PODSTAWY TELEDETEKCJI

PODSTAWY TELEDETEKCJI

Jerzy PIETRASIŃSKI

Instytut Radioelektroniki WEL WAT

bud. 61, pok. 14, tel. 683 96 39

Cz. I

TELEDETEKCJA

WIADOMOŚCI WSTĘPNE

Definicja, podstawowe pojęcia i klasyfikacje

RADAR – istota, zadania, klasyfikacje.

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

SYSTEMY TELEDETEKCYJNE

Promieniowanie

akustyczne oraz elektromagnetyczne : począwszy od fal metrowych,

poprzez mikrofale, podczerwień, zakres promieniowania widzialnego,

aż do ultrafioletu.

Długość fali

Częstot- liwość

Niektóre dziedziny zastosowań Nazwa rodzaju

promieniowania lub pasma

30kHz 10km

100km 3kHz

Radiolokacja RadiofoniaRadioastronomia Grzejnictwo indukcyjneSpektroskopia mikrofalowa

Noktowizja

Grzejnictwo

1km 10m 1m

300kHz 3MHz 30MHz 300MHz

3GHz 30GHz 300GHz

3THz 30THz 300THz 3·10³THz 3·10⁴THz 3·10⁵THz 3·10⁶THz 3·10⁷THz 3·10⁸THz 3·10⁹THz 3·10¹⁰THz

Telewizja 10cm

1mm 0,1mm

10µm 1µm 0,1µm

100Å 10Å

1Å

100m 1cm 0,1Å 1mÅ 10mÅ 0,1mÅ

Promieniowanie nadfioletowe

Światło widzialne Promieniowanie rentgenowskie

Promieniowanie gamma Promienio- wanie podczerwone

Mikrofale

Fale radiowe

Fale długie Fale bardzo

długie Fale średnie Fale krótkie Fale ultrakrótkie

Fale decymetrowe Fale centymetrowe

Fale milimetrowe Fale submilimetrowe

Technika jądrowa Defektoskopia

rentgenowska i gamma Diagnostyka,

terapia rentgenowska

Medycyna

Metody teledetekcji

Akustyczne

Radiowe (pasywne)

Termowizyjne (pasywne) Radarowe

(pasywne/aktywne)

Optyczne

(pasywne/aktywne)

Opracowane w Instytucie Optoelektroniki WAT

przyrządy do zdalnego pomiaru wycieków metanu z sieci przesyłowych

Zdalny pomiar wycieków metanu ze śmigłowca.

IOE WAT

TECHNIKA MIKROFAL

PRACE STUDIALNO - DOŚWIADCZALNE NAD OPRACOWANIEM METOD I URZĄDZEŃ DLA POMIARU PRZESTRZENNEGO ROZKŁADU

TEMPERATURY W TKANKACH ŻYWYCH

ª - opracowanie modelu termografu mikrofalowego na częstotliwość 2,9 GHz ze stabilizacją termiczną

regulowanego elektronicznie generatora szumów,

ª - opracowanie modelu termografu mikrofalowego na częstotliwość 4,4 GHz,

ª - modelowanie i pomiary transmisji promieniowania

mikrofalowego w tkankach.

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

• R ^ADIO A ^{IDS FOR} D ^EFENCE A ^ND R ECONNAISSANCE

• RA ^DIO D ^ETECTION A ^ND R ^ANGING

Nietoperze w czasie lotu emitują średnio 20-30 impulsów na sekundę, natomiast gdy zbliżają się do przeszkody ich liczba wzrasta do ok. 200. 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.

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.

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.

NIETOPERZE

ECHOLOKACJA

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

RADARY STOSOWANE W MASZYNACH ROBOCZYCH

wykrywanie instalacji podziemnych

RADARY W METEOROLOGII

optymalizacja procesu wydobycia kopalin

RADARY W SPRZĘCIE RATUNKOWYM

poszukiwanie jam powietrznych przy zawałach ziemi

ROZPOZNANIE POLA WALKI

- wykrywanie zamaskowanych umocnień

- rozpoznanie terenu przy wykorzystaniu samolotów bezpilotowych itp.

WOJSKOWE

WOJSKOWE CYWILNE CYWILNE

RADARY W BADANIACH GEOLOGICZNYCH

RADARY W ARCHEOLOGII

RADARY W BADANIACH KOSMOSU

RADAR RADAR

WYKRYWANIE MIN

PRZESZUKIWANIE PRZESTRZENI POWIETRZNEJ

- wykrywanie ludzi oraz

obiektów w tym niskolecących

RADARY W KOMUNIKACJI LOTNICZEJ

RADARY W KOMUNIKACJI MORSKIEJ RADARY W KOMUNIKACJI LĄDOWEJ

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) Coastal Surveillance Radar

Land-based Radar Air-borne Radar Maritime Radar Ship-borne Radar Navy Radar

Space-based Radar

Space-borne Radar

Podstawowe zadania radar

Podstawowe zadania radar ó ó w: w:

• wykrycie obecności obiektu

• pomiar parametrów obiektu:

odległość, prędkość, azymut i kąt elewacji

• śledzenie trasy obiektu

• klasyfikacja, rozpoznanie, identyfikacja

obiektu.

Zastosowania radarów

• 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).

RADARY

NAWIGACYJNE PIERWOTNE WTÓRNE METEO

IMPULSOWE

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

Z FALĄ CIĄGŁĄ

Przykład klasyfikacji radarów

VHF UHF L S C X K

K K

Milimetr.

A B C D E F G H I J K L M

f 0,1 0,3 0,5 1 2 4 8 10 20 40 100

[GHz]

λ 300 [cm]

100 60 30 15 10 7,5 5 3,75 1,5 0,75 0,5 0,3

Radary l

Radary ląądowe dowe dalekiego zasidalekiego zasięęgu gu ::

•Wczesne ostrzeganie

•Kontrola obszaru powietrznego (FIR) Radary l

Radary ląądowe i pokdowe i pokłładowe adowe śśredniego zasiredniego zasięęgu gu ::

•Radary meteorologiczne

•Radary obserwacji powierzchni morza

•Radary obserwacji strefy lotniska Radary l

Radary ląądowe i pokdowe i pokłładowe adowe bliskiego zasibliskiego zasięęgugu::

•Radary systemów kontroli lądowania

•Radary nawigacyjne

•Radary obserwacji płyty lotniska

•Radary geofizyczne

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

Rys. Schemat blokowy radaru dopplerowskiego (radar pracujący na fali ciągłej - CW Doppler Radar)

Generator sygnału w postaci

fali ciągłej

~

fpcz

f0

f0

Procesor i układy zobrazowania

Wzmacniacz dopplerowski

fD fpcz ± fD

w.p.cz

Filtr

pasmowy Mieszacz Generator

lokalny

f0 ± fD

Filtr pasmowy

Odbicie wtórne rozpraszanie Mieszacz

Rys. Istota aktywnego radaru monostatycznego

obiekt

System nadawczy wraz z systemem

odbiorczym

Istota aktywnego radaru bistatycznego

System nadawczy

System odbiorczy obiekt

kąt bistatyczny

sygnał bezpośredni

Rys. Istota pasywnego radaru bistatycznego

wtórne dookólne promieniowanie

obiektu

„oświetlonego”

przez obcy system nadawczy

System nadawczy

(cudzy) System

odbiorczy (własny)

obiekt

COVERT Tx

PASSIVE Rx

PASSIVE Rx