Radar Temelleri

Bir holografik radar nedir?

Holografik Radar Resmi Görüntüleme

Bilgisayarların hızlı gelişmesi sayesinde holografik radar resmi görüntüleme olanağı oluştu. Resim görüntülemede holografi benzeri bir teknolojinin kullanıldığı radarlar Holografik Radarlar[1] olarak adlandırılmaktadır.

Holografik görüntüleme

Holografinin prensibi (Resim 1 e bakınız) evre uyumlu ışığın (kaynak genellikle bir lazer) faz açısının kaydedilmesine dayanmaktadır. Bu ışık bir yarı saydam aynaya gönderilir, biri referans, diğeri ise ışıklandırma dalgası olmak üzere ikiye ayrılır. Referans dalga doğrudan filme giderken, ışıklandırma dalgası ise nesneden yansıyarak filme gelir. Bu iki ışık bileşeni film malzemesinin yüzeyinde binişirler, böylece film üzerinde her iki dalganın arasındaki faz açılarını kaydetmek mümkün olur. Hologram, ışığı saptırarak (diffraction) imgeye (image) dönüştüren bir fiziksel yapıdır. Holografik bir imge ışıklandırılmış holografik baskıya bakarak ya da lazeri bir hologramdan geçirdikten sonra bir ekrana aktararak görülebilir.

Ancak film banyosunun ardından bakıldığında hiçbir şey görülemeyecektir: sadece ince girişim hatlarının hafif çukurlukları mikroskopla bakıldığında fark edilecektir. Eğer bu filmden aynı referans kaynak ışığı geçirilirse, ışık bu girişim hatları boyunca farklı kuvvetlerle sapar. Gözlemci bunu sanki bir pencere (image frame) içinden baktığında gördüğü bir üç boyutlu resim gibi algılar. Belli bir sınıra kadar gözlemci bu resmi farklı bakış açılarından da gözleyebilir.

Holografik radar resmi

Radar teknolojisinde bu prensibin donanımsal olarak gerçekleştirilmesi, Resim.1 deki görülebilir ışıkla olan uygulama beklenileninden çok daha kolaydır. Evreuyumlu bir lazer ışığı yerine, sürekli olarak oldukça yüksek bir frekansta salınan (oscillate) bir kararlı osilatör kullanılır. Yarı saydam aynanın yerini burada bir güç bölücü ya da bir yönlü bağlaştırıcı (directional coupler) almıştır. „Referans dalga“ artık osilatör frekansının radar aygıtında kalan ve faz referansı olarak kullanılan bir bileşenidir. „Işıklandırma dalgası“ ise göndericide bir yüksek güce çıkartılan ve ardından bir antenle yayınlanan bileşendir. Yankı işareti „nesneden yansıyan dalga“ ile referans frekansın girişimi I&Q-demodülatörde gerçekleşir. Çıkış işareti ise bellekte bir imge olarak kaydedilir.

Pratik olarak bu tür donanımsal gereksinimler, radarın bir darbe radarı ya da sürekli dalga radarı olup olmadığına bağlı olmaksızın her radar aygıtında bulunmaktadır. Bir radarın holografik radar olup olmadığı ayrımı sadece radar işaret işlenmesi biçimine, daha doğru bir ifade ile: yankı işaretinin bireysel bileşenleri arasındaki faz farkının görüntüleme işlemlerine katılıp katılmadığına bağlıdır.

Yakın bölge için holografik radarlar

Resim 2: Yer Radarı RASCAN-5

Resim 2: Yer Radarı RASCAN-5

Bu holografik radarlar yakın bölgede örneğin Yer Radarı ya da güvenlik önlemlerinde insan vücudu tarayıcısı olarak kullanılır. Bunlar beş adede kadar değişik sabit gönderim frekansında çalışırlar ve Sürekli Dalga Radarı gibi, yansıyan dalganın faz farkını Frekans Kaydırmalı Anahtarlama yöntemi ile ölçerler. Değişik gönderim frekanslarının belirli bir menzil için farklı faz açılarına sahip olması nedeniyle, büyüklüğü oldukça iyi seçilmiş bir menzil içerisinde bile temiz ölçüm sonuçlarının kaydedilmesi mümkündür. Bu radar aygıtları seri kayıt tekniği kullanarak, hassas dönebilen tek bir antene ya da bireysel ışıyıcı grubundan anahtarla seçilen güncel antene bağlanarak çalışırlar.

Radar görüntülemenin burada holografik olarak adlandırılması, bir hologramda bir menzilin yaklaşık olarak faz açıları farkıyla hesaplanmasından kaynaklanmaktadır. Bununla beraber, birbiri ardına zamansal değişen ölçümler nedeniyle üç boyutlu holografik resimlerin hesaplanması eşzamanlı yapılamaz. Holografik görüntüleme burada her bir gönderim frekansı için toprakta bir göreceli işleme derinliğine inme (10 λ ya kadar) imkânı sağlar, daha yüksek gönderim frekanslarında ise çok daha iyi bir çözünürlük elde edilebilir.[2]

Hava Gözetim Radarı olarak holografik radar

Resim 3: Holografik Radar™ Aveillant Ltd. (Birleşik Krallık) [1]

Resim 3: Holografik Radar™ Aveillant Ltd. (Birleşik Krallık)

Resim.1 le karşılaştırıldığında önemli bir özellik öne çıkar: buradaki holografik fotoğraf üzerindeki değişik girişim hatlarının yerini çok sayıda alıcı kanalın ve güçlü bir bilgisayarın alması gerekir. Bu radar mutlaka sayısal demet biçimleme özelliği bulunan bir faz dizi antene sahip olmalıdır. Radarın arama yapılan tüm hava sahasını kendi gönderim gücüyle eşzamanlı aydınlatabilmesi gerekir. Alıcı antende her biri kendi sayısal alıcısına sahip 100 adet bireysel ışıyıcı bulunur. Bu alınan verilerle bilgisayar çok sayıda bağımsız anten çizgesini hesaplayabilir ve böylece bir üç boyutlu resim üretebilir.

Böylece seçilen hava sahası, bir normal parabolik antene göre (her 4 saniyede bir) çok daha sıklıkta tarandığından (her saniyede 4 taramaya kadar) antenin hareket etmesi gerekmez. Böylece bir hedefin izlenmesi, hedefin pratikte sürekli aydınlatılması nedeniyle çok daha kolay olur. Bu sayede hedefin 4 ila 5 saniye önceki eski konumuna atanmasına gerek kalmaksızın, hedefin yeni konumu çok daha kolay algılanabilir.

Daha yüksekten uçan hedeflere göre, yer yüzeyinden ya da yavaş hareket eden deniz yüzeyinden kaynaklanan sabit yankılar, bunların bir başka alıcı kanaldan algılanması nedeniyle çok daha iyi bastırılabilir. Hatta rüzgâr türbinleri tarafından üretilen bozucu işaretler bile, çok sık sorgulama ile çok daha sağlıklı bir Doppler izgesi elde edilebilmesi ve bu sayede çok küçük faz farklarının bile ölçülebilmesi sayesinde kolaylıkla körletilebilinir.

Ancak bu hesaplamalar için saniyede 50 Teraflop (saniyede 50 trilyon yüzer nokta işlemi (floating point operations)) işlem yapabilen güçlü bilgisayarlar gereklidir.