MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA RADARU W OBSERWACJACH ŚRODOWISKA

Transkrypt

1 Witold CZARNECKI Adam KAWALEC Jerzy PIETRASIŃSKI Warszawa, ul. Gen. S. Kaliskiego 2 MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA RADARU W OBSERWACJACH ŚRODOWISKA V Ogólnopolska Szkoła NADZWYCZAJNE ZAGROŻENIA ŚRODOWISKA

2 RADAR; co to jest, zadania, klasyfikacje Zakresy częstotliwości pracy Anteny Przykłady zastosowań Tendencje rozwoju Wnioski

3 RADIO AIDS FOR DEFENCE AND RECONNAISSANCE RADIO DETECTION AND RANGING

4 Są jedną z najbardziej interesujących przy tym mało znanych grup ssaków. Niezwykłą cechą tych ssaków jest zdolność do echolokacji. Zdecydowana większość gatunków nietoperzy w czasie lotu emituje ultradźwięki, które jako echo wracają do ich uszu informując o otoczeniu. Ten niezwykły "radar" został poznany przez naukowców dopiero 50 lat temu. Echolokacja, sposób ustalania przez niektóre organizmy żywe swego położenia względem otaczających je przedmiotów, polegający na wysyłaniu i odbieraniu sygnałów akustycznych odbitych od otoczenia. Wykorzystywane częstotliwości są rzędu 150kHz lub więcej (piski ultradźwiękowe). Nietoperze w czasie lotu emitują średnio impulsów na sekundę, natomiast gdy zbliżają się do przeszkody ich liczba wzrasta do ok Potrafią bezbłędnie odróżnić echo własnych dźwięków od innych, nawet o tej samej częstotliwości (pochodzących np. od innych nietoperzy). Odbioru własnych sygnałów nie zakłócają nawet hałasy otoczenia.

5 Metody rozpoznania technicznego Akustyczne (pasywne) Radarowe (pasywne/aktywne) Optyczne (pasywne/aktywne) Radiowe (pasywne) Termowizyjne (pasywne)

6 Podstawowe zadania radarów: wykrycie obecności obiektu; pomiar parametrów obiektu: odległość, prędkość, azymut i kąt elewacji; śledzenie trasy obiektu; klasyfikacja, rozpoznanie, identyfikacja; nawigacja; sterowanie.

7 Zadania; Zasięg (od małego do pozahoryzontalnego); Rodzaj pracy (aktywny lub pasywny); Rodzaj sygnału sondującego; Sposób przetwarzania sygnałów danych; Platforma na której radar jest zainstalowany (radar lądowy, radar pokładowy morski, radar pokładowy ulokowany na statku powietrznym, a w tym i na sterowcu oraz bezpilotowym statku powietrznym BSL, radar na pokładzie satelity); Mobilność (radary stacjonarne, transportowalne, mobilne, przenośne); Konfiguracje (radar mono-, bi- oraz multistatyczny); Pasma częstotliwości.

8 Nazwa rodzaju promieniowania lub pasma Długość fali 0,1mÅ THz Niektóre dziedziny zastosowań 1mÅ 10mÅ 0,1Å 1Å 10Å 100Å 0,1µm Noktowizja Grzejnictwo Radiolokacja Radiofonia Radioastronomia Grzejnictwo indukcyjne Spektroskopia mikrofalowa 1m 10m 1km 10km THz THz THz THz THz THz THz Promieniowanie nadfioletowe Światło widzialne 1µm 10µm 0,1mm 1mm 1cm 10cm 300THz 30THz 3THz 300GHz 30GHz Mikrofale Częstotliwość Promieniowanie podczerwone Promieniowanie rentgenowskie Promieniowanie gamma Fale submilimetrowe Fale milimetrowe 3GHz Telewizja 100m 300MHz 30MHz Fale radiowe Fale centymetrowe Fale decymetrowe Fale ultrakrótkie Fale krótkie 3MHz Fale średnie 300kHz 30kHz Fale długie 100km 3kHz Fale bardzo długie Diagnostyka, terapia rentgenowska Defektoskopia rentgenowska i gamma Technika jądrowa Medycyna

9 [GHz] f 0,1 0,3 0, VHF UHF L S C X K u K K a Milimetr. A B C D E F G H I J K L M λ ,5 5 3,75 1,5 0,75 0,5 0,3 [cm] Radary naziemne i okrętowe dalekiego zasięgu gu: Wczesne ostrzeganie Kontrola obszaru powietrznego Radary naziemne i pokładowe średniego zasięgu gu: Naprowadzanie lotnictwa myśliwskiego Wykrywanie celów niskolecących Obserwacja powierzchni morza Radary naziemne i pok Radary naziemne i pokładowe adowe bliskiego zasi bliskiego zasięgu gu: Nawigacja Śledzenie obiektów i kierowanie Radary geofizyczne

10 ANTENY REFLEKTOROWE ŚCIANOWE ROZWIĄZANIA HYBRYDOWE PASYWNE SIECI ANTENOWE ANTENY AKTYWNE

11 Porównanie pasywnego szyku antenowego (a) z anteną aktywną (b) NADAJNIK PRZEŁĄCZNIK N/O ODBIORNIK UKŁAD WZBUDZE- NIA ODBIORNIK MODUŁ N/O MODUŁ N/O MODUŁ N/O MODUŁ N/O MODUŁ N/O (a) (b)

12 SYSTEM NADAWCZY Układy b.w.cz. A / C Cyfrowe układy generacji sygnałów SYSTEM ANTENOWY N / O SYSTEM ODBIORCZY System zarządzania zasobami oraz zadaniami radaru Układy wejściowe b.w.cz. A / C Cyfrowe układy przetwarzania sygnałów oraz danych Informacje wyjściowe Głowica b.w.cz. Układy konwersji Radar programowy

13 TRANSMIT AND RECEIVE MILLIONS OF PULSES PER SECOND PICOSECOND TIMING ACCURACY 33 GIGASAMPLES/S UAV, SECURE COMMS, THROUGH-WALL SURVEILLANCE, SEEKER, etc.

14 Radary meteorologiczne lokowane na powierzchni ziemi, na statkach powietrznych lub wynoszone w przestrzeń kosmiczną; do statków powietrznych zalicza się również BSL na pokładach których instaluje się coraz bardziej skomplikowaną i relatywnie ciężką aparaturę przy jednoczesnym wydłużeniu czasu trwania misji osiągającym obecnie ok. 50h; Radary geofizyczne w sensie urządzeń służących do penetracji przypowierzchniowych warstw ziemi, obserwacji złóż soli, węgla, podziemnych zbiorników wodnych, instalacji itp.; Radary umożliwiające wykrywanie trzęsień ziemi, pożarów, powodzi; Radary pozwalające obserwować skażenia środowiska np. w postaci plam ropy na powierzchniach zbiorników wodnych; Radary służące do badań kosmosu (radary i radioteleskopy czyli radary pasywne); Radary służące do obserwacji obiektów pod powierzchnią wody (sonaryhydrolokatory).

15 Radar meteorologiczny pozwala na teledetekcyjną (zdalną) diagnozę stanu atmosfery i zachodzących w niej zjawisk takich jak występowanie chmur, opadów deszczu, śniegu i gradu, burz oraz stref sztormowych wiatrów. System radarowy wraz z rozwijanym systemem automatycznych pomiarów meteorologicznych i hydrologicznych stanowi bardzo nowoczesne narzędzie wykorzystywane przez ośrodki odpowiedzialne za osłonę hydrologicznometeorologiczną kraju oraz za kierowanie akcjami ratowniczymi w sytuacjach kryzysowych.

16 Echo od chmur warstwowych Echo od chmur konwekcyjnych

17 Radary kontroli ruchu lotniczego radar pierwotny (PR) oraz wtórny (SSR) Radary systemów w kontroli lądowanial Radary kontroli płyty p lotniska Radary meteo

18 System antenowy radaru wtórnego odpowiedź Samolot z transponderem zapytanie sygnał sondujący echo System antenowy radaru pierwotnego sygnał sondujący echo Samolot bez transpondera zapytanie bez odpowiedzi z odpowiedzią Zobrazowanie

19 RADAR WOJSKOWE CYWILNE ROZPOZNANIE POLA WALKI - wykrywanie zamaskowanych umocnień - rozpoznanie terenu przy wykorzystaniu samolotów bezpilotowych itp. - wykrywanie ludzi oraz obiektów w tym niskolecących RADARY STOSOWANE W MASZYNACH ROBOCZYCH - wykrywanie instalacji podziemnych - optymalizacja procesu wydobycia kopalin RADARY W BADANIACH GEOLOGICZNYCH WYKRYWANIE MIN RADARY W ARCHEOLOGII RADARY W SPRZĘCIE RATUNKOWYM - poszukiwanie jam powietrza przy zawałach ziemi itp.

20 0.1 ns ΔR =1. 5 cm UWB SP RADARS 2.0 ns ΔR = 30 cm

21 POSZUKIWANIA I RATOWNICTWO LOKALIZACJA MIN SZUKANIE ŚLADÓW ŻYCIA POD GRUZAMI

22 COVERT Tx PASSIVE Rx PASSIVE Rx

23 RF SIGNAL!

24

25

26

27 ERIEYE ERICSSON SWEDEN

28 Witold CZARNECKI; Adam KAWALEC; Jerzy PIETRASIŃSKI PIT POLAND

29

30 Wykorzystywane pasma częstotliwości: HF - Ku Wysokie rozdzielczości (geometryczne i radiometryczne) Szeroki pas sondowania: kilkaset km Przetwarzanie sygnałów i danych w czasie rzeczywistym Wykrywanie obiektów poruszających się Niskie koszty Małe wymiary i ciężar Łatwość instalowania i eksploatacji

31 r v p L,T H γ R Stripmap mode

32

33 Monitoring roślinności, upraw i ogólnie biomasy na powierzchni Ziemi Monitoring wilgotności gruntów oraz ukształtowania terenu Monitorowanie sytuacji katastrofalnych (wycieków ropy, powodzi) oraz wspomaganie akcji ratowniczych