http___radartutorial.de_20.airborne_ab07.tr.html_1.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 5.1 6.1 7.1 7.2 8.1 8.2 8.3 9.1 9.2 9.3 9.4 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 20.2 21.1 22.1 22.2 23.1 24.1 24.2 25.1 26.1 26.2 26.3 27.1 28.1
Synthetic Aperture Radar Picture 1: Radar silhouette of a ship, produced with the ISAR-Processor of the Ocean Master Synthetic Aperture Radar A Synthetic Aperture Radar (SAR), or SAR, is a coherent mostly airborne or spaceborne sidelooking radar system which utilizes the flight path of the platform to simulate an extremely large antenna or aperture electronically, and that generates high-resolution remote sensing imagery. Over time, individual transmit/receive cycles (PRT's) are completed with the data from each cycle being stored electronically. The signal processing uses magnitude and phase of the received signals over successive pulses from elements of a synthetic aperture. After a given number of cycles, the stored data is recombined (taking into account the Doppler effects inherent in the different transmitter to target geometry in each succeeding cycle) to create a high-resolution image of the terrain being over flown. How does SAR works? Figure 2: The synthesized expanding beamwidth The SAR works similar of a phased array, but contrary of a large number of the parallel antenna elements of a phased array, SAR uses one antenna in time-multiplex. The different geometric positions of the antenna elements are result of the moving platform now. The SAR-processor stores all the radar returned signals, as amplitudes and phases, for the time period T from position A to D. Now it is possible to reconstruct the signal which would have been obtained by an antenna of length v · T, where v is the platform speed. As the line of sight direction changes along the radar platform trajectory, a synthetic aperture is produced by signal processing that has the effect of lengthening the antenna. Making T large makes the „synthetic aperture” large and hence a higher resolution can be achieved. As a target (like a ship) first enters the radar beam, the backscattered echoes from each transmitted pulse begin to be recorded. As the platform continues to move forward, all echoes from the target for each pulse are recorded during the entire time that the target is within the beam. The point at which the target leaves the view of the radar beam some time later, determines the length of the simulated or synthesized antenna. The synthesized expanding beamwidth, combined with the increased time a target is within the beam as ground range increases, balance each other, such that the resolution remains constant across the entire swath. The achievable azimuth resolution of a SAR is approximately equal to one-half the length of the actual (real) antenna and does not depend on platform altitude (distance). Figure 3: Principle of SAR- operation Figure 3: Principle of SAR- operation Figure 3: Principle of SAR- operation The requirements are: - stable, full-coherent transmitter - an efficient and powerful SAR-processor, and - exactly knowledge of the flight path and the velocity of the platform. Using such a technique, radar designers are able to achieve resolutions which would require real aperture antennas so large as to be impractical with arrays ranging in size up to 10 m. A Synthetic Aperture Radar was used on board of a Space Shuttle during the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). SAR radar is partnered by what is termed Inverse SAR (abbreviated to ISAR) technology which in the broadest terms, utilizes the movement of the target rather than the emitter to create the synthetic aperture. ISAR radars have a significant role aboard maritime patrol aircraft to provide them with radar image of sufficient quality to allow it to be used for target recognition purposes. Slant-range distortion The slant-range distortion occurs because the radar is measuring the distance to features in slant-range rather than the true horizontal distance along the ground. This results in a varying image scale, moving from near to far range. Figure 4: Foreshortening - Foreshortening occurs when the radar beam reaches the base of a tall feature tilted towards the radar (e.g. a mountain) before it reaches the top. Because the radar measures distance in slant-range, the slope (from point a to point b) will appear compressed and the length of the slope will be represented incorrectly (a' to b') at the image plane. Figure 5: Layover - Layover occurs when the radar beam reaches the top of a tall feature (b) before it reaches the base (a). The return signal from the top of the feature will be received before the signal from the bottom. As a result, the top of the feature is displaced towards the radar from its true position on the ground, and „lays over” the base of the feature (b' to a'). Figure 6: Shadowing - The shadowing effect increases with greater incident angle θ, just as our shadows lengthen as the sun sets.
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1
Yapay Açıklıklı Radar Resim 1: Ocean Master ISAR-Bilgisayarı tarafından çizilen bir gemi silueti Yapay Açıklıklı Radar Bir Yapay Açıklıklı Radar (Sythetic Aperture Radar SAR) uçakta bulunan, uçağın uçuş güzergâhını kullanarak olabilecek en büyük antenin ve yayın açıklık yüzeyinin (aperture) elektronik benzetimini (simulation) yapabilen bir sistemdir. Çok uzun bir zaman dilimi içerisinde gönderim-alım çevrimleri (PRT ler, PRT = Darbe Tekrarlama Zamanı), uçağın hassas göreceli konum koordinatları ile birlikte elektronik ortama kaydedilir. Bu çevrimler (cycles) belirli bir sayıya ulaştığında kaydedilen veriler bir bilgisayarda işlenir. (Her bireysel çevrimde ortaya çıkan değişik Doppler frekansları hedefin geometrisinin çiziminde hesaba katılır.) Böylece gerçek bir antenin açıklık açısının elverebildiğinin çok ötesinde yüksek açısal çözünürlüklü bir radar resmi elde edilir. Bir SAR radarının çalışması Resim 2: Yapay Açıklık yapay bir şekilde boyu uzatılmış bir antendir Resim 2: Yapay Açıklık yapay bir şekilde boyu uzatılmış bir antendir SAR faz dizi antene benzer şekilde çalışır, fakat faz dizi antene aksine çok sayıda paralel anten elemanı kullanmaz. Buna karşılık sadece bir anteni zaman çoklayarak (time-multiplexing) kullanır. Değişik geometrik konumlar uçuş hızının sonucu meydana gelir. Bir SAR- radar bilgisayarı A uçuş noktasından C uçuş noktasına kadar ki T zamanı içinde ki tüm darbe tekrarlama sürelerinin yansımalarının genliklerini ve faz açılarını kaydeder. Bu verilerden faydalanılarak, ancak anten uzunluğu v · T (v = platform hızı) olan çok daha büyük bir antenle elde edilmesi mümkün olabilen bir sinyal yeniden çatılır (reconstructed). T zamanı arttırılarak antenin „yapay açıklığı” büyütülebilir ve böylece daha iyi çözünürlük elde edilebilir. Bir hedef (örneğin bir gemi) radar tarafından ilk kez yakalandığında gönderilen darbelerin yansımaları kaydedilmeye başlanır. Bu işlem platformun öne doğru hareket ederken hedef radar ışınları altında kaldığı sürece devam eder. Platformun bu süre içinde kat ettiği yol antenin benzetimleşmiş (simulated) veya yapay boyunu tayin eder. Antenin yapay olarak küçültülmüş açıklık açısı, ölçüm sırasında geçen süre ve (darbe tekrarlama frekansı vasıtasıyla) olabilmesi mümkün menzil birbirlerini dengelerler, böylece şerit (swath) üzerinde olabildiğince sabit bir açısal çözünürlük yakalanabilir. Bir SAR ın ulaşılabilmesi mümkün azimut çözünürlüğü yaklaşık olarak gerçek anteninkinin yarısı kadardır ve bu değer platformun uçuş yüksekliğine bağlı değildir. Bunun için aşağıdaki teknik koşulların sağlanmış olması gereklidir: - frekansı kararlı, tam evreuyumlu bir radar sistemi - güçlü bir SAR-bilgisayarı ve - platformun uçuş rotasının/yörüngesinin ve hızının kesin olarak bilinmesi. Resim 3: SAR-yöntemi prensibi Resim 3: SAR-yöntemi prensibi Resim 3: SAR-yöntemi prensibi Uçak radar yapımcıları bu teknolojiyi kullanarak, bir uçak tarafından taşınması pratik olmayan 10 m gibi boyutlara sahip anten dizilerini kullanmadan oldukça iyi açısal çözünürlük elde etmişlerdir. Mekik Radar Topografi Görevini yürüten (SRTM Shuttle Radar Topography Mission) bir uzay mekiğinde yine bu Yapay Açıklıklı Radar (SAR) tekniği kullanılmaktadır. SAR radarı yanında birde Ters SAR olarak adlandırılan Inverse SAR kısaca ISAR tekniği de kullanılır. Bu teknikte uçağın güzergâhı temel alınmaz, aksine lokalize olmuş hedefin hareket vektörü kullanılır. Gemi tespit devriye uçaklarında bulunan ISAR radarları gemilerin kimlikleri bile tanıyacak kadar kaliteli radar resimlerini elde edebilmesi nedeniyle büyük öneme sahiptir. Menzilin bozunumu (distortion) SAR ile ölçülen yatık menzilde, gönderilen sinyallerin yer yüzeyinden yansımalarında yansımanın olduğu noktanın bir yükseltiden (bina,tepe gibi) veya bazen daha alçaktaki cisimlerden olduğuna bağlı olarak geri dönüş sürelerinde göreli gecikmeler meydana gelebildiğinden dolayı “menzil bozunumu” denilen bir durum ortaya çıkar. Ölçülen menziller bu olay nedeniyle gerçek menzilleri tutmaz. Resim 4: Kısaltım (foreshortening) - Kısaltım (foreshortening) denilen olay gerçek menzilin kısaltılmış olarak algılanmasıdır. Örneğin, bir dağın radara göre a dip noktasının b tepe noktasına doğru bir meyille yükseldiğini düşünelim. Dağın bu iki noktası arasında kalan a-b yatık mesafesi, dağın tepesinden yansıyan sinyalin dipten yansıyana göre daha kısa sürede dönmesi nedeniyle radarda kısalmış a'-b ' mesafesi olarak hesaplanacaktır. Resim 5: Örtüşme (overlap) - Örtüşme (overlapping) denilen olay bir arazi parçasını, örneğin bir dağın, b tepe noktasının yatık menzilinin a dip noktasına göre daha kısa olacak şekilde bir eğime sahip olması durumunda meydana gelir. Radara tepeden yansıyan sinyalin dipten yansıyana göre daha erken döneceğinden a-b aralığı tersine çevrilerek b’-a’ olarak algılanacak, yani biri diğerini örtecektir. Resim 6: Gölgeleme - Bir açı ile radar ışımasına maruz kalan arazi yükseltileri ayrıca bir gölgeleme etkisi meydana getirir. Bu gölgenin boyu, güneşin batışında olduğu gibi, geliş açısı büyüdükçe daha da artar.