Радар із синтезованою апертурою

Знімок отриманий за допомогою радара SIR-C/X-SAR Космісного корабля Ендевор із зображенням вулкана Тейде

Радар із синтезованою апертурою (РСА) — одна із форм радара, яку використовують для реєстрації зображення об'єкта, наприклад, ландшафту — незалежно від метеорологічних умов і ступеня природного освітлення місцевості з роздільною здатністю на рівні аерофотознімків.

Опис[ред. | ред. код]

Радар із синтезованою апертурою закріплюють на рухомій платформі, на літаках або космічних станціях, де він служить розширеною формою радару бічного огляду. Дистанційний пристрій РСА рухається над ціллю і має антену з великою ефективною поверхнею (апертурою). Зазвичай можна припустити, що більша апертура означає вищу роздільна здатність отриманого зображення, незалежно від того чи то буде апертура фізична чи синтезована. Оскільки отримання високої роздільної здатності по азимуту потребує застосування антени з великим розміром апертури, а це не можливо на літаках, для забезпечення роздільної здатності по азимуту, що значно більший, ніж це визначає ширина діаграми спрямованості реальної антени, використовують когерентні режими роботи, які дозволяють сформувати синтезовану апертуру більшого розміру.

Для того, щоб отримати РСА зображення, радар передає послідовні імпульси радіохвиль для того, щоб «підсвітити» цільовий об'єкт, після чого реєструється зворотна луна від кожного імпульсу. Імпульси передаються і приймаються за допомогою однієї антени з просторовою фільтрацією, з довжинами хвиль від метра до міліметра, що використовуються по всьому простору. Оскільки пристрій РСА знаходиться на борту повітряного судна або рухомого корабля, розташування антени по відношенню до цілі змінюється з часом. За допомогою алгоритму обробки записаного радіолокаційного сигналу можна потім об'єднати отримані дані з декількох позицій антени. Це дозволяє побудувати синтезовану апертуру і створювати зображення з більшою роздільною здатністю, ніж це було б можливо за даних фізичних характеристик апертури антени.

РСА мають широке застосування в галузі дистанційного зондування та картографування поверхні Землі та інших планет. РСА також можна реалізувати за зворотнім принципом — спостерігаючи за рухомою ціллю протягом тривалого часу за допомогою стаціонарної антени.

Принцип дії[ред. | ред. код]

Алгоритм[ред. | ред. код]

Описаний тут алгоритм використовують до фазових антенних решіток в цілому.

Задається тривимірний масив (простір) елементів сцени, який представляє простір в якому є цілі. Кожен елемент масиву це кубічний воксель, що показує ймовірність («щільність») того що поверхня, яка відбиває сигнал радару знаходиться в цій позиції у просторі. (Зауважимо, що двовимірний РСА також можливий — він показуватиме лише вид згори вниз на цільову область).

Спочатку алгоритм РСА задає кожному вокселю нульове значення густини.

Потім, для кожної зареєстрованої форми сигналу, весь простір ітерується. Для заданої форми сигналу і вокселя розраховується відстань від антени, що використовувалась, до точки розташування, яка задається конкретним вокселем. Ця відстань отримується із часової затримки хвилі. Таке саме значення в цій позиції форми сигналу потім додається до значення щільності в цьому вокселі. Це озрачає можливу луну від цілі в цій позиції. Існує кілька додаткових підходів, що залежать від точності роздільної здатності форми сигналу. Наприклад, якщо фазу не можна встановити точно, тоді до вокселя може бути додано лише величину миттєвої магнітуди (отриманої за допомогою перетворення Гільберта) зразка форми сигналу. Якщо достатньо точно відомі поляризація і фаза форми хвилі, то значення можуть додаватися до більш складного вокселя, який містить такі виміри окремо.

Після того як всі сигнали були ітерації всіх вокселів, основна процедура обробки РСА завершена.

У найпростішому підході необхідно лише визначити, яке значення густини вокселя представляє суцільний об'єкт. Вокселі, у яких значення густини є нижче цього порогу, ігноруються. Обране порогове значення має бути принаймні більшим за пікове значення енергії будь-якої одиночної хвилі, інакше цей пік хвилі буде відображатися як сфера (або еліпс, у випадку мультистатичної операції) помилкової «щільності» по всьому простору.

Таким чином, щоб визначити точку на цілі, має бути що найменше два різних відбитих назад сигнали від тієї точки. Тому існує потреба у великій кількості позицій антени для правильного розрізнення цілей.

Воксель, який вищий порогового критерію, візуалізується в 2D або 3D. За бажанням, підвищення візуальної точності може здійснюватись за допомогою алгоритмів виявлення поверхонь, таких як marching cubes (крокуючі кубики).

Реалізації[ред. | ред. код]

В 2013 році американська дослідницька агенція DARPA розпочала роботу над радаром на основі синтезованої апертури з надвисокою частотою (англ. extremely high frequency, EHF), який мав би бути здатним відтворювати відео зображення цілі з роздільною здатністю не гіршою за електрооптичні та теплові камери. Новий датчик матиме назву англ. video synthetic aperture radar (ViSAR) і дозволить відстежувати, захоплювати, та вражати наземні цілі з повітря попри щільну хмарність, що не здатні забезпечити наявні теплові та електрооптичні системи^[1].

14 серпня 2023 року, з повідомлення Spacenews стало відомо, що Китай за допомогою триступеневої ракети-носія «Чанчжен-3В» запустив в космос новий апарат «Ludi Tance-4 (01)» — перший у світі радіолокаційний супутник з синтезованою апертурою^[2]^[3].