رادار (جامع)

[Isengard]

اثرات سطح بر تصوير رادار :


ميزان روشني ( درخشندگي ) تصوير به ميزان پراکندگي(scattering) سيگنال هاي ميکرويو در برخورد با سطح بستگي دارد . پراکنش سيگنال به پارامترهايي از قبيل مشخصات رادار (فرکانس قطبيدگي هندسه ديد و…) وهمچنين خصوصيات سطح (پستي وبلندي نوع پوشش و…) وابسته است . به طور کلي مي توانيم عوامل بالا را در سه عامل اصلي زير خلاصه کنيم :

صيقلي بودن سطح

هنسه ديد و رابطه آن باسطح

درصد رطوبت وخصوصيات الکتريکي سطح

صيقلي بودن سطح مهمترين عامل تعيين کننده روشنايي تصويرمي باشد . سطوح صاف موجب بازتابش آيينه اي(A) در فعل وانفعال سيگنال رادار با سطح مي گردند . درنتيجه اين نوع بازتابش مقدار اندکي ازسيگنال هاي بازتابيده شده به سمت رادار باز ميگردند . بنابرين سطوح صاف با درجه تيره گي بيشتر در تصوير ظاهر خواهند گشت . سطوح ناصاف سيگنال هاي رادار راتقريبا به صورت يکنواخت بازتاب مي دهند . و درنتيجه بخش عمده اي از اين سيگنال ها به سمت راداربازميگردند . بنابرين سطوح ناصاف با درجه روشنايي بيشتر در تصوير مشاهده مي شوند . به اين نوع انعکاس بازتابش پخشيده(B)گفته مي شود . احتمال وقوع انعکاس زاويه اي (C) در نواحي که از سطوح عمود برهم تشکيل شده وجود دارد. به بيان ساده تر سيگنال هاي بازتابيده شده از سطح اول پس از برخورد به سطح دوم به سمت رادار بازتاب داده ميشود .اين نوع انعکاس به طور معمول در مناطق شهري (ساختمان ها خيابان ها پل ها و… ) اتفاق مي افتد . صخره ها کوه ها ونيزار رودخانه ها نيز سيگنال رادار را اينگونه بازتاب مي دهند .

[Isengard]

زاويه تابش incidence angle) :

نیز در نحوه شکل گيري تصوير همچنين صيقلي بودن سطوح نقش ايفا مي کند . با در نظر گرفتن سطح وطول موج ثابت با افزيش زاويه تابش سيگنال هاي کمتري به سوي رادار بازميگردند ودر نتيجه درجه تيره گي افزيش مي يابد .به بيان ديگر با افزيش زاويه تابش سطوح صيقلي تر از مقدار واقعي خود در تصوير ظاهرمي شوند .

به طور کلي تغيير در هندسه ديد در بهبود نقشه هاي جغرافيايي وهمچنين برطرف کردن اختلال هايي از قبيل سيه دارشدن و کاهش عمق تصويرموثر مي باشد .

وجود رطوبت در خصوصيات الکتريکي وحجم اجسام موثر مي باشد . تغيير در خواص الکتريکي در جذب ارسال وهمچنين نحوه شکل گيري تصوير موثر مي باشد . بنابراين درصد رطوبت اجسام در فعل وانفعال سيگنال رادارومتعاقبا تصوير موثر مي باشد . معمولا با افزيش رطوبت جسم سيگنال هاي بيشتري توسط جسم بازتابيده مي شود . براي مثال علفزارهاي وسيع در هنگامي که مرطوب هستند در تصوير رادار روشنتر ظاهر مي شوند .

[Isengard]

دقت تفکيک (spatial resolution) :


به ميزان توانايي رادار جهت تفکيک اشياء مختلف از همديگر دقت تفکيک گفته مي شود . بر خلاف سيستم هاي نوري افزيش دقت تفکيک در رادار بر اساس خصوصيات امواج ميکرويو وهمچنين تاثيرات هندسي انجام مي پذيرد . دررادارهايي که از يک آنتن جهت ارسال امواج استفاده مي کنند يک پالس موج ارسال گشته و با دريافت پژواک آن توسط گيرنده تصوير تشکيل مي شود .

دقت تفکيک را مي توان در دو راستا بررسي کرد . در جهت سمت ناحيه تصوير که دقت سمت (azimuth resolution) ناميده مي شود ودر جهت برد که آن را دقت برد (range resolution) مي ناميم .

دقت برد به طول پالس رادار (P) بستگي دارد . در صورتي که عمل تفکيک با طول بيشتر از نصف پالس صورت گيرد اهداف از يکديگر قابل تشخيص اند . براي مثال در شکل اهداف 1و2 در تصوير به صورت يک جسم مشخص شده در حاليکه هدف هاي 3و4 به راحتي از هم تفکيک شده اند . با افزيش زاويه تابش (افزيش برد )شاهد کاهش دقت برد مي باشيم .

دقت سمت به پهناي ستون امواج رادار يا پهناي زاويه اي (beam width) (A) و همچنين برد مايل(slant range) وابسته است . با افزيش پهناي زاويه اي مي توانيم شاهد دقت سمت باشيم . در تصوير زیر اهداف 1و2 که در محدوده نزديک قرار دارند توسط رادار به راحتي قابل تشخيص اند درحاليکه هدف هاي 3و4 که در محدوده دور قرار گرفته اند قابل تشخيص نمي باشند . همچنين با افزيش طول آنتن رادار مي توان دقت سمت را افزيش داد

[Isengard]

رادار دهانه ترکيبي (synthetic aperture radar):

همانطور که در قسمت قبل گفته شد جهت بالابردن دقت سمت مي توانيم طول آنتن رادار را افزيش دهيم . اگرچه در اين افزيش طول ما با محدوديت هايي مواجه هستيم . در رادرهاي هوايي طول آنتن رادار بين 1 تا 2 متر در نظر گرفته مي شود . در ماهواره ها ما مي توانيم اين محدوده را بين 10 تا 15 متر در نظر بگيريم . با تغييراتي در چگونگي حرکت سکوي رادار وثبت و پردازش سيگنال هاي بازتابيده شده مي توان بر محدوديت اندازه غلبه کرد . بدين طريق که ما با تغيير در نحوه رفتار رادار به صورت مجازي طول آنتن رادار را افزيش داده يم .

ابتداشيءهدف (A)سيگنال هاي ميکرويو را به صورت پالس دريافت کرده . پژواک هاي هر پالس توسط رادار ثبت مي شوند . سکوي رادار در مسير مستقيم به طور پيوسته در حال حرکت است . در طول زماني که شيء هدف در معرض پالس هاي رادار قرار داردعمل ثبت سيگنال هاي بازتابيده شده از شيءتوسط رادار انجام مي پذيرد .

زمان چنداني طول نمي کشد تا طول آنتن ترکيبي (B) مشخص گردد .

با افزيش پهناي زاويه اي وهمچنين کاهش سرعت سکو مي توانيم دقت سمت را در محدوده دور افزيش دهيم .در نتيجه شاهد ثابت ماندن دقت تفکيک درراستاي سمت مي باشيم .به تکنولوژي فوق که جهت افزيش دقت برد صورت مي پذيرد رادار دهانه ترکيبي يا SAR گفته مي شود .اين روش در اکثررادارهاي هوايي وفضايي استفاده مي شود .

[Isengard]

خصوصيات تصوير رادار :

در تصاوير رادار با نوعي اختلال مواجه هستيم که به نويز اسپيکل(speckle) معروف است .اين اختلال که باعث ظاهرشدن دانه هاي ريزودرشت (بافت فلفل نمکي) در تصوير مي شود زاييده ساختار بهم ريخته سطح و همچنين تداخل سيگنال هي بازتابيده مي باشد . به عنوان نمونه يک سطح هموار مانند علفزار(شکل زیر) را در نظر مي گيريم . بدون در نظر گرفتن اثر اين اختلال پيکسلهاي تصوير با درجه روشنايي يکسان مشاهده مي شوند . حال آنکه در تصوير حقيقي به علت تداخل سيگنال هاي پراکنده شده پيکسل ها داري درجات روشنايي متفاوت مي باشند .
در واقع نويز اسپيکل کيفيت تصاوير راکاهش داده ودر نتيجه درتحليل تصاويربا مشکل مواجه مي شويم .حال براي کاهش اين اثر ميتوان دو روش را بکار برد :

ديد چندگانه (multi-looking processing):

در اين روش هر پرتو رادار به چندين زيرپرتو (اشعه) تقسيم شده و هر اشعه وظيفه پوشش دادن يک ناحيه را بر عهده دارد . با ثبت تصاوير تشکيل شده توسط هر اشعه ومعدل گيري از آنها جهت تشکيل تصوير نهايي مي توان نويز اسپيکل را کاهش داد .

ف%ي#%ل#%ت#%ر#%ي%ن#%گ #(spatial f#i#l%#t#e%#r#i##n%#g) :

پس از پايان يافتن مرحله اول وتشکيل تصوير اوليه ف#%ي#%#ل%ت%#ر%کردن تصوير آغاز مي شود . دراين روش با حرکت دادن يک پنجره متشکل از تعدادي پيکسل ( معمولا 55 یا 33 ) در طي سطر وستون تصوير از پيکسل هايي که هر پنجره پوشش مي دهد معدل گيري (درجه روشنايي پيکسل هاي موجود در هر پنجره اندازه گيري شده وپيکسلي با درجه روشنايي واحد جايگزين پنجره مربوطه مي گردد) انجام مي شود .

بايستي توجه داشته باشيم که کاهش نويز اسپيکل باعث کاهش وضوح تصوير مي گردد . همانطور که درتصاوير زير مشاهده مي شود تصوير زيرين نسبت به تصوير ديگر داري وضوح کمتري است . در نتيجه براي ايجاد تصاوير با جزئيات دقيق نمي توان از اين روش استفاده کرد . زماني که سطح هدف را وسيع در نظر بگيريم کاهش نويز اسپيکل مي تواند مثمر ثمر باشد .

گاه نياز به استفاده از اندازه گيريهاي دقيق جهت مقايسه مشاهدات وبدست آوردن نتايج لازم مي باشد . در نتيجه بايستي دقت ابزار اندازه گيري افزيش پيدا کند . اين فعل توسط فرآيندي به نام کاليبراسيون (calibrasion) انجام پذير است . ازآنجاييکه عمل اندازه گيري از اعمال اصلي رادار مي باشد در نتيجه کاليبراسيون بسيار مهم مي باشد . کاليبراسيون تلاش مي کند تا اختلاف ميان مقدار انرژي سيگنال بازتابيده با مقدار اندازه گيري شده توسط رادار کاهش يابد . در نتيجه کاليبراسيون دقيق ما شاهد تصاويري با دقت اندازه گيري يکسان توسط رادار خواهيم بود .

در کاليبراسيون نسبي سعي بر افزيش دقت سيستم رادار است . در حاليکه در کاليبراسيون مطلق با نصب دستگاه هايي بر روي زمين انرژي سيگنال هاي بازتابيده شده از سطح اندازه گيري شده و پس از تقويت به سوي رادار فرستاده مي شوند. رادار مي تواند با استفاده از اين مقادير به مقدار حقيقي انرژي دست پيدا کند ، ودر نتيجه استنباط دقيق تري ازسطح حاصل داشته باشد

[Isengard]

کاربردهاي پيشرفته :

علا وه بر کسب واستفاده درست از اطلاعات کابرد هاي خاص رادار به شرح زير مي باشد :

نخست تکنولوژي تصوير سه بعدي (stereo image) مي باشد . در اين روش با پوشش دادن ناحيه تصوير با زواياي تابش متفاوت وهمچنين بهره گيري ازجهت هاي ديد متفاوت يا مخالف و انطباق تصاوير ايجادشده مي توان يک تصوير سه بعدي از ناحيه تصوير ايجاد کرد .در نتيجه اختلال هايي از قبيل سيه دارشدن بعضي نواحي برطرف گرديده وزمينه براي تحليل دقيقتر تصاوير فراهم مي گردد . اين تکنولوژي در تحليل تصاوير مناطق جنگلي و جغرافيايي وهمچنين نقشه برداري از اراضي کاربرد دارد .

از ديگر پيشرفت هاي حاصل شده مي توان به قطبش سنجي (polqrimetry) اشاره کرد . در اين روش امکان دريافت و ارسال سيگنال هاي ميکرويو به صورت ترکيبي از قطبيدگي افقي و عمودي وجود دارد . در نتيجه ما مي توانيم چهار ترکيب HH VV VH HV را براي دريافت يا ارسال امواج در نظر بگيريم . بدين طريق با ايجاد تصاويري با ويژ گي هاي مختلف نتايج لازم جهت دستيابي به تصوير دقيقتر حاصل مي گردد .

[Isengard]

رادار یکجا :

رادار یکجا راداریست که آنتن گیرنده و فرستادنده اش در یکجا باشند و اغلب اوقات آنتن گیرنده و فرستانده در این نوع رادار یکی هستند. معادلهٔ رادار یکجا اصولی ترین معادله برای شناختن اغلب سامانه‌های رادار است.

Pr نیرویی است(در واتس) که آنتن گیرنده پس از فرستان موج پس میگرد.

• Gt بهره تقویت آنتن فرستانده هست.
• Ar مساحت موثر آنتن گیرنده است و با مساحت فیزیکی بدنی آنتن فرق دارد.
• σ در انگلیسی radar cross section می‌گویند و پراگندگی نیروی برگشت از هدف تقسیم بر بر نیروی فرستاده بر هدف است.
• R_t دوری هدف است که در متر سنجیده می‌شود.

[Isengard]

واژه شناسي :

• محدوده نزديک (Near range): بخشي از نوارتصوير که به خط ندير نزديک است .
• محدوده دور(far range) : بخشي از نوار تصوير که در فاصله دور نسبت به خط ندير قرار دارد .
• برد ميل (slant range): خط شعاعي که از رادار به هريک از اهداف مي توان نظير کرد .
• برد زميني (ground range ) : تصوير برد ميل در سطح زمين .
• زاويه تابش(incidence angle) : زاويه بين پرتورادار و سطح زمين .
• زاويه ديد(look angle) : زاويه بين خط عمود وپرتو رادار.