PŘEDNÁŠKA 5 Jiří Šebesta MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy 20.10.2014 Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

MRAR: PŘEDNÁŠKA 5. Radary se syntetickou aperturou Sekundární radar

MRAR-P5: Syntetická apertura (1/13) Obecný princip SAR = Synthetic Aperture Radar Podstatné zvětšení rozlišení radaro-vého zobrazení Instalace: - letadla (airborne SAR) - družice (space- borne SAR)

MRAR-P5: Syntetická apertura (2/13) Vytváří se umělá anténní řada ve směru pohybu radaru (na letadle nebo družici)

MRAR-P5: Syntetická apertura (3/13) Jednotlivá měření (odezvy na pulzní signál vysílače) se uloží do pa-měti a při vyhodnocení se aplikuje součet signálů s váhováním (fázo-vé) k vytvoření umělého úzkého svazku

MRAR-P5: Syntetická apertura (4/13) Doba apertury (Aperture Time) definuje čas pro získání sady záznamů pro postprocessingový beamforming

MRAR-P5: Syntetická apertura (5/13) Signál na n-té pozici antény Celkový signál ze všech pozic a pro svazek ve směru měřeného bodu: Vzdálenost k měřenému bodu od jednotlivých pozic antén:

MRAR-P5: Syntetická apertura (6/13) Systém SLAR (Side Looking Airborne Radar) Hlavní svazek anténa pulsního SAR radaru míří do boku pod úhlem  (look angle) . Šířka bočního svazku V (pro pokles o 3 dB v radiánech) je svázána s rozměrem apertury LV: Šířka pásu stopy (swath width) pro radiální vzdálenost R0 do středu stopy:

MRAR-P5: Syntetická apertura (7/13) Rozlišení v příčném (bočním) směru je dáno šířkou pulsu (V<<WV): Šířka svazku v podélném smě-ru je dáno podélným rozměrem apertury (radiány): Rozlišení v podélném směru je dáno jen podélným rozměrem apertury a radiální vzdáleností:

MRAR-P5: Syntetická apertura (8/13) Uvažujme SAR měření na délce L, pak interval přeletu pro konstantní rychlost v (odpovídá aperture time) bude: Radiální vzdálenost k bodu P na zemi lze vyjádřit: kde:

MRAR-P5: Syntetická apertura (9/13) Po úpravě a aplikaci Taylorova rozvoje: se zpožděním impulsu na trase tam i zpět : Argument přijatého signálu je závislý na tomto zpoždění: Se zavedením vlnové délky: zjednodušíme na:

MRAR-P5: Syntetická apertura (10/13) Okamžitá frekvence přijatého signálu je: Vyjádříme–li Doppler. posuvy pro cíl v bodě P a P’: za t jsme dosadili : a rozdíl mezi Doppler. posuvy mezi P a P’ je :

MRAR-P5: Syntetická apertura (11/13) Pro rozlišení dvou cílů musí být SAR data ukládána (doba apertury): a délka L pak musí být: odtud pro rozlišení platí v podélném směru platí: Příklad 14: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- SAR instalovaný na stratosférickém průzkumném letadle s výškou letu 25 km pracuje na kmitočtu 1,5 GHz. Rozměry apertury antény v obou souřadnicích (příčná i podélná) jsou 2 m. Úhel snímání je 45°, délka pulsu 1 s a rychlost letadla je 800 km/h. Určete šířku snímaného pásu a rozlišení na povrchu, je-li doba apertury SAR 0,2 s.

MRAR-P5: Syntetická apertura (12/13) Vlnová délka: Rychlost pohybu: Radiální dálka: Šířka pásu: Příčné rozlišení: Podélné rozlišení bez SAR: Podélná délka syntetické apertury: Podélné rozlišení se SAR:

MRAR-P5: Syntetická apertura (13/13) SAR systémy (komprese LFM, 1-30 GHz) Průzkum Země (oceánografie, monitoring ledu a sněhu, měření znečištení, těžařství, klasifikace terénu, mapování) s rozlišením i pod 10 m AIRBORNE – (první 1953, Godyear research, na DC-3, 930 MHz), AIRSAR (NASA JPL), YSAR SPACEBORNE RADARSAT (Kanada) ERS (ESA – European Remote Sensing) ENVISAT (ESA 2002 - studium změn v životním prostředí, včetně globálního oteplování a tání ledovců)

MRAR-P5: Sekundární radar (1/8) SSR (Secondary Surveillance Radar) Aplikace v ATC, pozemní systém je dotazovačem (Interrogator) , palubní systém automatickým odpovídačem (Transponder), vojenské módy IFF (Identification Friend – Foe) Odpovědi obsahují základní identifikační údaje a aktuální měřené letové parametry IM modulace Uplink 1030 MHz, vert. polarizace Downlink 1090 MHz, vert. polarizace

MRAR-P5: Sekundární radar (2/8) Dvousvazkový anténní systém dotazovače Měření azimutu Odpovědi pouze od odpovídačů v daném azimutálním směru

MRAR-P5: Sekundární radar (3/8)  Mód „A“ = ID odpovídače, resp. číslo letu

MRAR-P5: Sekundární radar (4/8) Odpověď v módu „A“ Číslo letu tvoří čtyři oktalové cifry (00008 – 77778 , tj. 4096 kombinací – pro lety nad Evropou přidělováno Eurocontrolem Speciální kódy: 75008 - únos 76008 – ztráta spojení 77008 - nouze

MRAR-P5: Sekundární radar (5/8) SPI (Special Pilot Identification) – aktivuje pilot na 20 s po žádosti řídícího ATC Mód „C“ = barometrická výška letadla Barometrické měření ve stovkách stop s korekcí Hodnota kódována tzv. Gillhamovým kódem Rozsah -1000 až 126750 ft.

MRAR-P5: Sekundární radar (6/8)  Odpověď v módu „C“ Gillhamův kód

MRAR-P5: Sekundární radar (7/8) Mód S (Adresný nebo všeobecný dotaz) Z módu S se vyvinul systém ADS-B (Automatic dependent surveillance-broadcast)

MRAR-P5: Sekundární radar (8/8) ADS-B DF – zdroj dat AA – aircraft address ME – parametry (poloha z GPS, rychlost, výška z výškoměru)

Děkuji za vaši pozornost Anténa dotazovače SSR