www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Yapay Açıklıklı Radar

Bir geminin ISAR-resmi: Geminin silueti siyah bir arka planda belli belirsiz seçilebiliyor. Sanki her biri 2 metrekare bir ölçeğe karşılık gelen kaba piksellerden meydana gelen bir gemi resmi ortaya çıkmaktadır. Geminin en parlak olarak gözüken bölgesi daha yekpare olan gövdesidir. Geminin yarı geçirgen bölgeleri gri tondadır. İnce gemi direkleri daha soluk bir tonda olsa bile seçilebilmektedir.

Resim 1: Ocean Master Ters Yapay Açıklıklı Radarının işlemcisi tarafından çizilen bir gemi silueti

Yapay Açıklıklı Radar

Bir Yapay Açıklıklı Radar (Synthetic Aperture Radar, SAR) uçağın uçuş rotasını kullanarak mümkün olabilecek en büyük antenin ve ışıma açıklık yüzeyinin (aperture area) elektronik benzetimini (simulation) yapabilen, uçağa ya da uyduya takılı uyumlu bir radar sistemidir. Çok uzun bir zaman dilimi içerisinde gönderim/alım döngüleri (Darbe Tekrarlama Zamanları), uçağın hassas göreceli konum koordinatları ile birlikte elektronik ortama kaydedilir. Bu çevrimler (cycles) belirli bir sayıya ulaştığında kaydedilen veriler bir bilgisayarda işlenir. (Her bireysel çevrimde ortaya çıkan değişik Doppler frekansları hedefin geometrisinde hesaba katılır.) Böylece gerçek bir antenin açıklık açısının elverebildiğinin çok ötesinde yüksek açısal çözünürlüklü bir radar resmi elde edilir.

Bir Yapay Açıklıklı Radarın çalışması

Resim 2: Yapay Açıklık yapay olarak uzatılmış bir antendir

Yapay Açıklıklı Radarın yapay uzunluğu
Sanal faz dizisi

Resim 2: Yapay Açıklık yapay olarak uzatılmış bir antendir

Yapay Açıklıklı Radar Faz Dizi Anten gibi, fakat Faz Dizi Antenin aksine çok sayıda paralel anten elemanı kullanmaz. Buna karşılık sadece bir anteni zaman çoğullaması (time-multiplexing) yaparak kullanır. Değişik geometrik konumlar platformun uçuş hızının bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Bir Yapay Açıklıklı Radarın radar işlemcisi A uçuş noktasından D uçuş noktasına kadar geçen T zamanı içindeki tüm Darbe Tekrarlama Periyotlarının yankı genliklerini ve ilgili faz açılarını kaydeder. Bu verilerden faydalanılarak, ancak anten uzunluğu v · T (v = platformun hızı) olan çok daha büyük bir antenle elde edilmesi mümkün olabilen, bir işaret çatılır (reconstructed). T zamanı arttırılarak antenin „yapay açıklığı” büyütülebilir ve böylece daha iyi bir açısal çözünürlük elde edilebilir.

Bir hedef (örneğin, bir gemi) bir radar tarafından ilk kez algılandığında hedefe ait verilerin kaydedilmesine başlanır. Bu işlem, platform öne doğru hareket ederken, hedef, anten çizgesi içinde kaldığı süre boyunca devam eder. Platformun bu süre içinde kat ettiği yol, antenin benzetimleşmiş (simulated) veya yapay boyutunu tayin eder. Antenin yapay olarak küçültülmüş açıklık açısı, ölçüm sırasındaki uçuş süresi ve Darbe Tekrarlama Frekansına bağlı olarak mümkün olabilecek menzil birbirlerini dengeler, böylece şerit (swath) üzerinde olabildiğince bir sabit açısal çözünürlük elde edilir.

Bunun için aşağıdaki teknik koşulların sağlanmış olması gereklidir:

Kayan yazmaç
Aritmetiksel mantık

Resim 3: Yapay Açıklıklı Radar yönteminin prensibi

Kayan yazmaç
Aritmetiksel mantık

Resim 3: Yapay Açıklıklı Radar yönteminin prensibi

Prinzip des SAR-Verfahrens
Kayan yazmaç
Aritmetiksel mantık

Resim 3: Yapay Açıklıklı Radar yönteminin prensibi

Uçak radarı tasarımcıları bu teknolojiyi kullanarak, bir uçak tarafından taşınması neredeyse imkânsız olan 10 m gibi boyutları gerektirecek anten dizilerini kullanmadan, oldukça iyi açısal çözünürlük elde etmişlerdir.

Mekik Radar Topografi Görevini yürüten (Shuttle Radar Topography Mission, SRTM) uzay mekiğinde de Yapay Açıklıklı Radar tekniği kullanılmaktadır.

Yapay Açıklıklı Radar yanında, Ters Yapay Açıklıklı Radar (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) tekniği olarak adlandırılan bir teknik de kullanılır. Bu teknikte uçağa takılı radarın uçuş rotası temel alınmaz, ancak konumu belirlenmiş hedefin hareket vektörü kullanılır. Gemi tespit devriye uçaklarında bulunan Ters Yapay Açıklıklı Radarlar gemilerin kimlikleri bile tanıyacak kadar kaliteli radar resimlerini elde edebilmesi nedeniyle büyük öneme sahiptir.

Odaklanmış Yapay Açıklıklı Radar

Yapay Açıklıklı Radar resmi hesaplanırken, hedeflerin sanal olarak sentetik açıklığın yakın bölgesinde bulunduğu düşünülmelidir. Uydular genellikle yaklaşık 800 km lik bir yörünge yüksekliğine sahiptir. Yaklaşık 1000 m uzunluğundaki sentetik açıklığın uzak bölgesi X-bandında ancak 60 000 km den sonra başlayacaktır. Bu nedenle, bireysel anten konumları, dünya yüzeyindeki bir belirli noktaya yaklaşık aynı yatık uzaklıkta değildir. Bu nedenle vektöryel toplam biçimlemede, faz farkı, farklı yatık uzaklıktaki değişik yürütme zamanları ile düzeltilmelidir. Buna odaklanmış Yapay Açıklıklı Radar yöntemi denilir.

Menzil bozunumu

SAR ile ölçülen yatık menzilde, gönderilen işaretlerin, yer yüzeyinden yansımalarında, yansımanın olduğu noktanın bir yükseltiden (bina, tepe gibi) ya da bazen daha alçaktaki nesnelerden olduğuna bağlı olarak geri dönüş sürelerinde göreli gecikmeler meydana gelebilir ve „menzil bozunumu” denilen bir durum ortaya çıkar. Bu olay nedeniyle, resimde, ölçülen menziller gerçek menzilleri tutmaz.


Resim 4: Kısaltım (foreshortening)

Foreshortening
Resim 4: Kısaltım (foreshortening)

  • Kısaltım (foreshortening) denilen olay gerçek menzilin kısaltılmış olarak algılanmasıdır. Örneğin bir dağın, radara göre, a taban noktasının b tepe noktasına doğru bir eğimle yükseldiğini düşünelim. Dağın bu iki noktası arasında kalan a-b yatık uzunluğu, dağın tepesinden yansıyan işaretin, dipten yansıyana göre daha kısa sürede dönmesi nedeniyle resim düzleminde kısalmış a'-b' mesafesi olarak verilecektir.


Resim 5: Örtüşme (overlapping)

Layover
Resim 5: Örtüşme (overlapping)

  • Örtüşme (overlapping) denilen olay bir arazi parçasının, örneğin bir dağın, yatık menzilinin b tepe noktasının a dip noktasına göre daha kısa olacak şekilde bir eğime sahip olması durumunda meydana gelir. Radara tepeden yansıyan işaretin dipten yansıyana göre daha erken döneceğinden a-b aralığı tersine çevrilerek b’-a’ olarak algılanacak, yani biri diğerini örtecektir.


Resim 6: Gölgeleme

Gölgeleme
Resim 6: Gölgeleme

  • Bir açı ile radar ışımasına maruz kalan arazi yükseltileri ayrıca bir gölgeleme etkisi meydana getirir. Bu gölgenin boyu, güneşin batışında olduğu gibi, geliş açısı büyüdükçe daha da artar.