PŘEDNÁŠKA 8

MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy

Jiří Šebesta

Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

6.11.2017

strana 2

MRAR: PŘEDNÁŠKA 8.

Radary se syntetickou aperturou

strana 3

MRAR-P8: Syntetická apertura (1/13)

Obecný princip SAR = Synthetic Aperture Radar

Podstatné zvětšení rozlišení radaro-vého zobrazení

Instalace:

- letadla (airborne SAR)

- družice (space- borne SAR)

strana 4

MRAR-P8: Syntetická apertura (2/13)

Vytváří se umělá anténní řada ve směru pohybu radaru (na letadle nebo družici)

strana 5

MRAR-P8: Syntetická apertura (3/13)

Jednotlivá měření (odezvy na pulzní signál vysílače) se uloží do pa-měti a při vyhodnocení se aplikuje součet signálů s váhováním (fázo-vé) k vytvoření umělého úzkého svazku

strana 6

MRAR-P8: Syntetická apertura (4/13)

Doba apertury (Aperture Time) definuje čas pro získání sady záznamů pro postprocessingový beamforming

strana 7

MRAR-P8: Syntetická apertura (5/13)

Vzdálenost k měřenému bodu od jednotlivých pozic antén:

sin dnRRn

sin

2ndR

ctj

n eAtr

cd

cdM

M

Rj

tj

M

Mn

ndRc

tjM

Mnn

ee

eAtrtr

sinsin

sin12sin

12

14

sin2

Signál na n-té pozici antény

Celkový signál ze všech pozic a pro svazek ve směru měřeného bodu:

strana 8

MRAR-P8: Syntetická apertura (6/13)

VV L

Systém SLAR (Side Looking Airborne Radar) Hlavní svazek anténa pulsního

SAR radaru míří do boku pod úhlem (look angle) .

Šířka bočního svazku V (pro pokles o 3 dB v radiánech) je svázána s rozměrem apertury LV:

Šířka pásu stopy (swath width) pro radiální vzdálenost R0 do středu stopy:

cos0

V

V L

RW

strana 9

MRAR-P8: Syntetická apertura (7/13)

HH L

sin2

pV

c

Rozlišení v příčném (bočním) směru je dáno šířkou pulsu (V<<WV):

Šířka svazku v podélném smě-ru je dáno podélným rozměrem apertury (radiány):

Rozlišení v podélném směru je dáno jen podélným rozměrem apertury a radiální vzdáleností:

HHH L

RR

0

0

strana 10

MRAR-P8: Syntetická apertura (8/13)

20

20

20 htvyxR

vLTA

2/;2/ AA TTt

Uvažujme SAR měření na délce L, pak interval přeletu pro konstantní rychlost v (odpovídá aperture time) bude:

Radiální vzdálenost k bodu P na zemi lze vyjádřit:

kde:

20

20

200 hyxR RL

0

00cos

R

x

strana 11

MRAR-P8: Syntetická apertura (9/13)

0

220

22

00

0 sin2

cos1 R

tv

R

vtRR

02

0

22

00 sincos

22 cR

tv

c

vt

c

Rttt TXTXTX

TXTX

Po úpravě a aplikaci Taylorova rozvoje:

Argument přijatého signálu je závislý na tomto zpoždění:

se zpožděním impulsu na trase tam i zpět :

TX

c

2

02

0

22

00 sincos

222 cR

tv

c

vt

c

R

c

R

02

0

22

00 sin

2cos

44

R

tvvtRtt TX

Se zavedením vlnové délky:

zjednodušíme na:

strana 12

MRAR-P8: Syntetická apertura (10/13)

dt

tdfi

2

10

2

0

2

0 sin2

cos2

R

tvvff TXiRX

0cos2 v

fdP

Okamžitá frekvence přijatého signálu je:

a rozdíl mezi Doppler. posuvy mezi P a P’ je :

vDt

2sin 0

Vyjádříme–li Doppler. posuvy pro cíl v bodě P a P’:

za t jsme dosadili :

00

0' sincos2

R

DvvfdP

00

sinR

Dvfd

strana 13

MRAR-P8: Syntetická apertura (11/13)

dA f

T

1

Pro rozlišení dvou cílů musí být SAR data ukládána (doba apertury):

a délka L pak musí být:

odtud pro rozlišení platí v podélném směru platí:

0

0

sin

D

RTvL A

0

0

sin22

L

RDSARH

Příklad 14:----------------------------------------------------------------------------------------------------------SAR instalovaný na stratosférickém průzkumném letadle s výškou letu 25 km pracuje na kmitočtu 1,5 GHz. Rozměry apertury antény v obou souřadnicích (příčná i podélná) jsou 2 m. Úhel snímání je 45°, délka pulsu 1 s a rychlost letadla je 800 km/h. Určete šířku snímaného pásu a rozlišení na povrchu, je-li doba apertury SAR 0,2 s.----------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 14

MRAR-P8: Syntetická apertura (12/13)

m11345sin4,442

2,0104,35

sin2

3

0

0

L

RSARH

m/s2226,3/800km/h800 v Vlnová délka:

m4,442,0222 ATvL

Rychlost pohybu:

Radiální dálka:

m2,0105,1

1039

8

TXf

c

km4,3545sin

1025

sin

3

0

00

hR

Šířka pásu: km545cos2

104,352,0

cos

30

VV L

RW

Příčné rozlišení: m21245sin2

101103

sin2

68

pV

c

Podélné rozlišení bez SAR: km54,32

2,0104,35 30

HH L

R

Podélná délka syntetické apertury:

Podélné rozlišení se SAR:

HL

strana 15

MRAR-P8: Syntetická apertura (13/13)

SAR systémy (komprese LFM, 1-30 GHz)

Průzkum Země (oceánografie, monitoring ledu a sněhu, měření znečištení, těžařství, klasifikace terénu, mapování) s rozlišením i pod 10 m

AIRBORNE – (první 1953, Godyear research, na DC-3, 930 MHz), AIRSAR (NASA JPL), YSAR

SPACEBORNE

RADARSAT (Kanada)

ERS (ESA – European Remote Sensing)

ENVISAT (ESA 2002 - studium změn v životním prostředí, včetně globálního oteplování a tání ledovců)

strana 16

Děkuji za vaši pozornost

SAR obrázek plujících ledových kerVlevo: ERS-1 image, 06th Nov. 1995, 04:51:30 UT, Vpravo: ERS-2 image, 7th Nov. 1995, 04:51:31 UT