinin Doppler kaymasının bant genişliği ile orantılıdır. Doppler frekansı, saçılma noktası yönünün borda yönünden açısına bağlı olduğundan, huzme genişliği içinde mevcut olan Doppler bant genişliği tüm aralıklarda aynıdır. Bu nedenle, her iki görüntü boyutundaki teorik uzamsal çözünürlük sınırları, aralık değişimi ile sabit kalır. Bununla birlikte, pratikte, hem veri toplama süresi ile biriken hatalar hem de son işlemede kullanılan özel teknikler, uzun aralıklarda çapraz aralık çözünürlüğünü daha da sınırlar.

Elektromanyetik dalgaların yayılma hızı ve yönünün doğal sabitliği nedeniyle, dönüş gecikme süresinin geometrik aralığa dönüştürülmesi çok doğru olabilir. Bununla birlikte, hiçbir zaman tekdüze olmayan ve asla durgun olmayan bir atmosferde uçan bir uçak için, sinyal iletimi ve alım sürelerinin antenin ardışık geometrik konumlarıyla ilişkilendirilmesine, uçuşta algılanan düzensizlikleri hesaba katmak için geri dönüş fazlarının sürekli ayarlanması eşlik etmelidir. yol. Uzay aracındaki SAR'lar, bu atmosfer probleminden kaçınır, ancak yine de, uzay aracının dönüşleri nedeniyle bilinen anten hareketleri için, hatta yerleşik makinelerin hareketlerine tepkiler olsa bile, düzeltmeler yapması gerekir. İnsanlı bir uzay aracında bir SAR'ın bulunması, veri toplama periyotları sırasında insanların araca göre dikkatli bir şekilde hareketsiz kalmasını gerektirebilir.

SAR'lara yapılan bazı referanslar onları "radar teleskopları" olarak nitelendirmiş olsa da, gerçek optik analojileri mikroskoptur, görüntülerindeki detay sentetik açıklığın uzunluğundan daha küçüktür. Radar mühendisliği terimleriyle, hedef alan aydınlatıcı antenin " uzak alanı " içindeyken , simüle edilenin "yakın alanı" içindedir.

Herhangi bir görüntünün aralık kapsamındaki saçıcılardan gelen dönüşler, eşleşen bir zaman aralığına yayılır. Darbeler arası periyot, herhangi bir darbeden en uzak menzilli dönüşlerin bir sonraki darbeden en yakın menzilli olanlar görünmeye başlamadan önce bitmesine izin verecek kadar uzun olmalıdır, böylece bunlar zamanla örtüşmez. Öte yandan, darbeler arası hızı, istenen aralıkta (veya huzmede) çözünürlük için yeterli örnekleri sağlamaya yetecek kadar hızlı olmalıdır. Radar yüksek hızlı bir araç tarafından taşınacaksa ve geniş bir alanı iyi çözünürlükte görüntüleyecekse, bu koşullar çatışabilir ve SAR'ın belirsizlik sorunu olarak adlandırılan şeye yol açabilir. Aynı düşünceler "geleneksel" radarlar için de geçerlidir, ancak bu sorun, yalnızca çözünürlük, yalnızca SAR süreçleri yoluyla elde edilebilecek kadar iyi olduğunda önemli ölçüde ortaya çıkar. Problemin temelinde tek bir anten tarafından sağlanan tek sinyal-giriş kanalının bilgi taşıma kapasitesi olduğu için tek çözüm ek antenler tarafından beslenen ek kanalların kullanılmasıdır. Sistem daha sonra bir SAR ve aşamalı bir dizinin bir melezi haline gelir ve bazen bir Vernier dizisi olarak adlandırılır.

Veri işleme

Gözlem dizilerini birleştirmek, genellikle Fourier dönüşüm teknikleri kullanılarak önemli hesaplama kaynakları gerektirir . Artık mevcut olan yüksek dijital hesaplama hızı, bu tür işlemlerin bir SAR uçağında neredeyse gerçek zamanlı olarak yapılmasına izin veriyor. (Sinyalin tüm parçaları alınana kadar mutlaka minimum bir gecikme süresi vardır.) Sonuç, hem genlik hem de faz dahil olmak üzere bir radar yansıtma haritasıdır.

Genlik verileri

Genlik bilgisi, harita benzeri bir ekranda gösterildiğinde, siyah beyaz bir fotoğrafın verdiğine çok benzer şekilde zemin örtüsü hakkında bilgi verir. Ayrıntılı hedef alan analizi için belirli görüntü özelliklerini vurgulamak amacıyla, çeşitli amaçlar için araç kaynaklı istasyonlarda veya yer istasyonlarında işlemedeki değişiklikler de yapılabilir.

Faz verileri

Bir görüntüdeki faz bilgisi genellikle bir görüntü görüntüleme cihazının insan gözlemcisine sunulmasa da, sayısal olarak korunabilir ve bazen hedeflerin belirli ek özelliklerinin tanınmasına izin verir.

tutarlılık benek

Ne yazık ki, komşu görüntü resim elemanları arasındaki faz farkı ( "piksel") de "tutarlılık olarak adlandırılan rasgele parazit etkileri üretmek benek çözünürlük mertebesinde boyutlara sahip taneciklenme bir çeşit a almak için çözünürlük kavramı neden olan" çok farklı bir anlam. Bu etki, lazerle aydınlatılmış optik sahnelerde hem görsel hem de fotoğrafik olarak görülenle aynıdır. Bu rastgele benek yapısının ölçeği, dalga boylarındaki sentetik açıklığın boyutu tarafından yönetilir ve sistemin çözünürlüğünden daha iyi olamaz. Benek yapısı, çözünürlük pahasına bastırılabilir.

optik holografi

Hızlı dijital bilgisayarlar bulunmadan önce, veri işleme bir optik holografi tekniği kullanılarak yapıldı. Analog radar verileri, filmin sinyal bant genişliklerini (örneğin, 0,6 metrelik bir dalga boyu kullanan bir radar için 1:1,000,000) korumasına izin veren bir ölçekte fotoğraf filmi üzerine bir holografik girişim deseni olarak kaydedildi. Daha sonra, örneğin hologramdan geçen 0,6 mikrometre dalgalar (bir helyum-neon lazerden gelen gibi) kullanan ışık, bir metre civarında makul işlemci odak mesafelerinde başka bir filme kaydedilebilir bir ölçekte bir arazi görüntüsünü yansıtabilir. Bu işe yaradı çünkü hem SAR hem de aşamalı diziler temelde optik holografiye benziyor, ancak ışık dalgaları yerine mikrodalgalar kullanıyor. Bu radar amacı için geliştirilen "optik veri işlemcileri", ilk etkili analog optik bilgisayar sistemleriydi ve aslında, holografik teknik tamamen optik görüntülemeye uyarlanmadan önce tasarlandı. Radar sinyallerindeki farklı menzil kaynakları ve menziller arası sinyal yapıları nedeniyle, SAR için optik veri işlemcileri sadece hem küresel hem de silindirik lensleri değil, bazen konik olanları da içeriyordu.

Görüntü görünümü

Aşağıdaki hususlar, gerçek açıklıklı arazi görüntüleme radarları için de geçerlidir, ancak menzildeki çözünürlük, yalnızca bir SAR'dan elde edilebilen bir çapraz ışın çözünürlüğü ile eşleştirildiğinde daha fazla sonuç doğurur.

Aralık, çapraz aralık ve açılar

Bir radar görüntüsünün iki boyutu menzil ve çapraz menzildir. Sınırlı arazi parçalarının radar görüntüleri, eğik fotoğraflara benzeyebilir, ancak radarın konumundan çekilmiş olanlara benzemez. Bunun nedeni, bir radar görüntüsündeki menzil koordinatının, eğik bir fotoğrafın dikey açı koordinatına dik olmasıdır. Bu nedenle, böyle bir görüntüyü izlemek için görünen giriş-gözbebeği konumu (veya kamera merkezi ), radarda gibi değil, izleyicinin görüş hattının, radar ve hedefi bağlayan eğik menzil yönüne dik olduğu bir noktadadır. , eğik aralık görüntünün üstünden altına doğru artar.

Düz araziye eğim aralıkları dikey açıda değişiklik gösterdiğinden, bu tür arazinin her yüksekliği eğri bir yüzey, özellikle hiperbolik bir kosinüs gibi görünür . Çeşitli aralıklardaki dikeyler bu eğrilere diktir. İzleyicinin görünen yönleri, eğrinin "hypcos" eksenine paraleldir. Radarın hemen altındaki nesneler, optik olarak yatay olarak (yani yandan) görüntüleniyormuş gibi, uzak mesafelerde olanlar ise optik olarak doğrudan yukarıdan görüntüleniyormuş gibi görünür. Bu eğrilikler, dik eğimli aralıklar da dahil olmak üzere, yakın mesafeli arazinin geniş uzantıları görüntülenmedikçe belirgin değildir.

Yukarıda belirtildiği gibi görüntülendiğinde, küçük alanların ince çözünürlüklü radar görüntüleri iki nedenden dolayı en çok tanıdık optik görüntülere benzer görünebilir. İlk neden, sahnede bir bayrak direği hayal ederek kolayca anlaşılır. Üst ucuna olan eğim aralığı, tabanına göre daha azdır. Bu nedenle, direk sadece yukarıdaki yönde bakıldığında doğru şekilde yukarıdan yukarı görünebilir. İkinci olarak, radar aydınlatması aşağı doğru olduğundan, gölgeler en tanıdık "tepeden aydınlatma" yönünde görülür.

Direğin tepesinin görüntüsünün, aynı eğimli yay aralığında, ancak daha kısa bir yatay aralıkta ("zemin aralığı") olan bazı arazi noktalarının üzerine bineceğini unutmayın. Hem aydınlatmaya hem de görünen bakış noktasına bakan sahne yüzeylerinin görüntüleri, o bakış açısından bakıldığında optik bir sahneninkilere benzeyen geometrilere sahip olacaktır. Ancak, radara bakan eğimler kısaltılacak ve radara bakan eğimler yatay (harita) boyutlarından uzatılacaktır. Bu nedenle ilki aydınlatılacak ve ikincisi soluklaşacaktır.

Eğim aralığına dik olandan daha dik olan eğimlerden elde edilen dönüşler, daha yakın bir zemin aralığındaki daha düşük rakımlı arazilerin üzerine bindirilecektir, hem görünür hem de iç içedir. Bu özellikle binaların duvarları gibi dikey yüzeyler için geçerlidir. Bir yüzey eğik aralığa dikten daha dik olduğunda ortaya çıkan bir başka görüntüleme rahatsızlığı, daha sonra bir yüzü aydınlatılması, ancak arka yüzden "görülmesi" dir. Daha sonra, örneğin, bir binanın radara bakan duvarını sanki içeridenmiş gibi "görür", binanın iç ve arka duvarı (izleyiciye en yakın olan, dolayısıyla optik olarak görülebilmesi beklenen) ortadan kaybolmuştur, aydınlatmadan yoksun oldukları için ön duvarın ve çatının gölgesinde kalıyorlar. Çatıdan bir miktar dönüş, ön duvardan gelenin üzerine gelebilir ve her ikisi de binanın önündeki araziden dönüşün üzerine gelebilir. Görünür bina gölgesi, tüm aydınlatılmış öğeleri içerecektir. Uzun gölgeler, görüntüyü oluşturmak için gereken "zamana maruz kalma" sırasında aydınlatıcı antenin hareketi nedeniyle bulanık kenarlar sergileyebilir.

Artefaktları ve gölgeleri yansıtma

Genellikle pürüzlü olduğunu düşündüğümüz yüzeyler, eğer bu pürüzlülük radar dalga boyundan daha az kabartma içeriyorsa, böyle bir yüzeyin ötesinde, önündeki nesnelerin ek görüntülerini gösteren pürüzsüz aynalar gibi davranır. Bu ayna görüntüleri, bazen tüm gölgeyi doldurarak yansıtma yüzeyinin gölgesi içinde görünecek ve böylece gölgenin tanınmasını engelleyecektir.

SAR'lar için geçerli olan ancak gerçek açıklıklı radarlar için geçerli olmayan önemli bir gerçek, herhangi bir sahne noktasının bindirme yönünün doğrudan radara doğru değil, SAR'ın mevcut yol yönünün hedef noktasına en yakın olan noktasına doğru olmasıdır. SAR tam olarak borda yönünden uzağa veya ileriye "çarpıyorsa", aydınlatma yönü ve dolayısıyla gölge yönü kaplama yönünün tersi olmayacak, ondan sağa veya sola eğimli olacaktır. Görüntü bindirme yönü dikey olacak, SAR'ın uçuş yolu görüntünün üzerinde olacak ve menzil biraz aşağı doğru artacak şekilde görüntülendiğinde doğru projeksiyon geometrisine sahip bir görüntü belirecektir.

Hareket halindeki nesneler

Bir SAR sahnesinde hareket halindeki nesneler, geri dönüşlerin Doppler frekanslarını değiştirir. Bu nedenle, bu tür nesneler, hızlarının menzil-yönü bileşeniyle orantılı miktarlar ile menzil-arası yönde dengelenmiş konumlarda görüntüde görünürler. Karayolu araçları yolun dışında gösterilebilir ve bu nedenle karayolu trafik öğeleri olarak tanınmayabilir. Raylarından uzakta görünen trenler, bilinen raylara paralel uzunlukları ve her ikisi de tren tarafından gölgelenen eşit uzunlukta bir ray yatağı imzası ve bazı bitişik arazilerin olmaması ile daha kolay bir şekilde tanınır. Hareket halindeki teknelerin görüntüleri, uyanmalarının önceki bölümlerinin çizgisinden dengelenebilse de, gemi izinin hala bir kısmının hareketini paylaşan daha yakın tarihli bölümleri, tekne görüntüsünü nispeten hareketsiz olan uzak mesafeye bağlayan eğriler olarak görünür. kıç uyanık. Bu gibi tanımlanabilir durumlarda, hareket eden öğelerin hızı ve yönü, ofset miktarlarından belirlenebilir. Bir hedefin hareketinin yol boyunca bileşeni, bir miktar bulanıklaşmaya neden olur. Rüzgarla çalışan ağaç yaprakları, engebeli arazide sürülen araçlar veya yürüyen veya koşan insanlar veya diğer hayvanlar gibi rastgele hareketler genellikle bu öğeleri odaklanamaz hale getirir, bu da bulanıklığa ve hatta etkili görünmezliğe neden olur.

Bu hususlar, tutarlılıktan kaynaklanan benek yapısı ile birlikte, SAR görüntülerini doğru bir şekilde yorumlamak için alışmak biraz zaman alır. Buna yardımcı olmak için, bilinen araziler ve kültürel nesneler üzerinde birçok test uçuşu gerçekleştirilerek önemli hedef imzalarından oluşan geniş koleksiyonlar toplanmıştır.

Tarih

Carl A. Wiley, bir matematikçi Goodyear Aircraft Company yılında Litchfield Park, Arizona için bir korelasyon rehberlik sistemi üzerinde çalışırken, Haziran 1951 yılında yapay açıklıklı radar icat Atlas ICBM programı. 1952'nin başlarında Wiley, Fred Heisley ve Bill Welty ile birlikte DOUSER (" Doppler Işınsız Arama Radarı") olarak bilinen bir kavram doğrulama sistemi kurdu . 1950'ler ve 1960'lar boyunca, Goodyear Aircraft (daha sonra Goodyear Aerospace) SAR teknolojisinde, çoğu Don Beckerleg'in yardımıyla olmak üzere, çok sayıda gelişme başlattı .

Wiley'in çalışmasından bağımsız olarak, 1952 başlarında Sherwin ve Illinois Üniversitesi Kontrol Sistemleri Laboratuvarı'ndaki diğerleri tarafından yapılan deneysel denemeler, "büyük ölçüde geliştirilmiş açısal çözünürlüğe sahip radar sistemleri için temel sağlayabileceğine" ve hatta sistemlere yol açabileceğine işaret ettiklerini gösterdi. aynı anda tüm aralıklarda odaklanma.

Bu programların her ikisinde de radar dönüşlerinin işlenmesi elektrik devresi filtreleme yöntemleri ile yapılmıştır. Özünde, uygun aralık konumlarında eşleşen açısal konumlarda görüntülenen Doppler frekansı tanımlı görüntü yoğunluklarının izole ayrı bantlarındaki sinyal gücü. Dönüş sinyallerinin sadece merkezi (sıfır-Doppler bandı) kısmı kullanıldığında, etki sanki ışının sadece o merkezi kısmı varmış gibi idi. Bu, Doppler Işın Keskinleştirme terimine yol açtı. Birkaç bitişik sıfır olmayan Doppler frekans bandından gelen sonuçların görüntülenmesi, daha fazla "ışın-alt-bölme" (bazen "odaklanmamış radar" olarak adlandırılır, ancak "yarı odaklı" olarak kabul edilebilir) başardı. Wiley'in 1954'te başvurusu yapılan patenti, yine de benzer bir işlem önermektedir. Devrenin o zaman mevcut olması, bu şemaların çözünürlüğü daha da iyileştirebileceği kapsamı sınırladı.

İlke, General Electric'ten Walter Hausz tarafından kaleme alınan ve 1952 Savunma Bakanlığı'nın TEOTA ("Ordunun Gözleri") adlı yaz çalışma konferansının o zamanki gizli raporunun bir parçası olan bir muhtırada yer aldı. askeri keşif ve teknik istihbarat toplama için yararlı teknikler. Michigan Üniversitesi'nde 1953'te Wolverine Projesi adı verilen devam eden bir yaz programı , Doppler destekli alt ışın genişliği çözünürlüğü de dahil olmak üzere çeşitli TEOTA konularını Savunma Bakanlığı (DoD) tarafından çeşitli zamanlarda desteklenecek araştırma çabaları olarak tanımladı. akademik ve endüstriyel araştırma laboratuvarları. Aynı yıl, Illinois grubu , önemli miktarda alt-ışın genişliği çözünürlüğü sergileyen bir "şerit haritası" görüntüsü üretti.

Daha gelişmiş odaklı bir radar projesi, 1953'te Michigan Üniversitesi'nin Willow Run Araştırma Merkezi'nde (WRRC) üç hizmet destekli (Ordu, Deniz Kuvvetleri, Hava Kuvvetleri) bir program olan Michigan Projesi'ne atanan birkaç uzaktan algılama şeması arasındaydı. Ordu Sinyal Birlikleri tarafından yönetiliyor . Başlangıçta yan görüşlü radar projesi olarak adlandırılan proje, önce Radar Laboratuvarı, daha sonra Radar ve Optik Laboratuvarı olarak bilinen bir grup tarafından gerçekleştirildi. Sadece birkaç belirli Doppler kaymasının kısa vadeli varlığını değil, aynı zamanda her hedeften ışını geçerken sürekli değişen kaymaların tüm tarihini hesaba katmayı önerdi. Bu gruptan Dr. Louis J. Cutrona, Weston E. Vivian ve Emmett N. Leith tarafından yapılan erken bir analiz , böyle tam odaklı bir sistemin, tüm aralıklarda, genişliğe (veya bazı kriterlere göre) eşit bir çözünürlük vermesi gerektiğini gösterdi. , radar uçağında taşınan gerçek antenin yarı genişliği) ve sürekli olarak uçağın yoluna en geniş tarafı işaret etti.

Gerekli veri işleme, alınan sinyallerin çeşitli aralıklarda birim genlikli kaynaklardan beklenecek sinyal formlarının örnekleriyle çapraz korelasyonlarının hesaplanması anlamına geliyordu. O zamanlar, büyük dijital bilgisayarlar bile günümüzün dört fonksiyonlu avuçiçi hesap makinelerinin seviyelerine yakın yeteneklere sahipti, dolayısıyla bu kadar büyük miktarda hesaplama yapabilecek durumda değildi. Bunun yerine, korelasyon hesaplamalarını yapmak için kullanılan cihaz bir optik korelatör olacaktı .

Gezici anten tarafından alınan ve tutarlı bir şekilde tespit edilen sinyallerin, bir katot ışını tüpünün yüzünün çapı boyunca tek bir menzil-iz çizgisi olarak görüntülenmesi önerildi , çizginin ardışık formları, dikey olarak hareket eden bir film üzerine yansıtılan görüntüler olarak kaydediliyor. o çizginin uzunluğu. Geliştirilen film hakkındaki bilgiler, daha sonra, projenin ana görevi olarak tasarlanacak ekipman üzerinde laboratuvarda işlenecekti. İlk işlemci önerisinde, bir lens düzenlemesinin, ışığı hem sinyal filminden hem de bilinen sinyal modelini içeren başka bir filmden art arda geçirerek, kaydedilen sinyalleri bilinen sinyal formlarıyla nokta nokta çoğaltması bekleniyordu. Korelasyonun müteakip toplama veya entegrasyon adımı, bir veya daha fazla küresel ve silindirik merceğin odaklama eylemiyle uygun çarpma ürünleri setlerini yakınsayarak yapılacaktı. İşlemci, aslında, aynı anda birçok kanalda (birçok ışık "ışınları" ile) büyük ölçekli skaler aritmetik hesaplamalar yapan bir optik analog bilgisayar olacaktı . Sonuç olarak, çıktıları tam çözümün kareleme bileşenleri olarak birleştirilecek bu tür iki cihaza ihtiyaç duyulacaktır.

Neyse ki (görünüşe göre), ekipmanı küçük tutma isteği, referans modelin 35 mm filme kaydedilmesine yol açmıştı . Denemeler, film üzerindeki desenlerin, keskin nihai odaklamayı engelleyen belirgin kırınım efektleri gösterecek kadar ince olduğunu hemen gösterdi.

Bu, bağdaştırıcıyı tasarlayan bir fizikçi olan Leith'in, kaydın şeritleri bir dizi dizinin çapsal dilimleri gibi çalıştığı için, bu etkilerin kendi içlerinde doğal süreçlerle gerekli işlemenin önemli bir bölümünü gerçekleştirebileceğini fark etmesine yol açtı. dairesel optik bölge plakaları. Bu tür herhangi bir plaka, bir şekilde bir mercek gibi çalışır, her plaka, herhangi bir dalga boyu için belirli bir odak uzunluğuna sahiptir. Skaler olarak kabul edilen kayıt, birçok uzamsal frekansın zıt işaretli vektör çiftleri artı sıfır frekanslı bir "önyargı" miktarı olarak tanındı. Gerekli korelasyon toplamı, bir çift skaler olandan tek bir vektöre değişti.

Her bölge plakası şeridi, biri gerçek, içinden bir ışının bir odağa yakınsadığı ve diğeri, başka bir ışının, bölge plakasının diğer yüzünün ötesinde uzaklaşmış gibi göründüğü sanal olan iki eşit ancak zıt işaretli odak uzunluğuna sahiptir. Sıfır frekans ( DC yanlılığı ) bileşeninin odak noktası yoktur, ancak hem yakınsak hem de uzaklaşan ışınları kaplar. Yakınsayan dalga bileşeninden, diğer ikisinden gelen istenmeyen pus ile örtüşmeyen odaklanmış görüntüler elde etmenin anahtarı, ikincisini bloke ederek, yalnızca istenen ışının uygun şekilde konumlandırılmış bir frekans bandı seçme açıklığından geçmesine izin vermektir.

Her radar menzili, o menzille orantılı bir odak uzunluğuna sahip bir bölge levha şeridi verir. Bu gerçek, optik işlemcilerin tasarımında temel bir komplikasyon haline geldi . Sonuç olarak, zamanın teknik dergileri, menzile göre odak varyasyonu ile başa çıkma yollarına ayrılmış büyük miktarda materyal içerir.

Yaklaşımdaki bu büyük değişiklik için, kullanılan ışığın hem monokrom hem de tutarlı olması gerekiyordu, bu özellikler radar radyasyonunda zaten bir gereklilikti. Lazerler de o zaman gelecekte olacak, tutarlı bir ışık kaynağına o zaman mevcut en iyi yaklaşım, bir cıva buharlı lambanın çıktısıydı , lamba spektrumunun yeşil bandına uyan bir renk filtresinden geçirildi ve daha sonra mümkün olduğunca konsantre edildi. çok küçük bir ışın sınırlayıcı açıklığa. Ortaya çıkan ışık miktarı o kadar zayıftı ki, çok uzun pozlama sürelerinin kullanılması gerekiyordu, uygun veriler elde edildiğinde kullanılmak üzere zamanında uygulanabilir bir optik korelatör monte edildi.

Bu radarı oluşturmak zaten bilinen tekniklere dayanan daha basit bir görev olsa da, bu çalışma, teknolojinin en uç noktasında olan sinyal doğrusallığının ve frekans kararlılığının elde edilmesini gerektiriyordu. Yeterli bir alet Radar Laboratuvarı tarafından tasarlandı ve üretildi ve bir C-46 ( Curtiss Commando ) uçağına yerleştirildi. Uçak, ABD Ordusu tarafından WRRC'ye teslim edildiğinden ve WRRC'nin kendi pilotları ve yer personeli tarafından uçulup bakımı yapıldığından, Radar Laboratuvarı'nın ihtiyaçlarına uygun zamanlarda birçok uçuş için mevcuttu; bu, sık sık yeniden test ve "hata ayıklamaya" izin vermek için önemli bir özellik "Sürekli gelişen karmaşık ekipmanların. Buna karşılık, Illinois grubu, Hava Kuvvetlerine ait bir C-46 kullanmıştı ve AF pilotları tarafından yalnızca ön düzenlemeyle uçtu, bu da araştırmacıların gözünde, istenen uçuş testlerinin sıklığının sınırlı olmasına neden oldu. ekipmanlarının, dolayısıyla testlerden düşük bir geri bildirim bant genişliği. (Daha sonra daha yeni Convair uçaklarıyla yapılan çalışmalar, Michigan grubunun uçuş programlarının yerel kontrolünü sürdürdü.)

Michigan'ın seçtiği 5 fit (1,5 m) genişliğinde İkinci Dünya Savaşı fazlalığı anteni teorik olarak 5 fit (1,5 m) çözünürlük kapasitesine sahipti, ancak ilk başta ışın genişliğinin sadece %10'undan gelen veriler kullanıldı, o zaman hedef şuydu: 50 fit (15 m) çözünürlük göstermek için. Daha iyi çözünürlüğün, uçağın ideal bir rotadan ve uçuş yolundan hareketlerini algılamak ve bu bilgiyi işlemeden önce anten işaretinde ve alınan sinyallerde gerekli düzeltmeleri yapmak için kullanmak için ilave araçların geliştirilmesini gerektireceği anlaşıldı. Küçük atmosferik türbülansın bile uçağı düz uçmaktan alıkoyduğu ve 50 fit (15 m) yeterli veri için yeterli seviyede olduğu sayısız denemeden sonra, Ağustos 1957'de şafaktan önce yapılan bir uçuş, Willow Run Havaalanı bölgesinin harita benzeri bir görüntüsünü verdi. görüntünün bazı bölümlerinde 50 fit (15 m) çözünürlük gösterirken, aydınlatılan ışın genişliği 900 fit (270 m) idi. Programın, sonuç eksikliği gibi görünen nedenlerden dolayı Savunma Bakanlığı tarafından feshedilmesi düşünülmüş olsa da, bu ilk başarı, bu kabul edilen ihtiyaçlara çözümlere yol açan geliştirmeye devam etmek için daha fazla fon sağladı.

İlk başarılı odaklanmış havadan sentetik açıklıklı radar görüntüsü, Willow Run Havaalanı ve civarı, Ağustos 1957. Görüntü Michigan Üniversitesi'nden alınmıştır.

SAR ilkesi ilk olarak, Texas Instruments tarafından yapılan ve bir Beech L-23D uçağına kurulan havadaki bir elementten ve bir mobil yer verisinden oluşan ABD Ordusu deneysel AN/UPD-1 sistemi hakkında Nisan 1960 tarihli bir basın açıklamasıyla kamuoyuna kabul edildi. WRRC tarafından yapılan ve askeri bir minibüse kurulan işleme istasyonu. O zaman, veri işlemcisinin doğası açıklanmadı. Şubat 1961'de IRE ( Enstitü of Radio Engineers ) Professional Group on Military Electronics dergisindeki teknik bir makale , SAR ilkesini ve hem C-46 hem de AN/UPD-1 versiyonlarını tanımladı, ancak verilerin nasıl işlendiğini söylemedi. ne de UPD-1'in maksimum çözünürlük kapasitesi yaklaşık 50 fit (15 m) idi. Bununla birlikte, IRE Professional Group on Information Theory'nin Haziran 1960 sayısında, Michigan grubunun üyeleri tarafından "Optik Veri İşleme ve Filtreleme Sistemleri" hakkında uzun bir makale yer aldı. Radar için bu tekniklerin kullanımına atıfta bulunmasa da, her iki derginin okuyucuları, bazı yazarları paylaşan makaleler arasında bir bağlantının varlığını kolayca anlayabilirdi.

F-4 "Phantom" uçağının bir keşif versiyonunda taşınacak bir operasyonel sistem , hızlı bir şekilde tasarlandı ve düşük çözünürlüğünün kombinasyonu nedeniyle kullanıcılarını olumlu yönde etkilemediği Vietnam'da kısa bir süre kullanıldı. UPD-1'ler), tutarlı dalga görüntülerinin benekli doğası (lazer görüntülerinin benekliliğine benzer) ve menzil/çapraz-aralık görüntülerinin askeri fotoğraf yorumcularının aşina olduğu açı/açı optik görüntülerinden yeterince anlaşılmamış farklılığı. Sağladığı dersler, sonraki araştırmacılar, operasyonel sistem tasarımcıları, görüntü yorumlayıcı eğiticileri ve Savunma Bakanlığı'nın daha fazla geliştirme ve satın alma sponsorları tarafından iyi öğrenildi .

Sonraki çalışmalarda, tekniğin gizli kapasitesi sonunda elde edildi. Gelişmiş radar devre tasarımlarına ve ideal düz uçuştan ayrılmaların hassas algılanmasına bağlı olan bu çalışma, lazer ışık kaynakları kullanan daha sofistike optik işlemciler ve dikkat çekici ölçüde şeffaf camdan yapılmış özel olarak tasarlanmış çok büyük lensler, Michigan grubunun sistem çözünürlüğünü ilerletmesine izin verdi , yaklaşık 5 yıllık aralıklarla, önce 15 fit (4,6 m), sonra 5 fit (1,5 m) ve 1970'lerin ortalarında 1 fit'e (ikincisi, işleme devam ederken yalnızca çok kısa aralık aralıklarında) optik olarak). İkinci seviyeler ve bunlarla ilişkili çok geniş dinamik aralık, güvenlik açıklarına sahip çeşitli çevre araştırmacıları tarafından incelenen toprak, su, bitki örtüsü ve buz özelliklerinin yanı sıra askeri kaygı taşıyan birçok nesneyi tanımlamak için uygun olduğunu kanıtladı. görüntü Benzer şekilde geliştirilmiş operasyonel sistemler, kısa sürede bu daha hassas çözüm adımlarının her birini izledi.

En eski SAR görüntüsünün daha sonra geliştirilmiş çözünürlüklü bir görüntüyle karşılaştırılması. Ek olarak, veri işleme ışık kaynağı bir cıva lambasından bir lazere değiştirildi. Görüntü verileri Michigan Üniversitesi ve Doğal Kaynaklar Kanada'nın izniyle.

5 fit (1,5 m) çözünürlük aşaması bile, katot ışını tüplerinin (ekran çapı boyunca yaklaşık 2000 ayırt edilebilir öğeyle sınırlı), filmleri sinyallemek için yeterince ince ayrıntılar sunması ve yine de geniş aralıklı şeritleri kaplaması yeteneğini aşırı vergilendirdi ve optik işleme sistemlerini benzer şekillerde vergilendirdi. Bununla birlikte, yaklaşık olarak aynı zamanlarda, dijital bilgisayarlar nihayet benzer bir sınırlama olmaksızın işlemeyi yapabilir hale geldi ve sonuçta görüntülerin film yerine katot ışın tüpü monitörlerinde sunulması, ton yeniden üretimi üzerinde daha iyi kontrol ve daha uygun görüntü ölçümü için izin verdi.

Uzun mesafelerde en iyi çözünürlüklerin elde edilmesine, daha büyük bir havadaki anteni sallama yeteneği eklenerek, sınırlı bir hedef alanı sürekli olarak daha güçlü bir şekilde aydınlatmak ve çeşitli açılardan veri toplayarak, anten genişliğinde önceki çözünürlük sınırlamasını ortadan kaldırarak yardımcı oldu. . Bu, artık sürekli alan görüntüleri değil, bunun yerine yalıtılmış arazi parçalarının görüntülerini üreten spot ışığı modu olarak adlandırıldı.

Atmosfer dışı bir platformun son derece düzgün yörünge yolunun, onu SAR operasyonuna ideal olarak uygun hale getirdiği, SAR gelişiminin çok erken dönemlerinde anlaşıldı. Yapay dünya uydularıyla ilgili ilk deneyimler, iyonosfer ve atmosferden geçen sinyallerin Doppler frekans kaymalarının, yüzlerce kilometrelik mesafelerde bile çok ince çözünürlüğün elde edilmesine izin verecek kadar kararlı olduğunu da göstermişti. Dünya'nın ilk uzay kaynaklı SAR görüntüleri, şimdi Quill olarak adlandırılan bir proje tarafından gösterildi (2012'de sınıflandırıldı).

İlk çalışma başladıktan sonra, faydalı sınıflandırılmış sistemler yaratma yeteneklerinden birkaçı daha yirmi yıl boyunca mevcut değildi. Bu görünüşte yavaş ilerleme hızı, genellikle lazer, dijital bilgisayar , devre minyatürleştirme ve kompakt veri depolama gibi diğer icatların ilerlemesiyle hızlandı . Lazer ortaya çıktığında, optik veri işleme, birçok paralel analog kanal sağladığı için hızlı bir süreç haline geldi, ancak sinyal odak uzunluklarını aralıklarla eşleştirmeye uygun optik zincirler tasarlamak, birçok aşamadan geçti ve bazı yeni optik bileşenleri gerektirdiği ortaya çıktı. İşlem, ışık dalgalarının kırınımına bağlı olduğundan, titreşim önleyici montajlar , temiz odalar ve yüksek eğitimli operatörler gerektiriyordu. En iyi durumda bile, veri depolama için CRT'lerin ve filmlerin kullanılması, görüntülerin menzil derinliğine sınırlamalar getirdi.

Birkaç aşamada, dijital hesaplama ekipmanı için sıklıkla aşırı iyimser beklentilere ulaşmanın beklenenden çok daha uzun sürdüğü kanıtlandı. Örneğin, SEASAT sistemi, dijital işlemcisi kullanıma sunulmadan önce yörüngeye girmeye hazırdı, bu nedenle, sistem çalışmasının zamanında onayını almak için hızlı bir şekilde monte edilmiş bir optik kayıt ve işleme şemasının kullanılması gerekiyordu. 1978'de ilk dijital SAR işlemcisi Kanadalı havacılık şirketi MacDonald Dettwiler (MDA) tarafından geliştirildi . Dijital işlemcisi nihayet tamamlanıp kullanıldığında, o zamanın dijital ekipmanının her birkaç saniyelik veri çalışmasından bir görüntü şeridi oluşturması saatler sürdü. Yine de, bu hızda bir düşüş olsa da, görüntü kalitesinde bir adım oldu. Modern yöntemler artık hem yüksek hız hem de yüksek kalite sağlıyor.

Yukarıdakiler sadece birkaç organizasyonun sistem geliştirme katkılarını belirtse de, SAR'ın değeri giderek daha belirgin hale geldikçe diğer birçok grup da oyuncu haline geldi. İlk uzun geliştirme sürecinin organizasyonu ve finansmanı için özellikle önemli olan, federal hükümetteki ekipman satın alma ajanslarında, özellikle de elbette silahlı kuvvetlerde ve askeri kuvvetlerde görev yapan hem sivil hem de üniformalı proje yöneticilerinin bir dizi teknik uzmanlığı ve öngörüsüydü. istihbarat teşkilatlarında ve ayrıca bazı sivil uzay teşkilatlarında.

Bazı yayınlar ve internet siteleri, 1940'larda ince çözünürlüklü radarı icat eden Robert Rines adlı genç bir MIT fizik mezunundan söz ettiğinden, bunlara maruz kalan kişiler bundan neden burada bahsedilmediğini merak edebilirler. Aslında, radar görüntüsüyle ilgili birkaç patentinin hiçbiri aslında bu hedefe sahip değildi. Bunun yerine, radar nesne alanlarının ince çözünürlüklü görüntülerinin zaten bilinen "dielektrik lensler" tarafından gerçekleştirilebileceğini varsaydılar, bu patentlerin yaratıcı kısımları, bu mikrodalga biçimli görüntüleri görünür olanlara dönüştürmenin yollarıydı. Bununla birlikte, bu varsayım, yanlış bir şekilde, bu tür merceklerin ve görüntülerinin optik dalga benzerleriyle karşılaştırılabilir boyutlarda olabileceğini ima etti, oysa mikrodalgaların muazzam derecede daha büyük dalga boyları, aslında merceklerin, tıpkı lensler gibi binlerce fit (veya metre) genişliğinde açıklıklara sahip olmasını gerektiriyordu. SAR'lar tarafından simüle edilenler ve görüntüler nispeten büyük olacaktır. Görünüşe göre bu mucit bu gerçeği fark etmekte başarısız olmakla kalmadı, aynı zamanda onun çeşitli başvurularını onaylayan patent denetçileri ve aynı zamanda hatalı hikayeyi bu kadar geniş çapta yayanlar da öyle. SAR'ı anlamak isteyen kişiler, bu patentlere atıfta bulunarak yanlış yönlendirilmemelidir.

Veri toplama

Cosmos-3M roketinin içinde bir Alman SAR-Lupe keşif uydusu modeli .

Söz konusu arazi üzerinde uçan uçaklar tarafından son derece doğru veriler toplanabilir. Araçlar için bir prototip NASA uzay mekiği sokmayı olarak 1980'lerde, NASA bir sentetik bir açıklık radar işletilen NASA Convair 990 . 1986'da bu uçak kalkışta alev aldı. 1988'de NASA , NASA DC-8 uçağında uçmak için bir C, L ve P-bant SAR'ı yeniden inşa etti . AIRSAR adı verilen bu uçak, 2004 yılına kadar dünyanın çeşitli yerlerinde görev yaptı. Bu tür bir başka uçak olan Convair 580 , bütçe nedeniyle Çevre Kanada'ya devredildiği 1996 yılına kadar Kanada Uzaktan Algılama Merkezi tarafından uçtu. Çoğu arazi araştırması uygulaması artık uydu gözlemi ile gerçekleştirilmektedir. ERS-1 / 2, JERS-1 , Envisat ASAR ve RADARSAT-1 gibi uydular bu tür bir gözlemi gerçekleştirmek için açıkça fırlatıldı. Yetenekleri, özellikle interferometri desteğinde farklılık gösterir, ancak hepsi çok büyük miktarda değerli veri toplamıştır. Uzay Mekiği ayrıca sırasında yapay açıklıklı radar ekipmanı taşınan SIR-A ve SIR-B 1980'lerde misyonlar, Mekik RADAR Laboratuvarı (SRL) 1994 yılında misyon ve srtm 2000 yılında.

Venera 15 ve Venera 16 , daha sonra, ardından Magellan uzay sondası sentetik delik radar kullanılarak birkaç yıl içinde Venüs'ün yüzey haritasını çıkardık.

TitanLigeia Mare'de gelişen özellik (SAR; 21 Ağustos 2014).

Sentetik açıklıklı radar ilk olarak NASA tarafından 1978'de JPL'nin Seasat oşinografik uydusunda kullanıldı (bu görev ayrıca bir altimetre ve bir saçılımölçer taşıyordu ); daha sonra 1981, 1984 ve 1994'te uzay mekiği üzerindeki Spaceborne Imaging Radar (SIR) görevlerinde daha kapsamlı bir şekilde geliştirildi . Cassini'nin Satürn misyonu , gezegenin yüzeyi kısmen gizlenmiş olan büyük uydu Titan'ın yüzeyini haritalamak için SAR kullandı . atmosferik pus ile doğrudan optik inceleme. Sharad üzerinde radar sondaj Mars Keşif Orbiter ve MARSIS üzerinde enstrüman Mars Express Mars kutup buz yüzeyinin altında temelini gözlenen ve ayrıca Mars orta enlemlerde önemli su buz ihtimalini göstermiştir. Ay Keşif Orbiter 2009 yılında başlatılan, adlı bir SAR cihazıyla Mini RF büyük ölçüde için bakmak için tasarlanmıştır, Ay'ın kutupları üzerinde su buzu mevduat .

TitanLigeia Mare – SAR ve daha net beneksiz görünümler.

Mineseeker Proje bölgeleri içeren belirlenmesi için bir sistem tasarımı olan kara mayınlarını bir göre balonuna Ultra geniş bant sentetik delik radar taşıma. İlk denemeler umut vaat ediyor; radar gömülü plastik mayınları bile tespit edebiliyor.

SAR, uzun yıllardır radyo astronomisinde , mobil bir anten kullanarak birden fazla yerden alınan gözlemleri birleştirerek büyük bir radyo teleskopunu simüle etmek için kullanılmıştır.

Ulusal Keşif Ofisi genel olarak gösterilen bir (şimdi gizliliği) filosu yapay açıklık uyduyu muhafaza Lacrosse veya Onyx .

Şubat 2009'da, Sentinel R1 gözetleme uçağı, SAR tabanlı Havadan Uzak Radar ( ASTOR ) sistemi ile donatılmış olarak RAF'ta hizmete girdi .

Alman Silahlı Kuvvetleri'nin ( Bundeswehr ) askeri SAR-Lupe keşif uydu sistemi 22 Temmuz 2008'den beri tam olarak çalışır durumda.

Ocak 2021 itibariyle, birden fazla ticari şirket , Dünya'nın SAR görüntülerini toplamak için uydu takımyıldızlarını başlatmaya başladı .

Veri dağıtımı

Alaska Uydu Tesisi yeni işlenmiş, 35 yaşındaki Seasat SAR görüntülerinin Haziran 2013 sürümü de dahil olmak üzere, aktif ve geçmiş misyonlar, gelen SAR veri ürünleri ve araçları bilimsel topluluk üretim, arşivleme ve dağıtımı sağlar.

CSTARS , çeşitli uydulardan gelen SAR verilerini (ve diğer verileri) aşağı bağlar ve işler ve University of Miami Rosenstiel Deniz ve Atmosfer Bilimi Okulu'nu destekler . CSTARS ayrıca afet yardım operasyonlarını, oşinografik ve meteorolojik araştırmaları ve liman ve deniz güvenliği araştırma projelerini de destekler.

Aşamalı dizilerle ilişki

SAR ile yakından ilgili bir teknik , radar menzili boyutuna dik bir veya iki boyut üzerinde uzamsal olarak dağıtılmış gerçek anten elemanlarının bir dizisini (" fazlı dizi " olarak adlandırılır) kullanır . Bu fiziksel diziler gerçekten sentetik dizilerdir, aslında bir yardımcı fiziksel antenler koleksiyonunun senteziyle yaratılmıştır. Operasyonlarının hedeflere göre hareket içermesi gerekmez. Bu dizilerin tüm elemanları eş zamanlı olarak gerçek zamanlı olarak alır ve içlerinden geçen sinyaller, bu sinyallerin fazlarının kontrollü kaymalarına ayrı ayrı tabi tutulabilir. Sonuçlardan biri, alınan toplam sinyale katkısını belirlemek için o alana odaklanarak belirli bir küçük sahne alanından alınan radyasyona en güçlü şekilde yanıt vermek olabilir. Tüm dizi açıklığı üzerinden alınan tutarlı bir şekilde tespit edilen sinyal seti, birkaç veri işleme kanalında çoğaltılabilir ve her birinde farklı şekilde işlenebilir. Bu şekilde farklı küçük sahne alanlarına izlenen tepkiler seti, sahnenin bir görüntüsü olarak birlikte gösterilebilir.

Karşılaştırıldığında, bir SAR'ın (genel olarak) tekli fiziksel anten elemanı, sinyalleri farklı zamanlarda farklı konumlarda toplar. Radar bir uçak veya yörüngedeki bir araç tarafından taşındığında, bu konumlar, tek bir matematiksel boyut olan (doğrusal bir geometrik boyutla aynı olması gerekmez) aracın yolu boyunca mesafe olan tek bir değişkenin işlevleridir. Sinyaller depolanır, böylece artık zamanın değil, o boyut boyunca konumları kaydetmenin işlevleri haline gelir. Depolanan sinyaller daha sonra okunduğunda ve belirli faz kaymaları ile birleştirildiğinde, sonuç, kaydedilen veriler eşit uzunlukta ve şekilli bir faz dizisi tarafından toplanmış gibi olur. Bu şekilde sentezlenen şey, bu tür gerçek bir geniş açıklıklı (tek boyutlu) aşamalı dizi tarafından eşzamanlı olarak alınabilecek olana eşdeğer bir sinyal kümesidir. SAR, bu uzun tek boyutlu aşamalı diziyi (sentezlemek yerine) simüle eder. Bu makalenin başlığındaki terim bu nedenle yanlış türetilmiş olsa da, şimdi yarım yüzyıllık bir kullanımla sağlam bir şekilde kurulmuştur.

Fazlı bir dizinin çalışması tamamen geometrik bir teknik olarak kolayca anlaşılsa da, sentetik bir açıklık sisteminin verilerini (veya hedefi) belirli bir hızda hareket ederken toplaması gerçeği, kat edilen mesafe ile değişen fazların başlangıçta zamanla değiştiği anlamına gelir, dolayısıyla zamansal frekansları oluşturdu. Zamansal frekanslar, radar mühendisleri tarafından yaygın olarak kullanılan değişkenler olduğundan, onların SAR sistemlerine ilişkin analizleri genellikle (ve çok verimli bir şekilde) bu tür terimlerle ifade edilir. Özellikle, sentetik açıklığın uzunluğu boyunca uçuş sırasındaki faz değişimi , alınan frekansın iletilen frekansınkinden bir Doppler kayması dizisi olarak görülür . Bununla birlikte, alınan veriler bir kez kaydedildikten ve böylece zamansız hale geldikten sonra, SAR veri işleme durumunun, tamamen geometrik bir süreç olarak ele alınabilen özel bir aşamalı dizi türü olarak da anlaşılabilir olduğunu anlamak önemlidir.

Hem SAR hem de aşamalı dizi tekniklerinin özü, radar dalgalarının her bir sahne elemanına gidip geldiği mesafelerin bir miktar tamsayı dalga boyundan ve bir "nihai" dalga boyunun bir kısmından oluşmasıdır. Bu fraksiyonlar, çeşitli SAR veya dizi pozisyonlarında alınan yeniden radyasyonun fazları arasında farklılıklara neden olur. Sinyal genliği bilgisine ek olarak sinyal faz bilgisini yakalamak için tutarlı algılama gereklidir. Bu tür algılama, alınan sinyallerin fazları ile iletilen aydınlatmanın iyi korunmuş bir örneğinin eşzamanlı fazı arasındaki farkların bulunmasını gerektirir.

Sahnedeki herhangi bir noktadan saçılan her dalga, merkez olarak o nokta etrafında dairesel bir eğriliğe sahiptir. Bu nedenle, farklı aralıklardaki sahne noktalarından gelen sinyaller, farklı eğriliklere sahip bir düzlemsel diziye ulaşır, bu da düzlemsel bir aşamalı dizi boyunca farklı kuadratik varyasyonları takip eden sinyal faz değişiklikleriyle sonuçlanır. Ek doğrusal varyasyonlar, dizinin merkezinden farklı yönlerde bulunan noktalardan kaynaklanır. Neyse ki, bu varyasyonların herhangi bir kombinasyonu tek bir sahne noktasına özgüdür ve hesaplanabilir. Bir SAR için, iki yönlü hareket bu faz değişimini ikiye katlar.

Aşağıdaki iki paragrafı okurken, dizi öğeleri ile sahne öğeleri arasında ayrım yapmaya özellikle dikkat edin. Ayrıca, her birinin eşleşen bir görüntü öğesi vardır.

Dizi boyunca dizi sinyali faz varyasyonunun toplam hesaplanan faz varyasyon modeli ile karşılaştırılması, bu modelden sorumlu olabilecek tek sahne noktasından gelen toplam alınan sinyalin nispi kısmını ortaya çıkarabilir. Karşılaştırmayı yapmanın bir yolu, her sahne öğesi için alınan ve hesaplanan alan-yoğunluk değerleri dizi öğesini dizi öğesiyle çarparak ve ardından her sahne öğesi için ürünleri toplayarak bir korelasyon hesaplamasıdır. Alternatif olarak, her sahne öğesi için, her bir dizi öğesinin hesaplanan faz kaymasını gerçek alınan fazdan çıkarabilir ve ardından dizi üzerinden elde edilen alan yoğunluğu farklarını vektörel olarak toplayabiliriz. Sahnenin neresinde olursa olsun, iki faz dizinin her yerinde büyük ölçüde iptal edilir, eklenen fark vektörleri faz içindedir ve o sahne noktası için toplam için maksimum bir değer verir.

Bu iki yöntemin eşdeğerliği, sinüzoidlerin çarpımının, doğal logaritmaların tabanı olan e'nin karmaşık sayı üsleri olan fazlar toplanarak yapılabileceği kabul edilerek görülebilir.

Ancak yapılırsa, görüntü türetme süreci, doğanın sahne bilgisini dizi üzerine önceden yaydığı süreci "geri izleme" anlamına gelir. Her yönde süreç , bir tür korelasyon süreci olan bir Fourier dönüşümü olarak görülebilir . Kullandığımız görüntü çıkarma işlemi, orijinal doğal dönüşümün tersi olan başka bir Fourier dönüşümü olarak görülebilir.

Herhangi bir geometrik boyutta çözünürlüğü iyileştirmek için, yalnızca verici antenden her bir hedef noktaya ve arkaya, sinyal fazını yöneten ardışık aralıkların alt dalga boyu farklılıklarının kullanıldığını anlamak önemlidir. Aydınlatıcı ışının merkezi yönü ve açısal genişliği, bu ince çözünürlüğün yaratılmasına doğrudan katkıda bulunmaz. Bunun yerine, yalnızca kullanılabilir aralık verilerinin alındığı katı açı bölgesini seçmeye yararlar. Farklı sahne öğelerinin menzillerinin bazı ayrımları, kısa menzillerdeki alt dalga boyu menzil varyasyonlarının formlarından yapılabilirken, uzun menzillerde meydana gelen çok büyük odak derinliği genellikle genel menzil farklılıklarının (birden daha büyük) olmasını gerektirir. dalga boyu) ulaşılabilir çapraz aralık çözünürlüğü ile karşılaştırılabilir aralık çözünürlüklerini tanımlamak için kullanılabilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

bibliyografya

  • Curlander, John C.; McDonough, Robert N. Sentetik Açıklıklı Radar: Sistemler ve Sinyal İşleme . Uzaktan Algılama ve Görüntü İşleme. Wiley.
  • Gart, Jason H (2006). Soğuk Savaş Arizona'sında Elektronik ve Havacılık Endüstrisi, 1945–1968: Motorola, Hughes Aircraft, Goodyear Aircraft (Tez). Arizona Devlet Üniversitesi.
  • Moreira, A.; Prats-Iraola, P.; Yunus, M.; Krieger, G.; Hajnsek, İ.; Papathanassiou, KP (2013). "Sentetik açıklıklı radar üzerine bir eğitim" (PDF) . IEEE Geoscience ve Uzaktan Algılama Dergisi . 1 : 6–43. doi : 10.1109/MGRS.2013.2248301 . S2CID  7487291 .
  • Woodhouse, Iain H (2006). Mikrodalga Uzaktan Algılamaya Giriş . CRC Basın.

Dış bağlantılar