Радар визуализации — это приложение радара , которое используется для создания двухмерных изображений , как правило, ландшафтов. Радар визуализации обеспечивает освещение области на земле и делает снимок на радиоволнах. Он использует антенну и цифровое компьютерное хранилище для записи своих изображений. На радиолокационном изображении можно увидеть только энергию, которая была отражена обратно в сторону антенны радара. Радар движется по траектории полета, а область, освещенная радаром, или след, перемещается по поверхности в полосе, создавая изображение по мере его движения. [1]
Цифровые радиолокационные изображения состоят из множества точек. Каждый пиксель на радиолокационном изображении представляет собой обратное рассеяние радара для этой области на земле ( возврат рельефа ): более яркие области представляют собой высокое обратное рассеяние, более темные области представляют собой низкое обратное рассеяние. [1]
Традиционное применение радара заключается в отображении положения и движения обычно высокоотражающих объектов (таких как самолеты или корабли ) путем отправки радиоволнового сигнала, а затем обнаружения направления и задержки отраженного сигнала. С другой стороны, визуализирующий радар пытается сформировать изображение одного объекта (например, ландшафта) путем дальнейшей регистрации интенсивности отраженного сигнала для определения величины рассеяния . Зарегистрированное электромагнитное рассеяние затем отображается на двумерной плоскости, причем точкам с более высокой отражательной способностью обычно назначается более яркий цвет, таким образом создавая изображение.
Для этого было разработано несколько методов. Обычно они используют эффект Доплера , вызванный вращением или другим движением объекта, а также изменением вида объекта, вызванным относительным движением между объектом и обратным рассеянием, которое воспринимается радаром объекта (обычно самолета), летящего над землей. Благодаря недавним усовершенствованиям методов радиолокационное изображение становится более точным. Радиолокационное изображение использовалось для картирования Земли, других планет, астероидов, других небесных объектов и для категоризации целей для военных систем.
Радар формирования изображения — это вид радиолокационного оборудования, которое может использоваться для формирования изображения. Типичная технология радиолокации включает в себя излучение радиоволн, получение их отражения и использование этой информации для генерации данных. Для радара формирования изображения возвращающиеся волны используются для создания изображения. Когда радиоволны отражаются от объектов, это приводит к некоторым изменениям в радиоволнах и может предоставить данные об объектах, включая то, как далеко прошли волны и с какими объектами они столкнулись. Используя полученные данные, компьютер может создать трехмерное или двухмерное изображение цели. [2]
Радар визуализации имеет ряд преимуществ. [3] Он может работать при наличии препятствий, которые скрывают цель, и может проникать сквозь землю (песок), воду или стены. [4] [5]
Области применения включают: топографию поверхности и изменение прибрежной зоны; мониторинг землепользования, сельскохозяйственный мониторинг, ледовую разведку, мониторинг окружающей среды ; метеорологический радар - мониторинг штормов, предупреждение о сдвиге ветра; медицинскую микроволновую томографию; [5] получение изображений с помощью радиолокатора через стену; [6] трехмерные измерения [7] и т. д.
Оценка параметров стены использует сверхширокополосные радарные системы. Для сбора данных и поддержки метода сканирования использовался радар UWB с рупорной и круговой антеннами. [6]
3-D измерения обеспечиваются амплитудно-модулированными лазерными радарами — датчиками Erim и Perceptron. С точки зрения скорости и надежности для операций в среднем диапазоне 3-D измерения имеют превосходную производительность. [7]
Современные методы визуализации радиолокаторов в основном основаны на визуализации с помощью синтезированной апертуры радара (SAR) и инверсной синтезированной апертуры радара (ISAR). Новые технологии используют моноимпульсную радиолокационную 3-D визуализацию.
Радиолокатор с реальной апертурой ( РАР ) — это разновидность радара, который излучает узконаправленный луч импульсной радиоволны в направлении дальности под прямым углом к направлению полета и принимает обратное рассеяние от целей, которое преобразуется в радиолокационное изображение из принятых сигналов.
Обычно отраженные импульсы располагаются в порядке времени возвращения от целей, что соответствует направлению сканирования дальности.
Разрешение в направлении дальности зависит от ширины импульса. Разрешение в направлении азимута идентично произведению ширины луча на расстояние до цели. [8]
Радар AVTIS — это 94-гигагерцовый 3D-радар с реальной апертурой. Он использует частотно-модулированную непрерывную волновую модуляцию и использует механически сканируемый моностатический с субметровым разрешением. [9]
Лазерный радар — это технология дистанционного зондирования , которая измеряет расстояние путем освещения цели лазером и анализа отраженного света. [10]
Лазерный радар используется для многомерной визуализации и сбора информации. Во всех режимах сбора информации требуются лазеры, передающие в безопасной для глаз области, а также чувствительные приемники на этих длинах волн. [11]
3-D визуализация требует возможности измерения дальности до первого рассеяния в каждом пикселе. Следовательно, необходим массив счетчиков дальности. Разрабатывается монолитный подход к массиву счетчиков дальности. Эта технология должна быть сопряжена с высокочувствительными детекторами безопасных для глаз длин волн. [11]
Для измерения доплеровской информации требуется другой тип схемы обнаружения, чем тот, который используется для пространственной визуализации. Возвращенная лазерная энергия должна быть смешана с локальным генератором в гетеродинной системе, чтобы обеспечить извлечение доплеровского сдвига. [11]
Синтезированный апертурный радар (SAR) — это форма радара, который перемещает реальную апертуру или антенну через ряд положений вдоль объектов, чтобы обеспечить отличительные долгосрочные когерентные изменения сигнала. Это может быть использовано для получения более высокого разрешения.
SAR создают двумерное (2-D) изображение. Одно измерение в изображении называется дальностью и является мерой расстояния «прямой видимости» от радара до объекта. Дальность определяется путем измерения времени от передачи импульса до получения эха от цели. Кроме того, разрешение по дальности определяется шириной переданного импульса. Другое измерение называется азимутом и перпендикулярно дальности. Способность SAR создавать относительно высокое разрешение по азимуту отличает его от других радаров. Для получения высокого разрешения по азимуту необходима физически большая антенна, чтобы сфокусировать переданную и полученную энергию в острый луч. Острота луча определяет разрешение по азимуту. Воздушный радар может собирать данные, пролетая это расстояние, и обрабатывать данные так, как если бы они поступали с физически длинной антенны. Расстояние, которое пролетает самолет при синтезировании антенны, известно как синтетическая апертура. Узкая ширина синтетического луча получается из относительно длинной синтетической апертуры, которая обеспечивает более высокое разрешение, чем меньшая физическая антенна. [12]
Обратный радиолокатор с синтезированной апертурой (ISAR) — это еще один тип системы SAR, который может создавать двух- и трехмерные изображения с высоким разрешением.
Система ISAR состоит из неподвижной антенны радара и целевой сцены, которая претерпевает некоторое движение. ISAR теоретически эквивалентна SAR в том, что высокое азимутальное разрешение достигается за счет относительного движения между датчиком и объектом, однако движущаяся целевая сцена ISAR обычно состоит из невзаимодействующих объектов.
Для получения изображений ISAR необходимы алгоритмы с более сложными схемами коррекции ошибок движения, чем те, которые требуются в SAR. Технология ISAR использует движение цели, а не излучателя, чтобы создать синтетическую апертуру. Радары ISAR обычно используются на судах или самолетах и могут обеспечить радиолокационное изображение достаточного качества для распознавания цели. Изображение ISAR часто достаточно для различения различных ракет, военных самолетов и гражданских самолетов. [13]
Крен — из стороны в сторону. Тангаж — вперед и назад, рыскание — поворот влево или вправо.
Метод получения 3-D изображений моноимпульсного радара использует 1-D изображение дальности и измерение угла моноимпульса для получения реальных координат каждого рассеивателя. При использовании этого метода изображение не меняется при изменении движения цели. Метод получения 3-D изображений моноимпульсного радара использует методы ISAR для разделения рассеивателей в доплеровской области и выполнения измерения угла моноимпульса.
Моноимпульсная радиолокационная 3-D визуализация позволяет получать 3 вида 3D-объектов, используя любые два из трех параметров, полученных из разности азимутов луча, разности углов места луча и измерения дальности, что означает, что виды спереди, сверху и сбоку могут быть азимутально-уголными, азимутально-дальномерными и угломестно-дальномерными соответственно.
Моноимпульсная визуализация обычно адаптируется к целям, находящимся на близком расстоянии, а изображение, полученное с помощью моноимпульсной радиолокационной 3-мерной визуализации, является физическим изображением, которое соответствует реальному размеру объекта. [14]
Радар 4D-визуализации использует антенную решетку Multiple Input Multiple Output (MiMo) для обнаружения с высоким разрешением, картирования и отслеживания нескольких статических и динамических целей одновременно. Он объединяет 3D-визуализацию с доплеровским анализом для создания дополнительного измерения – скорости. [15]
Система 4D-радиолокации измеряет время полета от каждой передающей (Tx) антенны до цели и обратно к каждой приемной (Rx) антенне, обрабатывая данные из многочисленных сформированных эллипсоидов. Точка, в которой пересекаются эллипсоиды, известная как горячая точка, показывает точное положение цели в любой момент времени.
Универсальность и надежность делают радар с 4D-визуализацией идеальным для умного дома, автомобилестроения, розничной торговли, безопасности, здравоохранения и многих других сфер. Технология ценится за сочетание всех преимуществ камер, LIDAR, тепловизионных и ультразвуковых технологий, а также дополнительных преимуществ:
{{cite web}}: Цитата использует общее название ( помощь )