Sintezētās apertūras radars

Sintezētās apertūras radars (SAR) ir radara tips, kuru izmanto, lai izveidotu objekta, piemēram, Zemes virsmas, attēlus. Objekts var būt reprezentēts gan 2D, gan 3D. Izmantojot šo radaru, ir iespējams iegūt Zemes virsmas radiolokācijas attēlus, neņemot vērā meteoroloģiskos apstākļus un Saules starojumu.

SAR tehnoloģijas izmanto dažādiem nolūkiem. Piemēram:

• Veģetācijas monitorings
• Ģeoloģiska un topogrāfiska kartēšana
• Okeāna un ledāju monitorings
• Ārkārtas situāciju monitorings
• Kuģu kontrole

Pamatprincipi

Attēla veidošana

SAR ģeometrija

Zondēšanas process sākas, kad SAR sūta impulsus zemes virsmas virzienā. Starp impulsu un zemes virsmu notiek savstarpēja iedarbība, tas absorbējas, daļa impulsa atstarojas sensora virzienā. Līdz uztveršanas ierīcei impulss nonāk ar aizkavēšanos. Rezultātā signāls ir komplekss un pēc īpašas apstrādes no tā var iegūt divus radiolokācijas attēla parametrus - amplitūdu (spilgtumu) un fāzi (tieši saistīta ar aizkavēšanos un sensora viļņa garumu). Turpmāk fāzi var izmantot augstuma mērīšanai ar precizitāti līdz metra vienībai un pamatvirsmas telpiskās nobīdes mērīšanai ar precizitāti līdz centimetriem un pat milimetriem.

Latvijas teritorija Sentinel-1 SAR datu mozaīkā

Sānu pārskata radiolokatora antenas nosaka maksimāli iespējamo telpisko izšķirtspēju azimutālajā virzienā: jo garāka antena, jo labāka izšķirtspēja. Atšķirībā no parastā sānu pārskata radiolokatora, SAR iegūst augstu telpisko izšķirtspēju azimutālajā virzienā, veidojot sintezētu apertūru. Sintezētas apertūras veidošanas princips ir balstīts uz signāla uztveršanu no viena un tā paša apvidus punkta diezgan lielā SAR pārvadātāja lidojuma posmā. Šādi uztverot signālu, pateicoties pārvadātāja kustībai, izveidojas mākslīgs antenas lineārā atvēruma palielinājums (sintezēšana).

Sintēze

Apertūras sintēze. Metode, kura ļauj iegūt augstu leņķisku izšķirtspēju izmantojot radiointerferometra mērījumu rezultātu sintēzi. Radiointerferometrs sastāv no divām mazām apertūrām, kuras pārvietojas lielākas apertūras ietvaros, un korelācijas uztvērēja. Mērīšanas rezultāts, izmantojot apertūras sintēzi ir analoģisks mērīšanai izmantojot lielas apertūras antenu. Apertūras sintēzē ir veikts milzīgs operāciju skaits, pie dažādām elementu pozīcijām un rezultāti summējas ar konkrētam fāzēm un svariem.

Vēsture

Apertūras sintēzes metodi pirmo reizi piedāvāja M. Rails, 1952. gadā. Viņš izmantoja šo metodi, pētot Galaktikas radiostruktūru. 1974. gadā Rails kopā ar E. Hjūišu saņēma Nobela balvu par “Novatoriskiem pētījumiem astrofizikā”. Lielāku izplatību metode ieguva radioastronomijā un radiolokācijā. Radioastronomijā apertūras sintēzi izmanto tādēļ, ka nav iespējas uztaisīt antenu ar nepieciešamo apertūru.

Pirmie darbi ar apertūras sintēzes izmantošanu mazām kustīgām antenām tika veikti 1954. gadā, Kembridžā (Lielbritānija). 1956. gadā, Sidnejā (Austrālija) pirmo reizi tika izmantota zemes rotācija divdimensiju režģa sintēzei ar lineāra režģa palīdzību. Viena no slavenākajām apertūras sintēzes sistēmām – antenu režģis VLA (Very Large Array), kura atrodas Ņūmeksikas štatā (ASV) un uzcelta 1981. gadā.            

Joslas

Ņemot vērā to, ka mikroviļņi mijiedarbojas ar atmosfēru un zemi, ir vērts izmantot tikai dažādas frekvenču joslas zemes pārseguma kartēšanai. Joslas ir attēlotas attēla Viļņa garums ietekmē iespiešanās dziļumu un nepieciešamā objekta lielumu. Kā piemēru joslu izmantošanai apskatīsim meža veģetācijas kartēšanu. Izmantojot īsos viļņus (3 cm X-josla) mikroviļņu enerģija mijiedarbojas ar koku lapotnes kroņu virsmām un enerģija izkliedējas dēļ mazākiem kroņu elementiem (koku lapām, maziem zariem). Tāpēc pie šādiem viļņa garumiem visa enerģija atstarojas galvenokārt no kroņu virsmām. Ja izmanto garos viļņus (74 cm P – josla), tie iziet caur kroņiem un atstarojas no lieliem objektiem, tādiem ka lieli zari, stumbri un zemes virsma.

Radara X un P joslas