بستن
.0 / 5

رادار دریچه مصنوعی

242

در سال­های اخیر، از رادار دریچه مصنوعی برای تهیه تصاویر راداری با توان تفکیک بالاتر استفاده شده است. در این سیستم تصویر برداری، یک عارضه مشخص در چندین ایستگاه با ارسال پالس­های مختلف اندازه­گیری شده و تصویر نهایی آن از ترکیب این اندازه­گیری­ها به دست می­آید. فاصله مکانی بین اولین و آخرین پالس ارسالی نیز به عنوان آنتن رادار شبیه­سازی می­شود.

Synthetic Aperture

شبیه­ سازی آنتن رادار در سیستم SAR

Carl Wiley در سال ۱۹۵۱ ایده­ی رادار دریچه مصنوعی را مطرح کرد. رادار دریچه مصنوعی در واقع یک سیستم ثبت و پردازش سیگنال است که در آن طول آنتن رادار برای بالا بردن توان تفکیک تصویر راداری شبیه­سازی می­شود. شبیه­سازی آنتن رادار با ارسال پالس­های مختلف به یک شئ خاص از ایستگاه­های مختلف صورت می­گیرد.

بسته به پیکربندی سیستم راداری، سنسورهای SAR داده­ها را در سه حالت جمع­آوری می­کنند. توان تفکیک مکانی و پوشش زمینی تصاویر به حالت اتخاذ شده برای عملیات تصویر برداری بستگی دارد. حالات جمع­آوری داده­های SAR عبارت اند از:

  • StripMap: در حالت تصویر برداری StripMapزاویه دید سنسور ثابت است. در این حالت تصویر با استفاده از فواصل دور نزدیک سنسور و حرکت رو به جلوی سنسور تشکیل می­شود (شکل ۱). حالت StripMap متداول­ترین حالت تصویر برداری سیستم SAR است که در مأموریت­های ERS-1 SAR، ERS-2 SAR، JERS-1 SAR، RADARSAT-1 SAR، RADARSAT-2 SAR، ENVISAT ASAR، ALOS PALSAR، TerraSAR-X، COSMO-SkyMed به کار رفته است.
  • ScanSAR: در حالت StripMap سیستم به یک نوار (Swath) برداشت باریک محدود می­شود. این محدودیت را می­توان با استفاده از اصول تصویر برداری ScanSAR برطرف نمود. در این حالت، نوار تصویر برداری با به کارگیری آنتنی که ارتفاع آن قابل کنترل و تنظیم است عریض­تر می­شود. بنابراین، تصاویر راداری می­توانند با اسکن زاویه دید و در نتیجه موقعیت­های مختلف پرتوها شبیه­سازی شوند. به منطقه­ای که توسط یک پرتو خاص تصویر برداری شده، زیر-نوار (Sub-Swath) گفته می­شود. در حالت ScanSAR زمان عملیالت رادار بین دو یا چند زیر-نوار تقسیم می­شود به نحوی که برای هر یک از زیر-نوارها یک تصویر پوششی کامل به دست آید (شکل ۲).
  • Spotligh: در حالت Spotlight پرتوهای آنتن توسط سنسور کنترل می­شود به نحوی که پیوسته به هر بخش از زمین سیگنال ارسال شود. در این حالت، توان تفکیک تصویر در راستای مسیر پرواز نسبت به حالت StripMap بهبود می­یابد (شکل ۳).

SAR

شکل ۱: حالت تصویر برداری StripMap

ScanSAR

شکل ۲: حالت تصویر برداری ScanSAR

 

SpotLight

شکل ۳: حالت تصویر برداری Spotlight

مشاهده سطح زمین در سیستم تصویربرداری SAR در مدارهایی که در امتداد نصف النهارهای زمین طراحی شده اند، صورت می­گیرد. بر همین اساس، داده­های خام راداری در دو مسیر پرواز جمع­آوری می­شوند:

  • Ascending Pass: در این حالت حرکت مداری ماهواره از جنوب به شمال است.
  • Descending Pass: در این حالت حرکت مداری ماهواره از شمال به جنوب است.

در سیستم تصویربرداری SAR از امواج مایکروویو استفاده می­شود. امواج مایکروویو باندهای مختلفی را پوشش می­دهند که طول موج آنها در بازه ۸/۰ تا ۱۰۰ سانتیمتر تغییر می­کند. طول موج رادار در نحوه تشکیل تصاویر راداری بسیار مؤثر است. در واقع، تصاویری با طول موج پایین­تر از توان تفکیک بالاتری برخوردار هستند. هرچند­که معمولا با افزایش طول موج رادار تصاویری با کیفیت بالاتر را می­توان تهیه نمود.

بر خلاف امواج نوری مورد استفاده در تصویر برداری اپتیکی که تنها دارای دامنه هستند، امواج مایکروویو از هر دو پارامتر دامنه و فاز برخوردار اند. دامنه امواج مایکروویو نشان دهنده شدت موج بازگشتی است. فاز این امواج نیز نشان دهنده فاصله بین سنجنده و شئ (Slant Range) است. رابطه بین فاز ()، طول موج () و فاصله سنجنده از شئ () با استفاده از فرمول زیر بیان می­شود:

حساسیت فاز به فاصله بین سنجنده و شئ بسیار زیاد است به­طوری که جابجایی­ای به اندازه نصف طول موج در راستای خط دید ماهواره موجب بروز اختلاف فازی به اندازه ۲π رادیان  می گردد.

 

رادار دریچه مصنوعی در واقع یک سیستم ثبت و پردازش سیگنال است که در آن طول آنتن رادار برای بالا بردن توان تفکیک تصویر راداری شبیه سازی می­شود.

در حال حاضر سه حالت تصویر برداری برای رادار دریچه مصنوعی وجود دارد که بسته به حالت اتخاذ شده برای عملیات تصویر برداری، توان تفکیک مکانی و پوشش زمینی تصاویر متفاوت خواهد بود.

بر خلاف امواج نوری مورد استفاده در تصویر برداری اپتیکی که تنها دارای دامنه هستند، امواج مایکروویو از هر دو پارامتر دامنه و فاز برخوردار اند.

 


 

منبع:

[۱]        “Synthetic Aperture Radar Land Applications Tutorial, Part I: Background and Theory, Prepared by ESSA”, 2009.

در دنیای ژئوماتیک غرق شوید

پست های مشابه

دیدگاهی بگذارید