Радар визуализации
Радар визуализации — это применение радара , которое используется для создания двухмерных изображений , обычно ландшафтов. Радар визуализации излучает свет для освещения местности на земле и получения изображений в радиоволнах. Для записи изображений он использует антенну и цифровую компьютерную память. На радиолокационном изображении можно увидеть только ту энергию, которая была отражена обратно в сторону антенны радара. Радар движется по траектории полета, и освещаемая радаром область или зона действия перемещается вдоль поверхности по полосе, формируя при этом изображение. [1]
Цифровые радиолокационные изображения состоят из множества точек. Каждый пиксель радиолокационного изображения представляет обратное рассеяние радара для данной области на земле ( возврат от местности ): более яркие области представляют высокое обратное рассеяние, более темные области представляют низкое обратное рассеяние. [1]
Традиционное применение радара заключается в отображении положения и движения обычно сильно отражающих объектов (таких как самолеты или корабли ) путем отправки радиоволнового сигнала, а затем определения направления и задержки отраженного сигнала. С другой стороны, радар формирования изображения пытается сформировать изображение одного объекта (например, ландшафта), дополнительно регистрируя интенсивность отраженного сигнала для определения степени рассеяния . Зарегистрированное электромагнитное рассеяние затем отображается на двухмерной плоскости, при этом точкам с более высокой отражательной способностью обычно присваивается более яркий цвет, создавая таким образом изображение.
Для этого было разработано несколько методов. Обычно они используют эффект Доплера , вызванный вращением или другим движением объекта, а также изменением обзора объекта, вызванным относительным движением между объектом и обратным рассеянием, которое воспринимается радаром объекта ( обычно самолет), летящий над землей. Благодаря недавним усовершенствованиям методов радиолокационная визуализация становится более точной. Радар визуализации использовался для картографирования Земли, других планет, астероидов и других небесных объектов, а также для классификации целей для военных систем.
Описание [ править ]
Радар визуализации — это разновидность радиолокационного оборудования, которое можно использовать для получения изображений. Типичная радиолокационная технология включает в себя излучение радиоволн, прием их отражений и использование этой информации для генерации данных. В радаре формирования изображения возвращающиеся волны используются для создания изображения. Когда радиоволны отражаются от объектов, это вносит некоторые изменения в радиоволны и может предоставить данные об объектах, в том числе о том, 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 действовать при наличии препятствий, закрывающих цель, проникать сквозь землю (песок), воду или стены. [4] [5]
Приложения [ править ]
Приложения включают: топографию поверхности и изменение прибрежной зоны; мониторинг землепользования, сельскохозяйственный мониторинг, ледовое патрулирование, мониторинг окружающей среды ; метеорологический радиолокационный мониторинг штормов, предупреждение о сдвиге ветра; медицинская микроволновая томография; [5] посредством настенного радиолокационного изображения; [6] 3-D измерения, [7] и т. д.
Радиолокационная визуализация через стену [ править ]
Для оценки параметров стены используются сверхширокополосные радиолокационные системы. Для сбора данных и поддержки метода сканирования использовался рукояточный СШП-радар М-последовательности с рупорной и круглой антеннами. [6]
3-D измерения [ править ]
Трехмерные измерения выполняются лазерными радарами с амплитудной модуляцией — датчиком Erim и датчиком Perceptron. С точки зрения скорости и надежности операций в среднем диапазоне трехмерные измерения имеют превосходные характеристики. [7]
Техники и методы [ править ]
Современные методы радиолокационной визуализации основаны в основном на радиолокационных изображениях с синтезированной апертурой (SAR) и радиолокационных изображениях с обратной синтезированной апертурой (ISAR). Новая технология использует моноимпульсную радиолокационную трехмерную визуализацию.
Радар апертурой реальной с
Радар с реальной апертурой ( RAR ) — это разновидность радара, который передает узкоугольный луч импульсных радиоволн в направлении дальности под прямым углом к направлению полета и получает обратное рассеяние от целей, которое преобразуется в радиолокационное изображение из полученного изображения. сигналы.
Обычно отраженный импульс располагается в порядке времени возвращения от цели, что соответствует дальности направления сканирования.
Разрешение в направлении дальности зависит от ширины импульса. Разрешение по азимуту идентично произведению ширины луча и расстояния до цели. [8]
Радар АВТИС [ править ]
Радар AVTIS представляет собой радар с трехмерной визуализацией с реальной апертурой и частотой 94 ГГц. Он использует частотно-модулированную непрерывную модуляцию и использует моностатический датчик с механическим сканированием и разрешением субметрового диапазона. [9]
Лазерный радар [ править ]
Лазерный радар — это технология дистанционного зондирования , которая измеряет расстояние путем освещения цели лазером и анализа отраженного света. [10]
Лазерный радар используется для многомерного изображения и сбора информации. Во всех режимах сбора информации необходимы лазеры, передающие данные в безопасной для глаз зоне, а также чувствительные приемники на этих длинах волн. [11]
Трехмерная визуализация требует возможности измерения диапазона до первого разброса в каждом пикселе. Следовательно, необходим массив счетчиков диапазона. Разрабатывается монолитный подход к массиву счетчиков дальностей. Эта технология должна сочетаться с высокочувствительными детекторами безопасных для глаз длин волн. [11]
Для измерения доплеровской информации требуется схема обнаружения другого типа, чем та, которая используется для пространственной визуализации. Возвращенная энергия лазера должна быть смешана с гетеродином в гетеродинной системе, чтобы можно было извлечь доплеровский сдвиг. [11]
Радар с синтезированной апертурой (SAR) [ править ]
Радар с синтезированной апертурой (SAR) — это разновидность радара, который перемещает реальную апертуру или антенну через ряд положений вдоль объектов, чтобы обеспечить характерные долговременные изменения когерентного сигнала. Это можно использовать для получения более высокого разрешения.
SAR создают двумерное (2-D) изображение. Одно измерение изображения называется дальностью и является мерой расстояния «по прямой видимости» от радара до объекта. Дальность определяется путем измерения времени от передачи импульса до приема эха от цели. Кроме того, разрешение по дальности определяется шириной передаваемого импульса. Другое измерение называется азимутом и перпендикулярно дальности. Способность РСА обеспечивать относительно высокое разрешение по азимуту отличает его от других радаров. Чтобы получить высокое разрешение по азимуту, необходима физически большая антенна, чтобы фокусировать передаваемую и принимаемую энергию в резкий луч. Острота луча определяет разрешение по азимуту. Воздушный радар мог бы собирать данные, пролетая на таком расстоянии, и обрабатывать их так, как если бы они поступали от физически длинной антенны. Расстояние, которое летательный аппарат пролетает при синтезе антенны, известно как синтезированная апертура. Узкая ширина синтетического луча обусловлена относительно длинной синтетической апертурой, которая обеспечивает более высокое разрешение, чем физическая антенна меньшего размера. [12]
Радар с обратной апертурой ISAR ( )
Радар с обратной синтезированной апертурой (ISAR) - это еще один тип системы SAR, которая может обеспечивать высокое разрешение двух- и трехмерных изображений.
Система ISAR состоит из неподвижной радиолокационной антенны и объекта, находящегося в движении. ISAR теоретически эквивалентен SAR в том смысле, что высокое разрешение по азимуту достигается за счет относительного движения между датчиком и объектом, однако сцена с движущейся целью ISAR обычно состоит из не взаимодействующих друг с другом объектов.
Для формирования изображений ISAR необходимы алгоритмы с более сложными схемами коррекции ошибок движения, чем для SAR. Технология ISAR использует движение цели, а не излучателя, для создания синтетической апертуры. Радары ISAR обычноиспользуется на морских или воздушных судах и может обеспечить радиолокационное изображение достаточного качества для распознавания целей. Изображение ISAR часто позволяет отличить различные ракеты, военные и гражданские самолеты. [13]
Недостатки ISAR [ править ]
- Изображение ISAR не может получить реальный азимут цели.
- Иногда существует обратный образ. Например, образ лодки, катящейся вперед и назад по океану. [ нужны разъяснения ]
- Изображение ISAR представляет собой двухмерное проекционное изображение цели в плоскости дальнего допплера, перпендикулярной оси вращения. Когда плоскость дальнего доплера и координатная плоскость различны, изображение ISAR не может отражать реальную форму цели. Таким образом, в большинстве ситуаций визуализация ISAR не может получить реальную информацию о форме цели. [13]
Перекатывание происходит из стороны в сторону. Качание вперед и назад, рыскание — поворот влево или вправо.
трехмерной визуализации Метод моноимпульсной радиолокационной
Метод моноимпульсного радиолокационного трехмерного изображения использует одномерное изображение дальности и моноимпульсное измерение угла для получения реальных координат каждого рассеивателя. При использовании этой техники изображение не меняется при изменении движения цели. Моноимпульсная радиолокационная трехмерная визуализация использует методы ISAR для разделения рассеивателей в доплеровской области и выполнения моноимпульсного измерения угла.
Моноимпульсная радиолокационная трехмерная визуализация позволяет получить три вида трехмерных объектов, используя любые два из трех параметров, полученных из луча разности азимута, луча разности высот и измерения дальности, что означает, что виды спереди, сверху и сбоку могут быть получены. азимут-возвышение, азимут-диапазон и диапазон возвышения соответственно.
Моноимпульсная визуализация обычно адаптируется к целям ближнего радиуса действия, а изображение, полученное с помощью моноимпульсной радиолокационной трехмерной визуализации, представляет собой физическое изображение, соответствующее реальному размеру объекта. [14]
 | Эта статья могла быть создана или отредактирована в обмен на нераскрытые платежи Википедии , что является нарушением условий использования . Может потребоваться очистка в соответствии с политикой Википедии в отношении содержания , особенно с нейтральной точки зрения . ( май 2021 г. ) |
Радар 4D-изображения [ править ]
Радар с 4D-изображением использует антенную решетку с несколькими входами и множеством выходов (MiMo) для обнаружения, картографирования и отслеживания с высоким разрешением одновременно нескольких статических и динамических целей. Он сочетает в себе 3D-изображения с доплеровским анализом для создания дополнительного измерения — скорости. [15]
Радарная система четырехмерного изображения измеряет время полета от каждой передающей (Tx) антенны до цели и обратно к каждой приемной (Rx) антенне, обрабатывая данные из многочисленных сформированных эллипсоидов. Точка пересечения эллипсоидов, известная как горячая точка, показывает точное положение цели в любой момент.
Его универсальность и надежность делают радар с 4D-изображением идеальным для умного дома, автомобилей, розничной торговли, безопасности, здравоохранения и многих других сред. Ценность этой технологии заключается в сочетании всех преимуществ камеры, лидара, тепловидения и ультразвуковых технологий с дополнительными преимуществами:
- Разрешение : большая антенная решетка MiMo обеспечивает точное обнаружение и отслеживание нескольких статических и динамических целей одновременно.
- Экономическая эффективность : радар с 4D-изображением стоит примерно так же, как радарный датчик 2D, но с огромной добавленной стоимостью: более обширными данными, более высокой точностью и большей функциональностью, предлагая при этом оптимальный баланс цены и качества.
- Надежность и конфиденциальность : оптика не используется, поэтому эта технология надежна при любом освещении и погодных условиях. Радар с 4D-изображением не требует прямой видимости с целями, что позволяет ему работать в темноте, дыму, пару, ярком свете и в ненастную погоду. Это также обеспечивает конфиденциальность [ сомнительно – обсудить ] и скрытое наблюдение по задумке, что становится все более важной проблемой во всех отраслях.
См. также [ править ]
- ДСМАК
- Автоматическое распознавание целей
- Бистатическая визуализация
- Георадарный радар
- Радарная астрономия
- Бортовой радар бокового обзора
- Гео-деформация
- Визуализирующий микроволновый радиометр
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Что такое радар визуализации? / Лаборатория реактивного движения» . Southport.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 18 ноября 2016 г. Проверено 9 декабря 2015 г.
- ^ «Что такое радар визуализации? (с рисунком)» . мудрыйГИК . Проверено 9 декабря 2015 г.
- ^ «Откройте для себя преимущества радиолокационной визуализации «Журнал Earth Imaging: дистанционное зондирование, спутниковые изображения, спутниковые изображения» . ejournal.com . 05.10.2012 . Проверено 13 ноября 2015 г.
- ^ Афтанас, Михал (2010). Визуализация сквозь стену с помощью радиолокационной системы СШП (PDF) . Берлин: Академическое издательство LAP LAMBERT. п. 132. ИСБН 978-3838391762 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 июня 2016 г. Проверено 2 января 2014 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Беренс, П. (2006). Введение в радар с синтезированной апертурой (SAR) . Расширенная обработка радиолокационных сигналов и данных. стр. 3–1–3–14.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Афтанас, Михал; Дж. Сакс; М. Друтаровский; Д. Кокур (ноябрь 2009 г.). «Эффективный и быстрый метод оценки параметров стены с использованием радиолокационной системы СШП» (PDF) . Частота . 63 (11–12): 231–235. Бибкод : 2009Freq...63..231A . дои : 10.1515/FREQ.2009.63.11-12.231 . S2CID 6993555 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 июня 2016 г. Проверено 2 января 2014 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Марсьяль, Эбер (1992). «Трехмерные измерения с помощью лазерных радаров: насколько они хороши?». Международный журнал вычислений изображений и зрения . 10 (3): 170–178. CiteSeerX 10.1.1.12.2894 . дои : 10.1016/0262-8856(92)90068-E .
- ^ «4.2 Радар с реальной апертурой» . wtlab.iis.u-tokyo.ac.jp . Архивировано из оригинала 23 октября 2015 г. Проверено 12 ноября 2015 г.
- ^ Дэвид Дж., Макфарлейн (2006). «Радар трехмерного изображения с реальной апертурой 94 ГГц». Европейская радиолокационная конференция 2006 г. стр. 154–157. дои : 10.1109/EURAD.2006.280297 . ISBN 2-9600551-7-9 . S2CID 30522638 .
- ^ «Результат запроса WebCite» . www.webcitation.org . Архивировано из оригинала 30 мая 2013 года . Проверено 13 ноября 2015 г.
{{cite web}}: Cite использует общий заголовок ( справка ) - ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Уотсон, Э.А.; Диркинг, член парламента; Ричмонд, РД (1998). «Лазерные радиолокационные системы для многомерной визуализации и сбора информации». Материалы конференции. ЛЕОС'98. 11-е ежегодное собрание. Ежегодное собрание Общества лазеров и электрооптики IEEE, 1998 г. (кат. № 98CH36243) . Том. 2. С. 269–270. дои : 10.1109/LEOS.1998.739563 . ISBN 0-7803-4947-4 . S2CID 119547606 .
- ^ Что такое радар с синтезированной апертурой? . Архивировано из оригинала 28 мая 2005 г. Проверено 12 декабря 2013 г. http://www.sandia.gov/radar/what_is_sar/index.html
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Лопес, Хайме Ксавьер (2011). Теория и применение радиолокационной визуализации с обратной синтезированной апертурой (Диссертация). Техасский университет – Панамериканский.
- ^ Хуэй Сюй; Годун Цинь; Лина Чжан (2007). Метод моноимпульсной радиолокационной трехмерной визуализации . Моноимпульсный радар трехмерного изображения и радар наведения на терминал. Том. 6786. Слушания SPIE. стр. 1–7.
- ^ Подкамен, Ян. «Датчики автомобильной безопасности: почему радар с 4D-изображением должен быть на вашем радаре» . blog.vayyar.com . Проверено 31 января 2021 г.