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

Uzay-Zaman Uyarlamalı İşleme (STAP)

Hareketli hedef →
Yerden yankı parazitleri
SNR [dB]
Düzgeleştirimiş Doppler
sin (Azimut)
Parazit göndericisi

Resim 1: Uzay-zaman izgesi

Hareketli hedef →
Yerden yankı parazitleri
SNR [dB]
Düzgeleştirimiş Doppler
sin (Azimut)
Parazit göndericisi

Resim 1: Uzay-zaman izgesi

Uzay-Zaman Uyarlamalı İşleme (STAP)

Uçağa takılı modern radar sistemlerinin, seçilen hedefleri yerden yankı parazitleri (clutter) ve bozucu parazitler (jamming) etkisi altında bile tanıması beklenir. Uçağın kendisinin de hareket etmesi nedeni ile yerden yankılanan parazit işaretlerinin frekansları da bir Doppler kaymasına maruz kalırlar. Bu Doppler frekans miktarı, hızın o anki radyal bileşenine doğru orantılıdır ve hareket ekseninin açısına bağlıdır. Yavaş hareket eden hedeflerin Doppler frekansı, yerden yankı parazitlerinin izgesinin genellikle ana topuzu içerisinde yer kalır, böylece yere konuşlu radarlarda olduğunun aksine, yalnızca Doppler frekansından faydalanılarak hedefin ayırt edilmesi mümkün olmaz.

Bu tür yerden yankıların, hareketli hedef yankılarından ayırt edilmesi ancak Uzay-Zaman Uyarlamalı İşleme (Space-Time Adaptive Processing STAP) denilen bir teknikle başarılabilir. Bu teknikle yavaş uçmakta olan nesneler, bu nesnelerin yankı işaretleri yerden yankı işaretleri ve hatta bozucu parazitlerin etkisi altında kalsa bile tanınabilirler. Uçuş yönü boyunca (yani uçağın ana ekseni boyunca) daha fazla sayıda alt-açıklıkların (sub-apertures) aralıklarla yerleştirilmesi halinde, yerden yansıyan dalgalar bu her bir alt-açıklıkta zaman-kaymalı (time offset) olarak algılanırlar. Bir radyal hız bileşenine sahip hareket etmekte olan hedeflerin bu zaman dilimi içerisinde duyargaya olan uzaklığı değişir, böylece işaretler bir faz kaymasına maruz kalırlar ve bu işaretler yerden parazit yankı işaretlerinden ayırt edilebilirler. Bu amaca, alınan işaretlerin bir uzay- ve zaman düzleminde işlenmesi sayesinde varılabilir. Bir hedefe ait yankı işaretleri, ortamı sadece zamanda doğrusal olarak değil, aynı zamanda bir ikinci boyutta da (burada: uzaysal değişim) karşılaştırılır. (Bazı yayınlarda bu yöntem iki boyutlu işlemci olarakta adlandırılmaktadır).

İşaret alış tarafında birden fazla sayıda duyarganın (anten gruplarının) uçuş yönü boyunca yerleştirilmiş ve paralel alım kanalları ile donatılmış olması teknik bir zorunluluktur. İdeal olarak uçağın kendi hareketi Darbe Tekrarlama Frekansıyla da ayarlanabilir. Eğer bu mümkün olmazsa giriş işaretlerinin bir ağırlık dağılımı (weighting) ile bir yaklaşık sonuç elde edilebilir. Çıkış işareti, o zaman, bu ağırlık dağılımı yapılmış giriş işaretlerinin ya doğrusal bir bileşimi ya da toplamı olur.

Uzay-Zaman Uyarlamalı İşleme ile rasgele örnekler kullanılarak hesaplanmış uyarlanmış ağırlıklıklar, bir gürültü- ve yerden yansıma ortamında sunulan ters ortak-değişinti matrisi (inverse covariance matrix) hesaplarında kullanılır. Bu matrisin değerlerinin hassasiyeti yerden yankı parazitlerinin yapısının verilerin işlenmesi süresince (yani, birkaç darbe periyodunca) değişmemesine bağlıdır.

Açıklamalar

Resim 2: İlk durumun sunumu

Resim 2: İlk durumun sunumu

Başlangıç noktası olarak, radarın daima yapay açıklığa sahip olması gerektiğini varsayıyoruz. Bu, uygulamada, büyük yapay açıklığa sahip (sıkça birkaç kilometre uzunluğunda) bir Faz Dizi Anten gibi çalışır. Bununla birlikte, bireysel ışıyıcılar paralel ve eşzamanlı değil, daha ziyade bir birbiri ardına (uçakların ya da uyduların uçuş rotasındaki ilgili konumlarına karşılık gelen) çalışırlar. Ham veriler arabelleğe alınır ve yalnızca verilerin tümü kullanılabilir olduğunda işlenir.

Bu durum Resim.2 de gösterilmektedir. Sonuç olarak, Resim.1 de sadece mavi renkli şema görünecektir (normalize edilmiş Doppler olarak adlandırılır). Orada bir yerlerde hareket eden hedefin işareti görünecektir, ancak yanlış bir uzaklıkta. Hedef, tam olarak şemanın en büyük değeri içinde olsaydı görüntülenen uzaklığı doğru olurdu: ama o zaman da kendine özgü bir hareketi olmaz ve hatta bir sabit hedef olurdu.
 

Resim 3: Kavramaya yardımcı ara adımlar

Resim 3: Kavramaya yardımcı ara adımlar

Resim.3 de gösterildiği gibi, yapay anten alanının tamamının iki bağımsız antene bölündüğünü varsayalım. Şimdi, neredeyse yeryüzündeki aynı durumun iki radar imgesi zamansal olarak arka arkaya yaratılıyor. Sabit hedefler halâ aynı konumda olmalı ve sabit faz açılı bir yankı işareti oluşturmalıdır. Sadece yavaş hareket eden bir hedef konumunu hafifçe değiştirmiştir. Bu değişim sıkça çok azdır, hedef hatta halâ aynı yerde gözükür. Ancak hesaplanan hedefin fazı açısı önceki anten konumuna göre değişmiştir.

Bu değişen faz açısından Evre uyumlu Radar Sistemlerinde Radar Parazitleri” bölümünde bahsedildiği gibi bir sabit hedef bastırma işlemi gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, bu varsayılan yapıda, faydalı yapay açıklık daralır, bu da çözünürlükte önemli bir bozulmaya neden olur.
 

Resim 4: Tüm yapay açıklık boyunca iki sanal anten konumu

Resim 4: Tüm yapay açıklık boyunca iki sanal anten konumu

Fakat bu sanal bir Faz Dizi Anten olduğu için, daha sonraki işaret işlemede her bir ışıyıcı konumu için ham verilere bir faz kayması eklenebilir. Bu, Faz Diz Antenin çizgesini elektronik olarak saptırmasını sağlar. Artık her iki sanal anten konumu aynı anda hesaplanabilir ve yapay açıklığın en büyük uzunluğunda bir sabit hedef bastırmayı mümkün kılar.

Şimdi burada gösterilen sadece iki sanal anten konumlu örnekte, aynı ham verilerle hesaplamalar, Resim.1 de verilen bireysel ışıyıcıların her konumu için gerçekleştirilebilir. Bu, pratikte radarın her Darbe Tekrarlama Periyodu için uygundur! Böylece Resim.1 deki azimut açısı olarak verilen ikinci boyut yaratılır.