PODSTAWY TELEDETEKCJI

Transkrypt

1 PODSTAWY TELEDETEKCJI Jerzy PIETRASIŃSKI Instytut Radioelektroniki WEL WAT bud. 61, pok. 14, tel

2 Cz. I TELEDETEKCJA WIADOMOŚCI WSTĘPNE Definicja, podstawowe pojęcia i klasyfikacje RADAR istota, zadania, klasyfikacje.

3 TELEDETEKCJA Remote Sensing (ang.) Teledetection (fr.) Tele daleko (grec.) Detektio wykrywanie (łac.) TELEDETEKCJA jest działem nauk technicznych zajmującym się pozyskiwaniem informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów otrzymywanych z sensorów nie będących w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami. XVI Kongres Międzynarodowego Towarzystwa Fotogrametrii i Teledetekcji; Kioto, 1988

4 SYSTEMY TELEDETEKCYJNE Promieniowanie akustyczne oraz elektromagnetyczne : począwszy od fal metrowych, poprzez mikrofale, podczerwień, zakres promieniowania widzialnego, aż do ultrafioletu.

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

6 Metody teledetekcji Akustyczne Radarowe (pasywne/aktywne) Optyczne (pasywne/aktywne) Radiowe (pasywne) Termowizyjne (pasywne)

7 Opracowane w Instytucie Optoelektroniki WAT przyrządy do zdalnego pomiaru wycieków metanu z sieci przesyłowych

8 Zdalny pomiar wycieków metanu ze śmigłowca. IOE WAT

9 TECHNIKA MIKROFAL PRACE STUDIALNO - DOŚWIADCZALNE NAD OPRACOWANIEM METOD I URZĄDZEŃ DLA POMIARU PRZESTRZENNEGO ROZKŁADU TEMPERATURY W TKANKACH ŻYWYCH - opracowanie modelu termografu mikrofalowego na częstotliwość 2,9 GHz ze stabilizacją termiczną regulowanego elektronicznie generatora szumów, - opracowanie modelu termografu mikrofalowego na częstotliwość 4,4 GHz, - modelowanie i pomiary transmisji promieniowania mikrofalowego w tkankach.

10 SYSTEMY TELEDETEKCYJNE Przykłady czujników : SONAR - Sound Navigation and Ranging SODAR - Sound Detection and Ranging LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation LADAR Laser Detection and Ranging LIDAR Light Detection and Ranging

11 RADIO AIDS FOR DEFENCE AND RECONNAISSANCE RADIO DETECTION AND RANGING

12 NIETOPERZE 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 Echolokacja, sposób ustalania przez niektóre organizmy żywe swego położenia względem otaczających je przedmiotów, polegający na wysyłaniu (do 150 khz a czasem więcej, są to tzw. piski ultradźwiękowe) i odbieraniu sygnałów akustycznych odbitych od otoczenia. 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.

13 RADAR Pierwszy polski radar NYSA-A (1953 rok) 600 MHz, szer. imp. 5 μs, częstotl. powt. imp. 100 Hz, moc szczyt. 200 kw, moc śr. 100 W, szer. wiązki az. 12 st. w el. 10 st., szybkość obrotów ant. od 0.5 do 5 obr/min

14 RADAR WOJSKOWE ROZPOZNANIE POLA WALKI - wykrywanie zamaskowanych umocnień - rozpoznanie terenu przy wykorzystaniu samolotów bezpilotowych itp. - wykrywanie ludzi oraz obiektów w tym niskolecących WYKRYWANIE MIN PRZESZUKIWANIE PRZESTRZENI POWIETRZNEJ CYWILNE RADARY STOSOWANE W MASZYNACH ROBOCZYCH wykrywanie instalacji podziemnych optymalizacja procesu wydobycia kopalin RADARY W KOMUNIKACJI LOTNICZEJ RADARY W METEOROLOGII RADARY W KOMUNIKACJI MORSKIEJ RADARY W KOMUNIKACJI LĄDOWEJ RADARY W BADANIACH GEOLOGICZNYCH RADARY W ARCHEOLOGII RADARY W BADANIACH KOSMOSU RADARY W SPRZĘCIE RATUNKOWYM poszukiwanie jam powietrznych przy zawałach ziemi

15 NIEKTÓRE NAZWY ANGLOJĘZYCZNE RADARÓW Meteorological Radar Ground Penetrating Radar (GPR) Through the Wall Penetrating Radar Automotive Radar FIR Radar (FIR - Flight Interception Region) Airport Surveillance Radar ATC Radar (ATC - Air Traffic Control) Primary Radar (PR) Secondary Surveillance Radar (SSR) Land-based Radar Air-borne Radar Maritime Radar Ship-borne Radar Navy Radar Space-based Radar Space-borne Radar Coastal Surveillance Radar

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

17 Zastosowania radarów

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

19 Przykład klasyfikacji radarów RADARY NAWIGACYJNE PIERWOTNE WTÓRNE METEO IMPULSOWE Z FALĄ CIĄGŁĄ LĄDOWE SAMOLOTOWE MORSKIE DALSZE PODZIAŁY ZE WZGLĘDU NA: przeznaczenie, istotę funkcjonowania (np. r. koherentny) zasięg, typ sygnału sondującego (HRR), odległość między systemem nadawczym, a systemami odbiorczymi, mobilność (w przypadku radarów lądowych). POKŁADOWE OBSERWACYJNE POKŁADOWE SYSTEMY WCZESNEGO OSTRZEGANIA POKŁADOWE SYSTEMY TYPU SAR

20

21 [GHz] f 0,1 0,3 0, λ 300 [cm] 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 ,5 5 3,75 1,5 0,75 0,5 0,3 Radary lądowe l dalekiego zasięgu : Wczesne ostrzeganie Kontrola obszaru powietrznego (FIR) Radary lądowe l i pokładowe średniego zasięgu : Radary meteorologiczne Radary obserwacji powierzchni morza Radary obserwacji strefy lotniska Radary l Radary lądowe i pok dowe i pokładowe adowe bliskiego zasi bliskiego zasięgu gu: Radary systemów kontroli lądowania Radary nawigacyjne Radary obserwacji płyty lotniska Radary geofizyczne

22

23 TECHNIKI LINII PRZESYŁOWYCH CHARAKTERYSTYKI: 1. tłumienie 2. właściwości dyspersyjne Linie przesyłowe: 1. kabel koncentryczny (do ok. 1 GHz) 2. linia mikropaskowa (do ok. 20 GHz) 3. falowód (do ok. 300 GHz) 4. światłowód

24 Generator sygnału w postaci fali ciągłej f 0 f 0 Generator lokalny ~ x f pcz Mieszacz Wzmacniacz dopplerowski w.p.cz Filtr pasmowy Odbicie wtórne rozpraszanie Procesor i układy zobrazowania f 0 ± f D f D f pcz ± f D Filtr pasmowy Mieszacz Rys. Schemat blokowy radaru dopplerowskiego (radar pracujący na fali ciągłej - CW Doppler Radar)

25 obiekt System nadawczy wraz z systemem odbiorczym Rys. Istota aktywnego radaru monostatycznego

26 obiekt kąt bistatyczny sygnał bezpośredni System nadawczy System odbiorczy Istota aktywnego radaru bistatycznego

27 wtórne dookólne promieniowanie obiektu oświetlonego przez obcy system nadawczy obiekt System odbiorczy (własny) System nadawczy (cudzy) Rys. Istota pasywnego radaru bistatycznego

28 COVERT Tx PASSIVE Rx PASSIVE Rx