ДЗЗ-Тема6

Естественная радиация в микроволновом диапазоне электромагнитного спектра обычно слишком слаба для построения изображения. Поэтому пассивное зондирование в этой части спектра применяется редко. Радиолокационное изображение создается с помощью активного сенсора, генерирующего излучаемый импульс и принимающего отраженный сигнал в микроволновой области.

Радиолокационные системы преимущественно работают в трех диапазонах длин волн, а именно:– X полоса, λ = 2,4 – 3,8 см (частота от 8 000 до 12 500 МГЦ);– C полоса, λ= 3,8 – 7,5 см (частота от 4 000 до 8 000 МГЦ);– L полоса, λ = 15 – 30 см (частота от 1 000 до 2 000 МГЦ).Преимущество полос X и C в том, что такие излучения проникают через облака. Поэтому на их основе созданы всепогодные системы, работающие и днем, и ночью.

Передатчик генерирует мощный импульс, представляющий 17 волновой сигнал в соответствующем участке спектра. Продолжительность импульса дельта t . Сигнал проходит через антенну со специальными характеристиками распространения волн, так что вся энергия сосредотачивается в плоском пучке, перпендикулярном направлению движения платформы. Сигнал достигает земли со скоростью распространения электромагнитных волн: v=c/nгде c – скорость распространения света в вакууме, n – коэффициент преломлении в передающей среде.

На местности в зоне облучения часть энергии отражается в обратном направлении, а остальная – рассеивается или поглощается. Отраженная в сторону антенны энергия характеризуется радарным уравнением возвращенного потока.Промежуток времени между прохождениями через антенну переданного и возвращенного сигнала равен: Ti=2ri/v, где ri – расстояние между антенной и объектом i.Разрешение на местности a , достижимое радиолокационной системой в направлении, перпендикулярном движению платформы, зависит от продолжительности импульса дельта t , а также от угла B между горизонтом и излучаемым отраженным лучамиДля восприятия отраженной энергии антенна переключается с передачи на прием. Это разрешает фиксировать поступающие сигналы в виде функции Ti . Когда прием сигналов от всех точек местности закончен, антенна снова переключается в режим передачи и новый импульс посылается к земной поверхности, причем к этому моменту платформа сместилась вдоль направления полета. Разрешение в направлении движения зависит от скорости платформы и временного интервала между последовательными импульсами.

Поскольку трудно сосредоточить всю передаваемую энергию в одной плоскости, временной интервал, с которым излучаются два последовательных импульса, зависит от характеристик антенны. Азимутальный размер радарного луча в излучающей плоскости антенны зависит от длины ее в метрах.Сказанное ограничивает азимутальное разрешение у радиолокационных систем бокового обзора (SLAR), так как длина антенны зависит от размеров платформы.Существует возможность улучшить азимутальное разрешение при малых антеннах, которые испускают энергию широким пучком лучей. Поскольку радарный импульс несет волну на известной частоте, последовательно приходящая энергия от отражающих целей позволяет определять не только ее интенсивность, но также и использовать информацию о частоте. Положение цели в направлении полета определяет доплеровскую частоту обратного сигнала. Цели перед самолетом вызывают положительное, а цели позади – отрицательное изменение доплеровской частоты. 

При анализе можно геометрически выделить сигналы с нулевой доплеровской частотой. Это похоже на голографическую реконструкцию волновых сигналов при формировании изображения. Координата точки изображения в азимутальном направлении может быть задана как расстояние в наклонном диапазоне.Превышения на местности вызывают изменения наклонных расстояний или их горизонтальных проекций.

Радарный импульс излучается как последовательность волн, и он отражается в таком же виде. Если возвращающиеся волны принимаются двумя пространственно разделенными антеннами, то посредством интерферометрии можно сопоставить два волновых сигнала относительно разности фаз.

Для точек отражения, лежащих на оси интерферометра, перпендикулярной к базису b , различий в фазах отраженных сигналов нет. В стороне от этой оси будут наблюдаться разности фаз, пропорциональные направлению исходного луча относительно базиса и половине длины волны. В конечном счете, эта закономерность позволяет описать участок земной поверхности в форме цифровой модели рельефа. 

Можно также получить интерферограммы от радарных сигналов двух различных спутников, как это было сделано Европейским космическим агентством в ходе Тандемной Миссии (European Space Agency’s ERS1/ERS2 Tandem Mission). В этой миссии второй спутник (ERS2) следовал за первым (ERS1) днем позже по той же самой орбите. Исходя из предположения, что фактическая разность орбит давала небольшой базис от 100 до 300 м, и что отражательные свойства местности по отношению к радарным лучам не менялись за сутки, стала возможной интерферометрия. Однако для спутников ERS1 и ERS2 не были известны точные орбитальные данные, поэтому длина и ориентация базиса подлежали оценке в процессе обработки. Интерферометрическое окаймление изображения оказалось неоднозначным, и преобразование интерферограммы в цифровые модели рельефа потребовало ряда попыток с использованием процедуры поиска ошибок в сопоставлении фаз.

Для интерферограмм, полученных со спутников ERS 1/2 в Тандемной Миссии согласование с точной цифровой моделью рельефа было в пределах 5 м на открытых плоских местах, хотя в залесенных районах точность оказалась существенно ниже. В горных районах ошибки достигали 100 м, что объясняется наличием радарных теней и особенностями ракурса съемки.