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TELERILEVAMENTO ATTIVO A MICROONDE: IL RADAR AD APERTURA SINTETICA (SAR)

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Presentazione sul tema: "TELERILEVAMENTO ATTIVO A MICROONDE: IL RADAR AD APERTURA SINTETICA (SAR)"— Transcript della presentazione:

1 TELERILEVAMENTO ATTIVO A MICROONDE: IL RADAR AD APERTURA SINTETICA (SAR)

2 Richiami di teoria Elettromagnetica

3 Geometria SAR (side looking) è l angolo di incidenza del fascio valutato nel punto centrale dello swath

4 Geometria SAR (side looking) Risoluzione in range ed in azimuth

5 Radarsat Esempio di risoluzione azimutale con altezza dello S/C di 792 km, frequenza operativa di 5.3 GHz e L a =15 m Con apertura sintetica si ottiene una risoluzione di 9 m

6 Effetto Doppler Se la sorgente emette una frequenza f s e recede da un osservatore a una velocità la frequenza osservata è pari a: Se la sorgente si avvicina all osservatore si ha:

7 Effetto Doppler Per <

8 Risoluzione azimutale (SAR focalizzato). Dall equazione che determina lo shift Doppler si può ricavare la risoluzione azimutale: In cui f d è la risoluzione dello shift della frequenza Doppler approssimativamente paria all inverso del tempo durante il quale un target puntiforme si trova nel fascio La risoluzione azimutale vale:

9 Compressione azimutale

10

11 Differenza di fase fra due segnali Per fasci stretti R c R 0

12 Compressione azimutale Assumendo che lo shift della frequenza doppler è costante, fino a che il termine quadratico aggiunge un valore /4 a, allora la finestra di osservazione della forma d onda è confinata ad una distanza x window dove: Nell esempio del caso focalizzato si avevano 9 m

13 Slant vs Ground range OtticaSAR

14 Slant vs Ground range Immagine dei punti A e B nella presentazione slant range e ground range

15 Posizionamento dei rilievi

16 Lay over (posizione di un rilievo con immagine ottica e immagine SAR)

17 Effetti prodotti dalle pendenze del terreno

18 Immagine di ERS 1 SAR

19 Surface

20 SAR Nadir Looking Focused SAR Nadir looking DPL operating High dynamic range High pulse bandwidth High clutter rejection Dipole antenna

21 SAR Nadir Looking Pulse limited Non focalizzato Focalizzato Caso superficie speculare (Fresnel) DPL= R= km

22 SAR Nadir Looking SAR non focalizzato/focalizzato Il fronte di onda sferico si può approssimare con uno piano solo se la massima variazione di percorso R max misurata in termini di lunghezza d onda da luogo a una variazione di fase trascurabile. Se si focalizza occorre compensare i contributi quadratici inclusi quelli dovuti a eventuali velocità radiali dello S/C o variazioni di pendenza della superficie osservata.

23 SAR Nadir Looking La differenza di fase fra il segnale trasmesso e ricevuto vale: Come si vede la scelta di un sistema focalizzato è indispensabile per ottenere la richiesta prestazione di 300m di risoluzione x xcxc x0x0 R R0R0 RcRc

24 SAR Nadir Looking

25 Ritorni di eco sottosuperficiale comparati a ritorni di superficie con uguale ritardo H SHARAD Surface Sub Surface Generic depth: not Mars Surface representation Latitud e Longitud e

26 SAR Nadir Looking SAR intrinsic clutter cancellation

27 SAR Nadir Looking Valutazione del rumore

28 SAR Nadir Looking Superficie speculareSuperficie rugosa

29 SAR Nadir Looking T MIN=2H/c return echo delay time T U return echo duration time Mambiguity order pulse duration D.C.= ·PRF (Duty Cycle) E necessario evitare aliasing nello spettro doppler Si può determinare langolo di osservazione off nadir al di la del quale i clutter di superficie siano ad esempio 30 dB o più inferiori all eco di superficie al nadir : ( )/ (0)<-30 dB per ottenere un range dinamico di almeno dB (filtro centrale) tenendo in conto la cancellazione intrinseca del SAR (clutter improvement factor di dB)

30 SAR Nadir Looking La profondità di penetrazione impone la dinamica del sistema. Una profondità di penetrazione equivalente a un ritardo maggiore di 800 nsec impone al sistema una dinamica di 55 dB. La degradazione negli impulsi compressi e pesati è dovuta a modulazioni di ampiezza e frequenza nel segnale trasmesso/ricevuto. Il Rx e il Tx che possono contribuire a questa degradazione devono avere gli echi appaiati inferiori al valore della maschera

31 SAR Nadir Looking H=1 H=0.5

32 SAR Nadir Looking Valutazione del rapporto segnale clutter ( =risoluzione, z=profondità K)

33 SAR Nadir Looking Valutazione perdite per effetto del campo magnetico

34 SAR Nadir Looking Comparazione fra le prestazioni di Marsis e di SHARAD

35 Speckle Quando si osserva una superficie diffondente illuminata da una radiazione dotata di grande lunghezza di coerenza, la superficie appare coperta da molti puntini luminosi, intervallati da zone nere: è il fenomeno degli speckles. Se la zona illuminata della superficie non è liscia, ma è costituita da rilievi irregolari grandi rispetto alla lunghezza donda della radiazione che la illumina, da ciascun punto delle irregolarità si diffonde parte della radiazione, con una fase diversa da un punto allaltro. Se un sistema ottico o elettromagnetico raccoglie la radiazione per formare unimmagine della zona illuminata, nel caso ideale, di un sistema ottico con risoluzione infinita, di ciascun punto fa unimmagine indipendente. Nella realtà, però, un sistema ottico di risoluzione infinita non esiste, sia per effetto della diffrazione, che delle aberrazioni, dei difetti di costruzione e degli errori di messa a fuoco. Se la zona della superficie che contribuisce alla minima dimensione risolta nellimmagine, è costituita da almeno due punti da cui parte la radiazione diffusa, con una differenza di distanza dallottica superiore alla lunghezza donda, quando i due contributi della radiazione diffusa vengono fatti convergere nel punto-immagine risolto, interferiscono, dando luogo ad una intensità che dipende dalla fase e dallampiezza relativa: se sono in fase, le ampiezze si sommano (se le ampiezze sono uguali, lintensità del punto luminoso diviene quattro volte lintensità che avrebbe ciascuno dei punti separatamente); se sono in opposizione di fase, si sottraggono reciprocamente; in tutte le condizioni di fase o di ampiezze intermedie, danno luogo ad immagini di intensità intermedia. Quindi, allinterno di una zona risolta dellimmagine fatta dal sistema ottico, esiste una parte della radiazione che si somma in fase, una parte in opposizione di fase ed il resto in condizioni intermedie. Le dimensioni di ciascuno speckle dipendono dalla risoluzione del sistema ottico. Come già detto gli speckle sono causati da una costruttiva e distruttiva interferenza dai ritorni degli elementi scatteranti allinterno di una cella di risoluzione.

36 Speckle V 1, 1 V 2, 2 V 6, 6 V 4, 4 V 3, 3 V 5, 5


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