Zobrazovací radar - Imaging radar
Zobrazovací radar je aplikace radaru, která se používá k vytváření dvourozměrných obrazů , typicky krajin. Zobrazovací radar poskytuje své světlo k osvětlení oblasti na zemi a pořízení snímku na rádiových vlnových délkách. K záznamu svých snímků používá anténu a úložiště digitálního počítače. Na radarovém snímku je vidět pouze energie, která se odráží zpět k radarové anténě. Radar se pohybuje po letové dráze a oblast osvětlená radarem nebo stopou se pohybuje po povrchu v řádku a vytváří obraz, jak to dělá.
Digitální radarové snímky se skládají z mnoha bodů. Každý pixel na radarovém snímku představuje zpětný rozptyl radaru pro danou oblast na zemi: jasnější oblasti představují vysoký zpětný rozptyl, tmavší oblasti představují nízký zpětný rozptyl.
Tradiční aplikace radaru je zobrazit polohu a pohyb typicky vysoce reflexních objektů (například letadel nebo lodí ) vysláním signálu rádiových vln a poté detekováním směru a zpoždění odraženého signálu. Zobrazovací radar se na druhé straně pokouší vytvořit obraz jednoho objektu (např. Krajiny) tím, že dále registruje intenzitu odraženého signálu, aby určil míru rozptylu (viz rozptyl světla ). Zaregistrovaný elektromagnetický rozptyl je pak mapován do dvourozměrné roviny, přičemž bodům s vyšší odrazivostí je přiřazena obvykle jasnější barva, čímž vzniká obraz.
K tomu bylo vyvinuto několik technik. Obecně využívají Dopplerova jevu způsobeného rotací nebo jiným pohybem předmětu a měnícím se pohledem na objekt způsobeným relativním pohybem mezi objektem a zpětným rozptylem, který je vnímán radarem objektu ( typicky letadlo) letící nad zemí. Díky nedávným vylepšením technik je radarové zobrazování stále přesnější. Zobrazovací radar byl použit k mapování Země, jiných planet, asteroidů, jiných nebeských objektů a ke kategorizaci cílů pro vojenské systémy.
Popis
Zobrazovací radar je druh radarového zařízení, které lze použít k zobrazování. Typická radarová technologie zahrnuje vyzařování rádiových vln, přijímání jejich odrazu a používání těchto informací ke generování dat. U zobrazovacího radaru jsou vracející se vlny použity k vytvoření obrazu. Když se rádiové vlny odrážejí od předmětů, dojde k určitým změnám v rádiových vlnách a může poskytnout data o objektech, včetně toho, jak daleko vlny cestovaly a s jakými objekty se setkaly. Pomocí získaných dat může počítač vytvořit 3-D nebo 2-D obraz cíle.
Zobrazovací radar má několik výhod. Může fungovat za přítomnosti překážek, které zakrývají cíl, a může proniknout do země (písek), vody nebo stěn.
Aplikace
Aplikace zahrnují: topografii povrchu a změnu nákladů; monitorování využití půdy, zemědělské monitorování, ledová hlídka, monitorování životního prostředí; meteorologické radary- monitorování bouří, varování před střihem větru; lékařská mikrovlnná tomografie; prostřednictvím nástěnného radarového zobrazování; 3-D měření atd.
Prostřednictvím nástěnného radarového zobrazování
Odhad parametrů stěny používá ultraširokopásmové radarové systémy. Ke sběru dat a podpoře metody skenování byl použit rukojeť UWB radaru M-sekvence s houkačkou a kruhovými anténami.
3-D měření
3-D měření zajišťují laserové radary s amplitudovou modulací-snímač Erim a snímač Perceptron. Z hlediska rychlosti a spolehlivosti pro operace se středním rozsahem mají 3-D měření vynikající výkon.
Techniky a metody
Současné radarové zobrazovací techniky spoléhají hlavně na zobrazování radarem se syntetickou aperturou (SAR) a radarem s inverzní syntetickou aperturou (ISAR). Rozvíjející se technologie využívá monopulzní radarové 3-D zobrazování.
Radar se skutečnou aperturou
Radar se skutečnou aperturou (RAR) je forma radaru, který vysílá úzký úhel paprsku pulzní rádiové vlny ve směru dosahu v pravém úhlu ke směru letu a přijímá zpětný rozptyl od cílů, které budou transformovány na radarový obraz z přijatého signály.
Odražený puls bude obvykle uspořádán v pořadí času návratu z cílů, což odpovídá snímání směru směru.
Rozlišení ve směru rozsahu závisí na šířce impulsu. Rozlišení ve směru azimutu je totožné s násobením šířky paprsku a vzdálenosti k cíli.
Radar AVTIS
Radar AVTIS je 3D zobrazovací radar se skutečnou aperturou 94 GHz. Využívá frekvenčně modulovanou kontinuální vlnovou modulaci a využívá mechanicky snímanou monostatickou s rozlišením submetrového rozsahu.
Laserový radar
Laserový radar je technologie dálkového průzkumu, která měří vzdálenost osvětlením cíle laserem a analýzou odraženého světla.
Laserový radar se používá pro vícerozměrné zobrazování a shromažďování informací. Ve všech režimech shromažďování informací jsou vyžadovány lasery, které vysílají v oblasti bezpečné pro oči, stejně jako citlivé přijímače na těchto vlnových délkách.
3-D zobrazování vyžaduje kapacitu pro měření rozsahu k prvnímu rozptylu v každém pixelu. Proto je zapotřebí řada čítačů dosahu. Vyvíjí se monolitický přístup k řadě čítačů rozsahu. Tato technologie musí být spojena s vysoce citlivými detektory vlnových délek bezpečných pro oči.
K měření Dopplerovy informace je zapotřebí jiný typ detekčního schématu, než jaký se používá pro prostorové zobrazování. Vrácená energie laseru musí být smíchána s lokálním oscilátorem v heterodynovém systému, aby byla umožněna extrakce dopplerovského posunu.
Radar se syntetickou aperturou (SAR)
Radar se syntetickou aperturou (SAR) je forma radaru, který pohybuje skutečnou clonou nebo anténou řadou pozic podél objektů, aby poskytoval výrazné dlouhodobé variace koherentního signálu. Toho lze využít k získání vyššího rozlišení.
SAR produkují dvourozměrný (2-D) obraz. Jedna dimenze v obraze se nazývá rozsah a je mírou vzdálenosti „přímého pohledu“ od radaru k objektu. Rozsah je určen měřením času od přenosu impulsu do přijetí ozvěny z cíle. Rozlišení rozsahu je také určeno šířkou přenášeného impulsu. Druhá dimenze se nazývá azimut a je kolmá na rozsah. Schopnost SAR produkovat relativně jemné rozlišení azimutu jej odlišuje od ostatních radarů. K získání jemného rozlišení azimutu je potřeba fyzicky velká anténa, která by soustředila vysílanou a přijímanou energii do ostrého paprsku. Ostrost paprsku určuje rozlišení azimutu. Palubní radar mohl při letu na tuto vzdálenost sbírat data a zpracovávat je, jako by pocházejí z fyzicky dlouhé antény. Vzdálenost, kterou letadlo letí při syntetizaci antény, se nazývá syntetická clona. Úzká šířka syntetického paprsku vyplývá z relativně dlouhé syntetické clony, která má jemnější rozlišení než menší fyzická anténa.
Radar s inverzní aperturou (ISAR)
Inverzní syntetický clonový radar (ISAR) je dalším druhem systému SAR, který může produkovat vysoké rozlišení na dvou a trojrozměrných obrazech.
Systém ISAR se skládá ze stacionární radarové antény a cílové scény, která prochází určitým pohybem. ISAR je teoreticky ekvivalentní SAR v tom, že vysokého azimutového rozlišení je dosaženo relativním pohybem mezi senzorem a objektem, přesto je cílová scéna pohybujícího se ISAR obvykle tvořena nespolupracujícími objekty.
Pro zobrazování ISAR jsou zapotřebí algoritmy se složitějšími schématy pro korekci pohybových chyb, než jaké jsou nutné v SAR. Technologie ISAR využívá k syntetické cloně spíše pohyb cíle než vysílače. Radary ISAR se běžně používají na plavidlech nebo letadlech a mohou poskytovat radarový obraz dostatečné kvality pro rozpoznávání cílů. Obraz ISAR je často dostačující k rozlišení různých raket, vojenských letadel a civilních letadel.
Nevýhody ISAR
- Zobrazování ISAR nemůže získat skutečný azimut cíle.
- Někdy existuje obrácený obraz. Například obraz vytvořený z lodi, když se v oceánu valí dopředu a dozadu.
- Obraz ISAR je 2-D projekční obraz cíle v rovině Range-Doppler, který je kolmý na rotující osu. Když jsou rovina Range-Doppler a rovina souřadnic odlišná, obraz ISAR nemůže odrážet skutečný tvar cíle. Zobrazování ISAR tedy ve většině situací nemůže získat informace o skutečném tvaru cíle.
Rolování je ze strany na stranu. Stoupání je dopředu a dozadu, zatáčení se otáčí doleva nebo doprava.
Monopulzní radarová 3-D zobrazovací technika
Radarová monopulzní 3-D zobrazovací technika využívá 1-D rozsahový obraz a měření monopulzního úhlu k získání skutečných souřadnic každého scattereru. Pomocí této techniky se obraz nemění se změnou pohybu cíle. Monopulzní radarové 3-D zobrazování využívá techniky ISAR k oddělení rozptylovačů v dopplerovské doméně a provádění měření monopulzního úhlu.
Monopulzní radarové 3-D zobrazování může získat 3 pohledy na 3-D objekty pomocí jakýchkoli dvou ze tří parametrů získaných z azimutového rozdílového paprsku, výškového rozdílového paprsku a měření rozsahu, což znamená, že pohledy zepředu, shora a ze strany mohou být azimut-elevace, azimutový rozsah a výškový rozsah, v daném pořadí.
Monopulzní zobrazování se obecně přizpůsobuje cílům blízkého dosahu a obraz získaný monopulzním radarovým 3-D zobrazováním je fyzický obraz, který je v souladu se skutečnou velikostí objektu.
4D zobrazovací radar
4D zobrazovací radar využívá pole antén s více vstupy a více výstupy (MiMo) pro detekci, mapování a sledování více statických a dynamických cílů současně s vysokým rozlišením. Kombinuje 3D zobrazování s Dopplerovou analýzou a vytváří další dimenzi - rychlost.
4D zobrazovací radarový systém měří čas letu od každé vysílací (Tx) antény k cíli a zpět ke každé přijímací (Rx) anténě, přičemž zpracovává data z mnoha vytvořených elipsoidů. Bod, ve kterém se elipsoidy protínají - známý jako hot spot - odhaluje přesnou polohu cíle v daném okamžiku.
Díky své univerzálnosti a spolehlivosti je 4D zobrazovací radar ideální pro chytrá domácnost, automobilový průmysl, maloobchod, bezpečnost, zdravotnictví a mnoho dalších prostředí. Tato technologie je ceněna pro kombinaci všech výhod kamerových, LIDAR, termovizních a ultrazvukových technologií s dalšími výhodami:
- Rozlišení : velké anténní pole MiMo umožňuje přesnou detekci a sledování více statických a dynamických cílů současně.
- Efektivita nákladů : Radar 4D pro zobrazování stojí přibližně stejně jako 2D radarový senzor, ale s obrovskou přidanou hodnotou: bohatší data, vyšší přesnost a více funkcí, přičemž nabízí optimální poměr ceny a výkonu.
- Robustnost a soukromí : Nejsou zahrnuty žádné optiky, takže tato technologie je robustní za všech světelných a povětrnostních podmínek. 4D zobrazovací radar nevyžaduje přímou viditelnost s cíli, poskytuje neochvějný výkon, a to i ve tmě, kouři, páře, oslnění a nepříznivém počasí. Zajišťuje také ochranu soukromí a diskrétní dohled od samého počátku, což je stále důležitější problém ve všech průmyslových odvětvích.
Viz také
- DSMAC
- Automatické rozpoznávání cíle
- Bistatické zobrazování
- Pozemní penetrační radar
- Radarová astronomie
- Boční vyhlížející radar
- Geo pokřivení