www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Urządzenia radiolokacyjne

Interferometryczny radar z syntetyczną aperturą

Rysunek 1: Różnica faz Δφ (tj. różnica odległości ΔR) jest miarą odległości od reflektora; im bliżej reflektora znajduje się antena, tym większa jest różnica faz.

Rysunek 1: Różnica faz Δφ (tj. różnica odległości ΔR) jest miarą odległości od reflektora; im bliżej reflektora znajduje się antena, tym większa jest różnica faz.

Interferometryczny radar z syntetyczną aperturą

W technologii radarowej interferometria odnosi się do wszystkich metod pomiarowych, w których oceniany jest kąt fazowy odbieranego sygnału. Interferometryczny radar z syntetyczną aperturą (InSAR) to technika obrazowania radarowego, w której dodatkowe informacje są obliczane poprzez porównanie faz dwóch obrazów uzyskanych pod różnymi kątami. Zakłada się, że wewnętrzny wkład, związany z fizycznymi, geometrycznymi i dielektrycznymi właściwościami celów, pozostaje stabilny między dwoma ujęciami i że tylko punkt widzenia powoduje różnicę faz.

Rozdzielczość urządzeń radarowych do pomiaru odległości jest ograniczona szerokością pasma ich nadajnika. W przypadku urządzeń radarowych z prostą modulacją długości nadawanego impulsu oraz w urządzeniach radarowych z modulacją wewnątrzimpulsową przez szerokość pasma nadawanego impulsu, bezpośredni pomiar fazy sygnału echa może być wykorzystany do znacznie dokładniejszego pomiaru odległości.

φ = − 4π·R gdzie R = odległość do reflektora
λ = długość fali transmitowanego sygnału
(1)
λ

Niestety, niejednoznaczna odległość pomiarowa zależy od cyklicznego powtarzania fali sinusoidalnej i jest równa plus minus połowie długości fali. Chociaż fazę można zmierzyć dość dokładnie w zakresie −π < φ ≤ +π w obrębie długości fali, nie można odróżnić tej samej informacji od tej z wielokrotności tej długości fali. Na przykład, dwa obiekty oddalone od siebie o pół długości fali są nie do odróżnienia od dwóch innych obiektów oddalonych od siebie o półtorej długości fali lub o dwie i pół długości fali itd.

Obowiązkowym warunkiem wstępnym dla takiego radaru jest to, że musi on być coherent i musi generować dwuwymiarowy obraz poprzez obracanie anteny, obrót lub ruch liniowy. Zmierzona informacja o fazie jest przechowywana dla każdego piksela. Cały proces jest powtarzany z innej pozycji anteny. Dla każdego punktu na obrazie różnica faz dwóch fragmentów danych jest miarą różnicy odległości ΔR, a zatem także odległości (patrz rysunek 1).

ΔR = f1 − φ2) (2)

Dzięki przetwarzaniu obrazu możliwe jest teraz uzyskanie dokładności pomiaru do ułamków długości fali przy porównywaniu obrazów dwufazowych. Również w tym przypadku pojawiają się niejednoznaczności, ale w znacznie mniejszym stopniu niż w przypadku pomiarów bezpośrednich. Porównując z sąsiednimi pikselami i oceniając prawdopodobieństwo skoku fazy, można wyeliminować te niejednoznaczności.

W rezultacie obraz fazy każdego pojedynczego pomiaru jest chaotyczny i pojawia się jako wzór kolorowego szumu. Jedynie różnica faz pomiędzy dwoma obrazami dostarcza informacji o odległości. Istnieją proste zależności trygonometryczne między różnicą faz a dokładną odległością. Odległość między dwiema pozycjami anteny (linia bazowa) jest mnożnikiem różnicy faz. Powinna ona być na tyle mała, aby warunki odbicia pomiędzy dwoma pomiarami nie uległy zmianie.

Interferometria InSAR została pierwotnie opracowana do zdalnego wykrywania powierzchni Ziemi za pomocą radaru z syntetyczną aperturą. Na przykład, podczas misji Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) w lutym 2000 roku, druga antena odbiorcza została rozmieszczona wzdłuż 60-metrowej rampy. Oba zestawy danych zostały pobrane jednocześnie. W tandemowej misji ERS-1 i ERS-2 oba pomiary zostały wykonane kolejno.

Technika ta jest również wykorzystywana w zastosowaniach naziemnych przy użyciu odpowiedniej metody. W tym przypadku nazywa się to Ground Based Interferometric SAR (GBInSAR). W tym przypadku zmiany w środowisku mogą być mierzone z dokładnością do milimetra, takie jak zmiany w pokrywie lodowej, osuwiska, aktywność wulkaniczna, uskoki po trzęsieniach ziemi i statyczne monitorowanie konstrukcji.