رادار تصویری برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بکار می رود . با رادار می توان درون محیطی را که برای چشم غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریکی ،باران ،مه برف،غبار و غیره . اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن درتعیین فاصله یا حدود هدف می باشد . کاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی،دریایی، فضایی و هواشناسی می باشد. ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده ها و ایجاد تصاویر با کیفیت بالا از آنها هدف عمده ساخت رادار تصویری می باشد .
لازم به ذکر است که تمامی اطلاعات از طریق سایت های مختلف جمع آوری شده است.
رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است که برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بکار می رود . با رادار می توان درون محیطی را که برای چشم ،غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریکی ،باران ،مه برف،غبار و غیره .
اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن درتعیین فاصله یا حدود هدف می باشد .کاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی،دریایی، فضایی و هواشناسی می باشد. ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده ها و ایجاد تصاویر با کیفیت بالا از آنها هدف عمده ساخت رادار تصویری می باشد
گاه امکان بررسی اجسام از نزدیک وجود ندارد . برای مثال جهت بررسی سطح اقیانوس ها نقشه برداری از عراضی جغرافیایی لزوم ساخت وسایلی که بتوانند از راه دور این کاررا انجام دهند به چشم می خورد . با دستیابی به تکنولوژی سنجش از راه دور بسیاری از این مشکلات برطرف گشت . در واقع در این روش امکان بررسی اجسام وسطوحی که نیاز به بررسی از راه دور دارند را فراهم می آورد . سنجش از راه دور رامی توان به دو بخش فعال وغیر فعال تقسیم کرد . گستره طول موج امواج مایکرویو نسبت به طیف مادون قرمز ومرئی سبب گردیده تا از سنجش از راه دور به وسیله امواج از این طیف استفاده گردد .
عملکردسیستم های سنجش غیرفعال همانند سیستم های سنجش دما عمل می کنند .در اینگونه سیستم ها با اندازه گیری انرژی الکترومغناطیسی که هر جسم به طور طبیعی از خود ساتع می کند نتایج لازم کسب می گردد .هواشناسی واقیانوس نگاری از کاربردهای این نوع سنجش می باشد .
در سیستم های سنجش فعال از طیف موج مایکرویو برای روشن کردن هدف استفاده می شود . این سنسورها را می توان به دو بخش تقسیم کرد :
- سنسورهای تصویری
- سنسورهای غیرتصویری (فاقد قابلیت تصویربرداری) .
از انواع سنسور های غیر تصویری می توان به ارتفاع سنج واسکترومتر ها(پراکنش سنج ) اشاره کرد .کاربرد ارتفاع سنج ها در عکس برداری جغرافیایی وتعیین ارتفاع ازسطح دریا می باشد .اسکترومتر که اغلب بر روی زمین نصب میگردند میزان پراکنش امواج را ازسطوح مختلف اندازه گیری می کنند . این وسیله در مواردی همچون اندازه گیری سرعت باد در سطح دریا و کالیبراسیون تصویر رادار کابرد دارد .
معمول ترین سنسور فعال که عمل تصویربرداری را انجام می دهد رادار می باشد . رادار(radio detection and ranging) مخفف وبه معنای آشکارسازی به کمک امواج مایکرویو است .به طور کلی می توان عملکرد رادار را در چگونگی عملکرد سنسورهای آن خلاصه کرد . سنسورها سیگنال های مایکرویو را به سمت اهدف مورد نظر ارسال کرده وسپس سیگنال های بازتابیده شده از سطوح مختلف را شناسایی می کند . قدرت (میزان انرژی) سیگنالهای پراکنده شده جهت تفکیک اهداف مورد استفاده قرارمی گیرد . با اندازه گیری فاصه زمانی بین ارسال ودریافت سیگنال ها می توان فاصله تا اهداف را مشخص کرد .
تاریخچه
اولین تجربه در مورد بازتابش امواج رادیویی توسط هرتز آلمانی در سال ۱۸۸۶ بدست آمد . پس از گذشت مدت زمان کمی اولین رادار که از آن برای آشکارسازی کشتی ها استفاده می شد مورد بهره برداری قرار گرفت . نخستین بار در سال 1901 ) هوگو ژرنسبارک ( که او راژول ورن آمریکایی می‌نامند، در یک داستان علمی _ تخیلی ، آن را طرح ریزی کرد. در سال 1906 ، یک دانشجوی 23 ساله آلمانی ، به نام هولفس یر دستگاهی ساخت که با اصول رادارهای امروزی می‌توانست امواجی را بسوی موانع بفرستد و بازتاب آنها را دریافت کند.
آزمایش اساسی ارسال امواج الکترومغناطیسی بسوی هواپیماهای در حال پرواز ، بوسیله یک دانشمند فرانسوی به نام ( پیر داوید) انجام یافت.
در آغاز جنگ دوم جهانی بود که یکی از تکنسینهای انگلیسی موفق شد، نخستین مدلهای راداری امروزی را بسازد. اما او یک مشکل اساسی داشت. امواج تا نقطه‌ای که او می‌خواست نمی‌رسیدند و تنها تا پنج هزار متر برد داشتند.
به همین دلیل یک فرانسوی دیگر به نام "موریس پونت" در سال 1930 موفق به اختراع دستگاهی جالب به نام "مانیترون" شد که امواج بسیار کوتاه رادیویی را بوجود می‌آورد و به همین دلیل رادارهایی که به کمک این وسیله تکمیل شدند توانستند تا دهها کیلومتر بیش از رادار قبلی امواج را ارسال کنند. دستگاه اختراعی پونت در سال 1935 ابتدا در کشتی معروفی به نام نرماندی نصب شد و توانست آن را از خطر برخورد با کوههای عظیم یخی شناور در اقیانوس محافظت کند و به این ترتیب رادار الاوه بر استفاده وسیع در هوا ، سطح دریاها را هم به تسخیر خود در آورد.
اولین رادارهای تصویری درطی جنگ جهانی دوم برای آشکارسازی وموقعیت یابی کشتی ها وهواپیماها استفاده شد .
بعد از جنگ جهانی دوم راداربا دید جانبی (SLAR) جهت جستجوی اهداف نظامی و کشف مناطق نظامی ساخته شد . اینگونه رادارها با داشتن آنتن درسمت جپ وراست مسیر پرواز قادر به تفکیک دقیقتر اهداف مورد نظر بودند . در سال ۱۹۵۰ با توسعه سیستم های SLAR تکنولوژی رادار دهانه ترکیبی ( رادار با آنتن ترکیبی) گامی در جهت ایجاد تصاویر با کیفیت بالا برداشته شد . در سال ۱۹۶۰ استفاده از رادارها ی هوایی وفضایی توسعه یافت وعلاوه برکاربرد نظامی جهت نقشه برداری های جغرافیایی و اکتشافات علمی و… نیز مورد استفاده قرار گرفتند .
مکانیسم عمل
همانطور که امواج دریا و امواج صوتی پس از رسیدن به مانعی منعکس می‌شوند، امواج الکترومغناطیسی هم وقتی به مانعی برخورد کردند، بر میگردند و ما را از وجود آن آگاه می‌سازند. به کمک امواج الکترومغناطیسی نه تنها از وجود اجسام در فاصله دور باخبر می‌شویم، بلکه بطور دقیق تعیین می‌کنیم که آیا ساکن هستند یا از ما دور و یا به ما نزدیک می‌شوند؟ حتی سرعت جسم نیز بخوبی قابل محاسبه است. وقتی امواج منتشر شده از رادار ، به یک جسم دور برخورد می‌کنند، به طرف نقطه حرکت بر میگردند. امواج برگشتی توسط دستگاههای خاص در مبدا تقویت می‌شوند و از روی مدت رفت و برگشت این امواج ، فاصله بین جسم و رادار اندازه گیری میشود.
ویژگی های رادار نسبت به دید چشمی
- برد زیاد
- عدم وابستگی به وجود نور
- عبور امواج از موانع
- امکان اندازه گیری دقیق مشخصه هایی مانند فاصله، ارتفاع، سرعت
اصول رادار
مهمترین نکته حائز اهمیت در بخش قبل را میتوان معرفی رادار به عنوان وسیله اندازه گیری معرفی کرد . اجزاء تشکیل دهنده سیستم رادار فرستنده , گیرنده آنتن وسیستم های الکتریکی جهت ثبت و پردازش اطلاعات می باشد .
همانطور که در تصویر شماره ۱ مشاهده می شود فرستنده پالس های کوتاه مایکرویو (A) را که بوسیله آنتن راداربه صورت پرتو متمرکز می شوند(B) با فاصله زمانی معیین تولید می کند . آنتن راداربخشی از سیگنال های بازتابیده شده (c) از سطوح مختلف را دریافت می کند.
با اندازه گیری مدت زمان ارسال پالس و دریافت پژواک های پراکنده شده از اشیاء مختلف می توان فاصله آنها ودر نتیجه موقعیت آنها را تعیین نمود .با ثبت و پردازش سیگنال بازتابیده توسط سنسور تصویر دو بعدی از سطح مورد نظر تشکیل می گردد .
پهنای باند
از آنجاییکه گستره طیف امواج مایکرویو نسبت به طیف های مرئی ومادون قرمزوسیع تر می باشد لذا اکثر رادار ها از این طیف استفاده می کنند . در رادارهای تصویری اغلب از طول موج های زیر استفاده می شود:
ka&k&ku band
X_band
C_band
S_band
L_band
P_band (max)
تمامی طول موج های استفاده شده در رادارهای تصویری در محدوده سانتیمتر است . طول موج رادار در نحوه تشکیل تصویر موثر می باشد . با افزایش طول موج شاهد تصاویر با کیفیت بهتر می باشیم .در دو تصویر زیر(تصاویر شماره ۲و۳) از دو طول موج متفاوت استفاده شده است . شما می توانید تفاوت آشکاری را که دراین تصاویر وجود دارد مشاهده نمایید . علت این تفاوت تغییر در نحوه فعل وانفعال سیگنال با سطح اشیاء میباشد که در ادامه درباره این موضوع صحبت خواهد شد .
قطبیدگی(polarization)
هنگامی که در مورد امواج الکترومغناطیسی همانند امواج مایکرویو صحبت می گردد بحث درباره قطبیدگی حائز اهمیت می باشد . قطبیدگی عبارت است از جهت میدان الکتریکی در امواج الکترومغناطیسی . به طور کلی می توان قطبیدگی امواج را به سه دسته تقسیم بندی کرد : قطبیدگی خطی و دایره ای وبیضوی .
اغلب رادار های تصویری از قطبیدگی خطی استفاده کرده , که این نوع قطبیدگی را می توان به دو بخش عمودی(vertical) وافقی (horizontal) تقسیم بندی کرد (تصویر شماره۴). اغلب سنسورهای رادار طوری طراحی شده اند که قابلیت ارسال وهمچنین دریافت امواج را به یکی از دو صورت بالا دارا هستند . در بعضی از رادارها دریافت وارسال امواج با ترکیبی از دو نوع قطبیدگی انجام می پذیرد .
به طور کلی می توان چهارترکیب از قطبیدگی رادرا در نظر گرفت :
* HH
* VV
* HV
* VH
حرف H نشان دهنده قطبیدگی افقی وحرفV نمایانگر قطبیدگی عمودی میباشد . درچهارترکیب بالا حرف سمت راست نحوه دریافت سیگنال را نشان می دهد .
هندسه رادار (radar geometry)
درسیستم تصویربرداری رادار هوایی با جابجانمودن سکو در یک مسیر مستقیم که مسیرپرواز(flight direction)(A) نامیده می شودعمل تصویربرداری انجام میگردد . پای قائم در صفحه تصویر را ندیر(nadir)(B) می نامیم .آنتن رادار امواج را برای روشن کردن نوارتصویر(swath) (C) ارسال می کند . با قرار گرفتن نوارهای تصویر در کنار هم ناحیه تصویر(track) (ناحیه خاکستری رنگ ) تشکیل می گردد که این ناحیه نسبت به خط ندیر فاصله دارد . محور طولی ناحیه تصویرکه با مسیر پروازموازی می باشدرا سمت(azimuth)(E) ومحورعرضی راکه برمسیرپروازعمود است را برد(range)(D) می نامیم .
واژه شناسی
محدوده نزدیک (Near range): بخشی از نوارتصویر که به خط ندیر نزدیک است .
محدوده دور(far range) : بخشی از نوار تصویر که در فاصله دور نسبت به خط ندیر قرار دارد .
برد مایل (slant range): خط شعاعی که از رادار به هریک از اهداف می توان نظیر کرد .
برد زمینی (ground range ) : تصویر برد مایل در سطح زمین .
زاویه تابش(incidence angle) : زاویه بین پرتورادار و سطح زمین .
زاویه دید(look angle) : زاویه بین خط عمود وپرتو رادار.
اثرات سطح بر تصویر رادار
میزان روشنایی ( درخشندگی ) تصویر به میزان پراکندگی(scattering) سیگنال های مایکرویودر برخورد باسطح بستگی دارد . پراکنش سیگنال به پارامترهایی از قبیل مشخصات رادار (فرکانس قطبیدگی هندسه دید و…) وهمچنین خصوصیات سطح (پستی وبلندی نوع پوشش و…) وابسته است . به طور کلی می توانیم عوامل بالا را در سه عامل اصلی زیر خلاصه کنیم :
۱) صیقلی بودن سطح
۲) هنسه دید و رابطه آن باسطح
۳) درصد رطوبت وخصوصیات الکتریکی سطح
صیقلی بودن سطح مهمترین عامل تعیین کننده روشنایی تصویرمی باشد . سطوح صاف موجب بازتابش آیینه ای(A) در فعل وانفعال سیگنال رادار با سطح می گردند . درنتیجه این نوع بازتابش مقدار اندکی ازسیگنال های بازتابیده شده به سمت رادار باز میگردند . بنابراین سطوح صاف با درجه تیره گی بیشتر در تصویر ظاهر خواهند گشت . سطوح ناصاف سیگنال های رادار راتقریبا به صورت یکنواخت بازتاب می دهند . و درنتیجه بخش عمده ای از این سیگنال ها به سمت راداربازمیگردند . بنابراین سطوح ناصاف با درجه روشنایی بیشتر در تصویر مشاهده می شوند . به این نوع انعکاس بازتابش پخشیده(B)گفته می شود . احتمال وقوع انعکاس زاویه ای (C) در نواحی که از سطوح عمود برهم تشکیل شده وجود دارد. به بیان ساده تر سیگنال های بازتابیده شده از سطح اول پس از برخورد به سطح دوم به سمت رادار بازتاب داده میشود .این نوع انعکاس به طور معمول در مناطق شهری (ساختمان ها خیابان ها پل ها و… ) اتفاق می افتد . صخره ها کوه ها ونیزار رودخانه ها نیز سیگنال رادار را اینگونه بازتاب می دهند .
زاویه تابش(incidence angle) نیز در نحوه شکل گیری تصویر همچنین صیقلی بودن سطوح نقش ایفا می کند . با در نظر گرفتن سطح وطول موج ثابت با افزایش زاویه تابش سیگنال های کمتری به سوی رادار بازمیگردند ودر نتیجه درجه تیره گی افزایش می یابد .به بیان دیگر با افزایش زاویه تابش سطوح صیقلی تر از مقدار واقعی خود در تصویر ظاهرمی شوند .به طور کلی تغییر در هندسه دید در بهبود نقشه های جغرافیایی وهمچنین برطرف کردن اختلال هایی از قبیل سایه دارشدن و کاهش عمق تصویرموثر می باشد .
وجود رطوبت در خصوصیات الکتریکی وحجم اجسام موثر می باشد . تغییر در خواص الکتریکی در جذب ارسال وهمچنین نحوه شکل گیری تصویر موثر می باشد . بنابراین درصد رطوبت اجسام در فعل وانفعال سیگنال رادارومتعاقبا تصویر موثر می باشد . معمولا با افزایش رطوبت جسم سیگنال های بیشتری توسط جسم بازتابیده می شود . برای مثال علفزارهای وسیع در هنگامی که مرطوب هستند در تصویر رادار روشنتر ظاهر می شوند .
دقت تفکیک(spatial resolution)
به میزان توانایی رادار جهت تفکیک اشیاء مختلف از همدیگر دقت تفکیک گفته می شود . بر خلاف سیستم های نوری افزایش دقت تفکیک در رادار بر اساس خصوصیات امواج مایکرویو وهمچنین تاثیرات هندسی انجام می پذیرد . دررادارهایی که از یک آنتن جهت ارسال امواج استفاده می کنند یک پالس موج ارسال گشته و با دریافت پ؟واک آن توسط گیرنده تصویر تشکیل می شود .
دقت تفکیک را می توان در دو راستا بررسی کرد . در جهت سمت ناحیه تصویر که دقت سمت (azimuth resolution) نامیده می شود ودر جهت برد که آن را دقت برد (range resolution) می نامیم .
دقت برد به طول پالس رادار (P) بستگی دارد . در صورتی که عمل تفکیک با طول بیشتر از نصف پالس صورت گیرد اهداف از یکدیگر قابل تشخیص اند .
با افزایش زاویه تابش (افزایش برد )شاهد کاهش دقت برد می باشیم .
دقت سمت به پهنای ستون امواج رادار یا پهنای زاویه ای (beam width) (A) و همچنین برد مایل(slant range) وابسته است . با افزایش پهنای زاویه ای می توانیم شاهد دقت سمت باشیم . در تصویرشماره 7 اهداف ۱و۲ که در محدوده نزدیک قرار دارند توسط رادار به راحتی قابل تشخیص اند درحالیکه هدف های ۳و۴ که در محدوده دور قرار گرفته اند قابل تشخیص نمی باشند . همچنین با افزایش طول آنتن رادار می توان دقت سمت را افزایش داد .
رادار دهانه ترکیبی (synthetic aperture radar)
همانطور که در قسمت قبل گفته شد جهت بالابردن دقت سمت می توانیم طول آنتن رادار را افزایش دهیم . اگرچه در این افزایش طول ما با محدودیت هایی مواجه هستیم . در رادرهای هوایی طول آنتن رادار بین ۱ تا ۲ متر در نظر گرفته می شود . در ماهواره ها ما می توانیم این محدوده را بین ۱۰ تا ۱۵ متر در نظر بگیریم . با تغییراتی در چگونگی حرکت سکوی رادار وثبت و پردازش سیگنال های بازتابیده شده می توان بر محدودیت اندازه غلبه کرد . بدین طریق که ما با تغییر در نحوه رفتار رادار به صورت مجازی طول آنتن رادار را افزایش داده ایم .
فهرست مطالب:
مقدمه...................................................1
تاریخچه...........................................................3
مکانیسم عمل........................................4
ویژگی های رادار نسبت به دید چشمی...........................................................4
اصول رادار.....................................................................4
پهنای باند............................................................................5
قطبیدگی.....................................................................................6
هندسه رادار..............................................................................7
واژه شناسی...................................................................8
اثرات سطح بر تصویر رادار.........................................8
دقت تفکیک..........................................................................10
رادار دهانه ترکیبی............................................................11
خصوصیات تصویر رادار........................... ...........12
دید چندگانه ای...................................................................12
فیلترینگ..........................................................13
کاربردهای رادار...................................................................14
توضیحاتی درباره کاربردها.....................................................14
کاربردهای پیشرفته..........................................................16
اهداق استفاده از رادار........................ .......................................16
رادار در طبیعت..............................................................................................17
معرقی رادارهای هواشناسی.......................................................................17
کاربردهای رادارهای هواشناسی...........................................................20
محصولات رادارهای هواشناسی....................................................................22
کاربرد رادار در زلزله...........................................................................................22
اندازه گیری راداری..................................................................................22
نظارت و رهگیری اجرام فضایی............................................................................23
ونوس جواهری در آسمان..................................................................... ...........24
سطح و جو................................................................... ..................24
کاربرد رادار در برج مراقبت........................................................... ...............25
کاربرد رادار در هواپیماهای غیرنظامی......................................................... ................26
PSR ................................................................ .................26
محدودیت های PSR........................................................
رادارهای مورد استفاده در تعدادی از هواپیماها در سراسر جهان..................................................................30
اف-16............................................................................................30
رادار هواپیما..........................................................................30
دستگاه هداپ یا سایت..............................................................31
آذرجش........................................................................31
امکانات.............................................................................31
کابین مجهز هواپیمای F-16I اسرائیلی.....................................................32
پنهان شدن از دید رادار...............................................................................33
عوامل موثر در مشاهده شدن یک پرنده................................................................33
راههای مقابله با مشاهده شدن یک پرنده....................................................33
هواپیمای F-117.......................................................................
بمب افکن پنهانکارB-2.........................................................
جنگنده تاکتیکی پشرفته YF-22A...............................
بالگرد نامرئی کمانچیRAH-66...................................................
کاربردهای رادار در موشک............................39
هواپیماهای بدون سرنشین.....................................40
ساخت هواپیمای بدون سرنشین ضدرادار با سرعت 700 کیلومتر....................................40
نتیجه چیری...............................................................42
منابع...................................................43
شامل 43 صفحه فایل word قابل ویرایش بهمراه 44 اسلاید powerpoint
دانلود پروژه رادار تصویری
