Инверсті синтетикалық апертуралық радар: 2D карта жасау техникасы
Inverse synthetic-aperture radar
Инверттік синтетикалық апертуралық радар (ISAR) – нысандардың 2D суретін шығару технологиясы. Теңіз сақшылары үшін маңызды, нысандарды анықтауға көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Радарлық 2D карталау техникасы
Radar 2D mapping technique
Инверс синтетикалық апертуралық радар (ISAR) – радарлық бейнелеуді пайдаланып, нысананың екі өлшемді жоғары ажыратымды бейнесін жасауға арналған радарлық техника. Ол дәстүрлі SAR-ға ұқсас, бірақ ISAR технологиясы синтетикалық апертураны жасау үшін шығарып жібергіштің орнына нысананың қозғалысын пайдаланады. ISAR радарлары теңіздік патрульдік ұшақтарда маңызды рөл атқарады, оларға нысананы тану мақсатында қолдануға жеткілікті сапалы радарлық бейнелерді ұсынуға мүмкіндік береді. Басқа радарлар бір анықталмаған жарқын қозғалмалы пикселді ғана көрсеткен жағдайларда, ISAR бейнесі әртүрлі зымырандарды, әскери және азаматтық ұшақтарды ажырату үшін жеткілікті болады.
Inverse synthetic aperture radar (ISAR) is a radar technique using radar imaging to generate a two dimensional high resolution image of a target. It is analogous to conventional SAR, except that ISAR technology uses 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. In situations where other radars display only a single unidentifiable bright moving pixel, the ISAR image is often adequate to discriminate between various missiles, military aircraft, and civilian aircraft.
Радарлық қима кескінін түсіру
ISAR түсірген нысана аймағының суреттері нысанадағы шашырату аймақтарын анықтау үшін пайдалы құрал болуы мүмкін. ISAR суреттері көбінесе нысананы айналдыру және шашырату орталықтарының Доплер тарихын өңдеу арқылы жасалады. Егер нысана азимут бойынша тұрақты жылдамдықпен "кішкентай" бұрыш арқылы айналса, шашыратушылар радарға қатысты жылдамдықпен жақындаса немесе алыстасады, бұл жылдамдық тек радиолокациялық бағыттан – радардың көру сызығына перпендикуляр қашықтықтан, нысананың айналу осіндегі бастапқы нүктеден тәуелді болады. Айналу нәтижесінде Доплер жиіліктері пайда болады, олар Фурье түрлендіруі арқылы кеңістікте сұрыпталады және көлденең диапазонға тәуелді болады. Кішкентай бұрыштар үшін ISAR суреті – жиілік пен нысананың көріну бұрышы функциясы ретінде алынған сигналдың екі өлшемді Фурье түрлендіруі болып табылады. Егер нысана үлкен бұрышпен айналса, шашыратушының Доплер жиілігі тарихы сызықтық емес болып, синусоида траекториясын қабылдайды. Бұл Доплер тарихын Фурье түрлендіруі тікелей өңдей алмайды, себебі бұзылған Доплер жиілігі тарихы көлденең диапазондық ажыратымдылықтың жоғалуына әкеледі. Өзгертілмеген Фурье түрлендіруімен өңделетін максималды айналу бұрышы синтезделген апертурадағы фазалық қате белгілі бір (еркін) мөлшерден, мысалы 45 градустан кем болуы керек деген шектеумен анықталады. Бұл синтезделген апертураның нысанаға дейінгі қашықтығы нысананың қажетті бүйірлік өлшемімен салыстырғанда аз болған кезде орын алады. Осы кезде синтезделген апертура нысананың жақын өрісінде болады және фокустау қажет. Фокустау синтезделген апертураға фазалық түзету қолдану арқылы жүзеге асырылады.
Images of the target region produced by ISAR can be a useful tool in locating scattering regions on the target. ISAR images are often produced by rotating the target and processing the resultant Doppler histories of the scattering centers. If the target rotates in azimuth at a constant rate through a 'small' angle, scatterers will approach or recede from the radar at a rate depending only on the cross range position—the distance normal to the radar line of sight with the origin at the target axis of rotation. The rotation will result in the generation of cross range dependent Doppler frequencies which can be sorted spatially by a Fourier transform. For small angles, an ISAR image is the 2 dimensional Fourier transform of the received signal as a function of frequency and target aspect angle. If the target is rotated through large angles, the Doppler frequency history of a scatterer becomes non linear, following a sine wave trajectory. This Doppler history can not be processed directly by a Fourier transform because of the smeared Doppler frequency history resulting in the loss of cross range resolution. The maximum rotation angle which can be processed by an unmodified Fourier transform is determined by the constraint that the aperture phase error across the synthesized aperture should vary by less than a specified (arbitrary) amount, for example 45 degrees. This occurs when the synthetic aperture to the target range is less than required by the limit where is the required lateral extent of the target. At this point the synthetic aperture is within the target nearfield region and requires focusing. The focusing is accomplished by applying a phase correction to the synthetic aperture.
Қолданбалар
ISAR кемелерді және басқа да объектілерді жіктеу үшін теңіздік бақылауда қолданылады. Бұл қолданыстарда толқын әсерінен туындаған объектінің қозғалысы, объектінің айналуынан гөрі маңыздырақ роль атқарады. Мысалы, кеме бетінен ұзаққа созылатын мачта сияқты ерекшелік, екі өлшемді кескінде анық көрінетін жоғары синусоидалық жауап береді. Кейде кескіндер көзбен қарағанда таңғажайып ұқсастық тудырады, соның салдарынан объект қабылдағышқа жақындағанда немесе алыстағанда, доплерлік сигналдардың алмасуы профильдің тік және кері бұрылуына себеп болады. Теңіздік бақылау үшін ISAR-ді алғашқы рет «Texas Instruments» компаниясы Әскери-теңіз зерттеулер лабораториясымен бірлесіп жасады, бұл P-3 Orion және S-3B Viking АҚШ Әскери-теңіз күштерінің ұшақтары үшін маңызды мүмкіндікке айналды. Сондай-ақ, құрлықта орналасқан ISAR жүйелерімен де зерттеулер жүргізілді. Бұл мүмкіндікті пайдаланудағы қиындық – объектінің қозғалысы теңіздегіден гөрі әлдеқайда аз және көбінесе аздап мерзімді болады. ISAR-дың ең әсерлі және ғылыми тұрғыдан қызықты қолданысы – әлем кеңістігіндегі астероидтерді бейнелеу болып табылады. Бұған керемет мысал – «ит сүйегі» деп аталатын 216 Kleopatra астероиді, ол Жерден Күннен шамамен 20% қашықта орналасқан. Астероидтің ең жуан жері 60 мильге жуық. Дегенмен, кескін өте айқын және оптикалық кескінге ұқсайды. Бұл Лос-Анджелестегі телескопты, Нью-Йорктегі көлікті бейнелеу үшін адам көзінің линзасымен салыстыруға болады. Әрине, мұндағы хитролық – астероидтің айналасында өте сирек фон болуы, бұл нақтырақ ажыратуға мүмкіндік береді. 2013 жылдың ақпан айында испандық технологиялық компания «Indra Sistemas» алғашқы пассивті ISAR-ді жариялады. Пассивті радар ешқандай сәулеленуді шығармайды, яғни ол қоршаған ортадағы сигналдарды пайдаланады. Бұл жағдайда радар, қоршаған ортаны жарықтандыру үшін кооперативті емес көз ретінде жер үсті теледидары сигналдарын қолданады.
ISAR is used in maritime surveillance for the classification of ships and other objects. In these applications the motion of the object due to wave action often plays a greater role than object rotation. For instance a feature which extends far over the surface of a ship such as a mast will provide a high sinusoidal response which is clearly identifiable in a two dimensional image. Images sometimes produce an uncanny similarity to a visual profile with the interesting effect that as the object rocks towards or away from the receiver the alternating doppler returns cause the profile to cycle between upright and inverted. ISAR for maritime surveillance was pioneered by Texas Instruments in collaboration with the Naval Research Laboratory and became an important capability of the P 3 Orion and the S 3B Viking US Navy aircraft. Research has been done also with land based ISAR. The difficulty in using this capability is that the object motion is far less in magnitude and usually less periodic than in the maritime case. Perhaps the most visually striking and scientifically compelling application of ISAR is in the deep space imaging of asteroids. A particularly beautiful example of this is the so called "dog's bone" 216 Kleopatra asteroid, which lies roughly 20% further away from the earth than the sun. The asteroid is only 60 miles wide at its midpoint. Yet the imagery is crisp and looks like an optical image. This has been cited as akin to using a telescope in Los Angeles that is the size of the human eye's lens to image a car in New York. Of course, the trick here is that the asteroid is presented among a very sparse background, allowing for substantial disambiguation. In February 2013, Indra Sistemas, a Spanish technology company, announced the first passive ISAR. A passive radar is characterised by not emitting any form of radiation, i. e., it uses the signals present in the environment. In this case, the radar uses digital terrestrial television signals as the non cooperative source of illumination in the environment.