Інтерферометричні радіолокатори
Рисунок 1. Різниця фаз ( φ1 − φ2 ) є мірою відстані до відбиваючого об’єкту
Интерферометрические радиолокаторы
Стосовно радіолокації термін „інтерферометричний“ відноситься до усіх методів вимірювань, в яких оцінюється зсув фази прийнятого сигналу. Інтерферометричний радіолокатор із синтезованою апертурою (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR) реалізує метод радіолокаційної візуалізації (побудови зображення), в якому додаткова інформація розраховується шляхом порівняння фаз двох зображень (портретів), отриманих при різних кутах спостереження.
Роздільна здатність радіолокатора з дальності обмежена шириною смуги частот випромінюваних сигналів. Для радіолокаторів, що використовують прості радіоімпульси, ця величина визначається тривалістю зондувального сигналу, а для радіолокаторів із внутрішньоімпульсною модуляцією — шириною спектру сигналу. Порівняно із звичайними методами вимірювання, безпосереднє вимірювання фазового зсуву сигналу відлуння може бути використане для набагато точнішого вимірювання дальності.
| φ = − | 4π·R | де | R — відстань до відбиваючого об’єкту; λ — довжина хвилі зондувального сигналу. |
(1) |
| λ |
Нажаль, через періодичний характер синусоїдальної функції, при такому методі точне вимірювання відстані можливе в діапазоні до плюс або мінус половини довжини хвилі несівного коливання. Фаза може бути виміряна досить точно в інтервалі −π < φ ≤ +π, однак неможливо визначити скільки повних довжин хвиль уклалось у вимірювану відстань. Такий недолік може бути усунений при використанні радіолокатора типу InSAR.
Базовою структурою інтерферометричної радіолокаційної системи із синтезованою апертурою є будь-який функціональний радіолокатор, який забезпечує оцінювання фази прийнятого сигналу. Такі умови задовольняє когерентний радіолокатор, за інформацією якого будується двовимірне зображення під час повороту його антени, його обертанні або лінійному переміщенні. Дані про вимірювану фазу зберігаються для кожного елементу зображення (пікселя). Весь процес повторюється при іншому положенні антени. Для кожного пікселя зображення різниця фаз обох вимірювань є мірою різниці відстаней ΔR і, значить, його (пікселя) відстанню (Рисунок 1). Сучасні методи обробки зображень дають змогу порівнювати дві фазові картини з точністю до частки довжини хвилі. В цьому випадку також виникають неоднозначності, однак значно менше, ніж при безпосередньому вимірюванні. Такі неоднозначності можуть бути усунені шляхом порівняння результату із сусідніми пікселями із урахуванням оцінки імовірності можливого стрибка фази.
| ΔR = f(φ1 − φ2) | (2) |
Результуюча фазова картина кожного окремого вимірювання являє собою хаотичне безпорядне зображення. Обчисленні різниці фаз двох зображень дає можливість оцінити відстань до об’єкту. Різниця фаз та відстань R пов’язані між собою простими тригонометричними залежностями. Відстань між двома положеннями антени (так звана база) виступає множником для різниці фаз. База не має бути занадто великою, щоби умови відбиття між двома вимірюваннями не змінювались.
Метод InSAR початково розроблявся для дистанційного зондування Землі із використанням радіолокаторів із синтезованими апертурами. Наприклад, під час виконання міжнародного дослідницького проекту SRTM SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) у лютому 2000 року, крім основної антени, використовувалась додаткова антена, розташована на розсувній фермі довжиною 60 метрів. Таким чином, обидва напрямки спостереження забезпечувались одночасно. В тандемних місіях ERS-1 и ERS-2 обидва вимірювання виконувались послідовно.
Метод підходить також й для застосування на землі. Система для такого застосування називається наземним інтерферометричним радіолокатором із синтезованою апертурою (Ground Based Interferometric SAR, GBInSAR). За допомогою GBInSAR можливо оцінювати з точністю до міліметру зміни у навколишньому середовищі, наприклад, в льодовиках, оповзнях, вулканічній активності, змінення після землетрусів, а також виконувати статичний моніторинг конструкцій.