اصول طراحی رادار SAR

[MMB5146]

مقدمه
در مراحل مختلف انجام فعالیتهای فیزیکی، شناسایی محیط پیرامونی از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخوردار است. انسان به منظور بررسی محیط اطراف خود از احساس پنجگانه خود استفاده می کند. حس بینایی مهم ترین ابزار مورد استفاده توسط انسان جهت بررسی محیط اطراف است. در فرآيند بينايي انسان، نور منعکس شده از محيط اطراف توسط عدسي چشم گردآوري شده و در مغز به صورت مشاهدات تفسير مي گردد. از آنجا که حس بینایی انسان دارای محدودیتهای مختلفی (برد، قابلیت تشخیص و ...) در شناسایی محیط اطراف است، لذا استفاده از ابزار کمکی جهت غلبه بر این محدودیتها مد نظر قرار گرفته است.اصولاً اين ابزارها يا براي بهبود قابليت تشخيص اهداف (مثل رادار و سونار) و يا براي ثبت تصاوير (مثل دوربين) به کار مي روند. درابزار کمکی مشاهده و تصويربرداري ساخته دست انسان نيز فرآيند مشابه حس بینایی جهت استخراج ویژگیهای محیط طی می شود، با این تفاوت که بجای استفاده از چشم و مغز، حسگرها و پردازنده های وظیفه استخراج اطلاعات را بر عهده دارند.
امروزه سیستمهای راداری یکی از مهمترین ابزار کمکی مورد استفاده در کاربردهای مختلف نظامی و غیر نظامی است. مشابه حس بینایی، سامانه های راداری به منظور بررسی محیط اطراف از امواج الکترومغناطیسی اما در محدودة فرکانسی متفاوت استفاده می کنند. در این سامانه ها مشابه حس بینایی که میزان بازتاب نور توسط اشیاء را جهت شناسایی آنها استفاده می کند، بازتاب امواج الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرد.

 

[MMB5146]

اصول طراحی رادار SAR

در سامانه هاي تصوير برداري راداري،به منظور شناسایی محیط، پروفايل سطح مقطع راداری (Radar Cross Section یا RCS)استخراج می گردد (RCS نسبت سیگنال بازتاب شده نسبت به سیگنال تابیده شده در واحد سطح است). معمولاً پس از استخراج پروفايل RCS ، اطلاعات RCS المانها سطح مورد نظر بصورت سطوح خاکستري در يک صفحه نمايش دو بعدي در اختيار کاربر قرار مي گيرد و بعنوان تصوير راداری شناخته شده و مورد بررسي قرار مي گيرد.
بنابراین تصويري که از رادار بدست مي آيد پروفايل ضريب انعکاس پيکسلهاي سطح در فرکانس ماکروويو است اما تصويري که با دوربين بدست مي آيد، پروفايل ضريب انعکاس سطح در طول موج نور مرئي است.در ابزارهایاشاره شده (دوربین و رادار) هر چه ابعاد حسگر (مثل لنز يا آنتن) بزرگتر باشد، قدرت ديد و قابليت بهبود می یابد. در واقع کليد بهتر ديدن، بزرگتر بودن حسگر يا روزنه ورودي ابزار مي باشد.
از گذشته در سيستمهاي راداري نيز به منظور دستيابي به قدرت تفکيک بالا در برد از سيگنالي با پهناي باند بالا و براي رسیدن به حد تفيکيک بالا در زاویه از آنتني بزرگ (براي باريک کردن پهناي پرتو در راستاي سمت) استفاده مي شده است. متأسفانه استفاده از آنتنهایی با ابعاد فیزیکی بزرگ به منظور دستیابی به حد تفکیک بالادر زاویه در بعضي کاربردها دشوار و غير عملي مي باشد.
اين مشکل تا سال 1950 حل نشده بود. در اين زمان Wily با طرح خود انقلاب بزرگي در ابزار تصويربرداري موجود (از جمله رادار) ايجاد کرد. بر اساس اين ايده آنتني کوچک که توسط يک سيستم پرنده حمل مي شود، در موقعیت های مشخص، منطقه مورد نظر جهت تصوير برداري را تحت تابش الکترومغناطيسي قرار داده و بازتاب محیط را دریافت می کند. سپس سيگنال هاي بازگشتي در موقعیت های مختلف آنتن همگي به صورت یکجا مورد پردازش قرار گيرند و پروفایلRCSمنطقه با

 

[MMB5146]

اصول طراحی رادار SAR

دقتي بالا استخراج مي شود. در صورتی که اين ايده در سیتسمهای راداری استفاده شود، سیستم حاصل رادار با روزنه مصنوعي (Synthetic Aperture Radar يا SAR) خوانده می شود. با استفاده از اين ايده اثر آنتن با ابعاد بزرگ که ساخت آن غير عملي است با کمک پردازشهاي خاص ايجاد مي گردد.ابعاد المانهاي سطحييا حجمي که RCS آنها توسط SARاندازه گيري مي شود را رزلوشن يا حد تفکيک سامانه SAR مي گويند. در سیستمهایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، حد تفکیک در حدود متر است.
به منظور روشن تر شدن مساله، دقتهای قابل حصول توسط آنتهای معمول و عملکرد یک سیستم SAR در ادامه به یک مثال توجه کنید. با استفاده از يک آنتن با ابعاد 1 متر(D=1 m) و طول موج 1 متر( )، در فاصله 1000 متري (R=1000 m) در رادارهاي عادي مي توان به حد تفکيک زاويه اي حدود 1000 متر رسيد:

(1-1)

حال بر اساس تئوري SAR اگر اين آنتن با ابعاد 1 متر را در طول يک روزنه فرضي به ابعاد 1000 متر ( ) جابجا کنيم، در آن صورت مي توان به حد تفکيک زاويه اي حدود 1 متر دست يافت[1].

(1-2)

به عبارت دیگر استفاده از پردازشهای مورد استفاده در SAR به نوعی همان اثر استفاده از يک آنتن با طول 1000 متر را ايجاد مي کند. برای دستیابی به این بهبودقابل توجه، درک صحيح فيزيک مسأله و همچنين اعمال پردازشهاي پيچيده ضروری است.با توجه به اينکه در اين ايده از پردازش سيگنال به جاي استفاده از آنتن بسيار بزرگ استفاده شده است به اين رادار، رادار با روزنه مصنوعي گفته مي شود.
در اينجا ذکر اين نکته خالي از لطف نيست که در طبيعت حسگرهاي صوتي و مافوق صوت دلفينها و خفاشها نيز به نوعي از ايده ايجاد روزنه مصنوعي بهره مي برند. بنابراين نمي توان ايده اصلي استفاده از SAR را به انسان نسبت داد. به همین ترتیب در سال هاي اخير ايده ايجاد روزنه مصنوعي در ساير ابزار مشاهده مانند سونار نيز استفاده شده است.
گاهاً در مورد SAR اين تصور عمومي وجود دارد که تنها زمينه استفاده از SAR در کاربردهاي نظامي است. اما بايد گفت که تصويربرداري با SAR کاربردهاي تجاري متنوعي نيز دارد. در اين بخش برخي از کاربردهاي تجاري و نظامي ذکر شده براي SAR نام برده مي شوند[1].

 

[MMB5146]

اصول طراحی رادار SAR

1- کشف و دنبال کردن اهداف متحرک
2- تصوير برداري پزشکي (مافوق صوت)
امروزه برخي از کاربردهاي فوق از جمله تصويربرداري از سطح زمين به صورت وسيع در موقعیتهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند و تقريباً حالت تجاري دارند. اما برخي کاربردهاي ديگر مثل کاربرد در تصوير برداري پزشکي در مرحله توسعه و رفع ابهامات قرار دارد و هنوز کاملاً تثبيت نشده است.
در ادامة اين فصل به شرح و بررسي ايده استفاده از روزنه مصنوعي در تصوير برداري راداري پرداخته می شود.

[h=2]1-1- تاريخچه مختصر SAR[/h]اولين بار رادار به عنوان ابزاري با کاربرد نظامي در طول جنگ جهاني دوم به صورت جدي مورد استفاده قرار گرفت. هدف اوليه استفاده از رادار، کشف هواپيما و کشتي در شرايط بد آب و هوايي و يا در شب بود. البته در سالهاي پس از آن به مدد رشد تکنولوژيRF، ساخت آنتن و اخيراً به واسطه توسعه تکنولوژي ديجيتال جهش بزرگي در رشد سيستمهاي راداري به وجود آمده است.
رادارهاي اوليه قادر به سنجش فاصله هدف بر اساس تأخير سيگنال بوده اند. پس از آن و در زمانهاي نه چندان دور، از تغييرات فرکانس سیگنال بازتاب شده دریافتی نسبت به فرکانس سیگنال ارسالی (پدیدة Doppler) براي سنجش سرعت هدف و تفکیک اهداف ساکن و متحرک استفاده شد. با گذشت زمان و انجام تحقیقات بیشتر مشخص شدکه از پدیدة داپلر مي توان براي افزایش دقت فاصله سنجي و يا زاويه سنجي نيز استفاده کرد. بر اساس این ایده و در سال 1951 استفاده از رادار براي ثبت تصوير دو بعدي از سطح زمين مطرح شد[2]. ایدة ابتدایی SAR بر اساس تحقیقات Carl Wiely از کارکنان شرکت Goodyear Aircraft به وجود آمد. در ابتدای دهة پنجاه میلادی، Wiley مشاهده کرد در زمانی که آنتن هدفی را ردگیری می کند، رابطه ای میان داپلر هدف در زمانهای مختلف و موقعیت هدف در طول دوره ردگیری وجود دارد. به این ترتیب او نتیجه گیری کرد، در صورتی که آنالیز فرکانسی سیگنال دریافتی از هدف تحت ردگیری می توان به تخمین موقعیت هدف کمک کند و آن را بهبود دهد. این ایده Doppler Beam Sharpening خوانده شده و امروزه نیز در برخی سیستمها به منظور کاهش پهنای بیم مورد استفاده قرار می گیرد.تقریباً در همان دوران در دانشگاه Illinoise نیز این ایده بر اساس مشاهدات یک رادار نصب شده بر روی پرنده(airborne) به صورت مشابه مطرح شد. در ادامه و در سال 1957 در دانشگاه Michigan با استفاده از Correlator های نوری نخستین تصویر SAR استخراج شد.
وقتي داده هاي SAR توسط رادار ثبت مي شود، تصوير داده هاي ثبت شده بسيار مبهم و نامشخص است. در واقع اين تصوير بيشتر به يک نويز تصادفي شباهت دارد. دليل اين امر اين است که اطلاعات اصلي تصوير در فاز سيگنال ثبت شده قرار دارد. براي استخراج تصوير اصلي بايد فاز داده هاي ثبت شده محاسبه شود.
اولين بار از پرتوهاي ليزر و لنزهاي اپتيکي براي متمرکز کردن و استخراج تصوير و براساس اپتيک فوريه[SUP][SUP][1][/SUP][/SUP] استفاده مي شده است. در اين روش داده هاي ثبت شده بر روي فيلم هاي سياه و سفيد منتقل مي شود. سپس پرتوهاي ليزر به موازات صفحه تابانده شده و تصوير را روشن مي کنند. پس از آن با استفاده از يک مجموعه لنز، تبديل فوريه دو بعدي تصوير محاسبه شده و برخي

---

[1]Fourier Optics

 

[MMB5146]

اصول طراحی رادار SAR

انکسارات نور حذف مي گردند. پس از آن مجدداً از يک مجموعه لنز ديگر براي اعمال تبديل فوريه استفاده شده و تصوير نهايي در خروجي آن بر روي فيلم ثبت مي شود.
روش اپتيکي گرچه مي تواند يک تصوير با وضوح مناسب را استخراج کند اما به امکانات اپتيکي بسيار دقيق و پيچيده نياز دارد. همچنين اين روش به يک اپراتور بسيار توانا جهت تنظيم سخت افزار و تغيير تنظيمات نياز دارد و نمي توان پردازش ها را به صورت خودکار تغيير داد. از طرف ديگر استفاده از فيلم براي ثبت تصوير، محدوده ديناميکي تصوير نهايي را محدود مي کند.
در طول دهه 50 و 60، دانش سنجش از راه دور[SUP][SUP][1][/SUP][/SUP] در زمينه غير نظامي به سرعت گسترش يافت. در اين زمان بيشتر از تصوير برداري ديجيتالي با دوربين هاي با ميدان ديد وسيع[SUP][SUP][2][/SUP][/SUP] و در باندهاي مختلف نوري استفاده مي شد. اما با گسترش تکنولوژيSAR نظامي در اوايل دهه 70، به تدريج استفاده از SAR در زمينه هاي غير نظامي نيز گسترش يافت. در واقع کاربران غير نظامي در اين زمان به مزايا و برتري هايSAR بر تصوير برداري اپتيکي پي برده بودند. سه مزيت عمده استفاده از رادار نسبت به اپتيک براي سنجش از راه دور که موجب محبوبيت اين روش تصوير برداري شد، عبارتند از :
1- با توجه به این نکته که رادار انعکاسات موج ارسالي خود را پردازش مي کند، در تاريکي شب نيز به خوبي قادر به تصويربرداري است.
2- امواج الکترومغناطيس رادارها در فرکانسهاي متداول در عبور از ابر و توده باران بدون تلفاتند يا تلفات کمي دارند، لذا امکان تصویر برداری در هوای ابری و بارانی وجود دارد.
3- ضريب انعکاس سيگنال رادار از سطوح مختلف با حالت اپتيکي متفاوت است. به همين علت اطلاعات رادار مکمل تصاوير اپتيکي است و در بسياري از موارد قدرت تفکيک بهتري نسبت به تصاوير اپتيکي دارد.
تا اين زمان بيشتر بخش هاي فن آوريSAR براي استفاده در هواپيما طراحي شده بود. اما براي اولين بار SAR ماهواره اي بود که توجه جامعه علمي را به استفاده از SAR در سنجش از راه دور جلب کرد.
در سال 1978 ماهواره NASA با نام SEASAT(‏شكل 1-1 ) تصاوير راداري خود از سطح زمين را به جهان ارائه داد. اين برنامه باعث شد که جهش بزرگي در تکنيک هاي پردازش ديجيتال SAR به وجود آيد و همچنين کاربردهاي وسيعي براي تصاوير SAR مطرح شود.
در زمان شروع مأموريت ماهواره SEASAT، تلاشهاي زيادي براي توسعه پردازنده هاي ديجيتاليSAR انجام شد. در آن زمان داده هاي خروجي رادار به فرم ديجيتال تبديل شده و بر روي نوار (tape) يا ديسک هاي حافظه ذخيره مي شدند. در آن دوران (اواخر دهه 70 ميلادي)، 256 KB حافظه زيادي براي کامپيوتر به شمار مي رفت و ظرفيت ديسک ها و سرعت تبادل اطلاعات نسبت به امروز بسيار پايينتر بود. براي مثال پردازنده ديجيتال SAR که در سال 1978 برايSEASAT طراحي شده بود، يک تصوير 40 Km×40 Km با حد تفکيک 25 متر را در طول 40 ساعت پردازش مي کرد (دانستن این نکته جالب است که اين زمان در صورت استفاده از کامپيوترهاي امروزي حدود 10 ثانيه طول می کشد).

​

شكل 1-1 ماهواره SEASAT
پیاده سازی پردازش SARبه صورت ديجيتال، تحول عمده ای نسبت به پردازش اپتيکي محسوب می شد. طول کلمه، ضرايب و مقياس آنها، چرخش گوشه ها، درون يابي و کانولوشن سريع، مواردي هستند که در SAR ديجيتال مورد توجه قرار گرفتند. پس از يک دوره کوتاه که نمونه هاي آزمايشي پردازشگر SAR استفاده شدند، در سال 1978 پردازش هاي دقيق SARتحت عنوان الگوريتم Range Doppler[SUP][SUP][3][/SUP][/SUP]، به صورت همزمان ولي مستقل توسط MacDonald Dettwiler[SUP][SUP][4][/SUP][/SUP] و Jet Propulsion Lab[SUP][SUP][5][/SUP][/SUP] ارائه شد. به زودي توانايي ها و مزاياي پردازش ديجيتال شناخته شد و پردازش ديجيتال به عنوان پردازش استاندارد مورد استفاده در سیستمهای SARتثبيت شد. اين روش پردازشي در طول زمان دچار اصلاحات زيادي شده است و همچنين الگوريتم هاي پردازشي ديگري نيز در طول زمان ارائه شده و گسترش يافته اند. امروزه سيستمهاي SAR با استفاده از اين الگوريتمها توانايي استخراج تصاويري با وضوح بسيار بالا را دارند.

[h=2]1-1- مدهاي مختلف تصوير برداري SAR:[/h]دو مد اصلي تصوير برداري راداري از اهداف ثابت وجود دارد: StripMap و SpotLight. شمايي از نحوة عملکرد سيستم در اين دو روش در قالب ‏شكل 1-2 نشان داده شده است.

​

شكل 1-2 شماي دو روش تصوير برداري راداري
در روش StripMap همواره جهت نشانه روي آنتن نسبت به مسير حرکت پرنده ثابت نگاه داشته مي شود. پرتو آنتن تقريباً با نرخ ثابتي زمين را جاروب مي کند و تصوير پيوسته اي از زمين را توليد

---

[1]Remote secsing

[2]Wide Cammera

[3]RDA

[4]MDA

[5]JPL

 

[MMB5146]

اصول طراحی رادار SAR

در روش StripMap همواره جهت نشانه روي آنتن نسبت به مسير حرکت پرنده ثابت نگاه داشته مي شود. پرتو آنتن تقريباً با نرخ ثابتي زمين را جاروب مي کند و تصوير پيوسته اي از زمين را توليد مي کند. در صورت استفاده از اين روش، سيستم SAR توانايي پوشش منطقة وسيعي از زمين را در زمان کوتاه و با دقتي مناسب دارد.
در روش Spotlight SAR آنتن براي مدت زمان نسبتاً طولاني منطقه اي خاص را تحت پوشش دارد. بنابراين در زمان جابجايي پرنده زاوية آنتن به صورتي تغيير داده مي شود که منطقة مورد نظر تحت رئويت آنتن باقي بماند. اين روش تصوير برداري نسبت به روش قبل داراي حد تفکيک (در سمت) بهتري است اما لازم است مدت زمان بيشتري را جهت استخراج تصوير صرف کند.
[h=2]1-1- فيزيک مسأله در مدStripMap[/h]در اين بخش هندسه ساختار دريافت داده SARدر مد StripMapبررسي شده و پارامترهاي اساسي و مهم مربوط به آن شرح داده مي شوند. در ‏شكل 3-3 ، شماي هندسه سيستم نشان داده شده و بر اساس آن برخي از مفاهيم اساسيSAR در ادامه معرفي مي شوند[2].

​

شكل 1-1 شماي کلي هندسه سيستم دريافت داده SAR
در شکل فوق يک هدف فرضي نقطه اي بر روي زمين مشخص شده است که رادار مي خواهد از آن تصويربرداري کند. در اين شکل مسير حرکت سکو يا رادار (Sensor Path) مشخص شده است. R[SUB]0[/SUB] کوتاهترين فاصله اي است که رادار در مسير حرکت خود با هدف مشخص شده خواهد داشت. همچنين فاصله لحظه اي رادار با هدف با R نمايش داده شده است. ناحيه اي به نام Beam Footprint نیز در اين شکل نشان داده شده که اين ناحيه منطقه اي است که تصوير پهناي بيم آنتن را بر روي سطح زمين در هر لحظه مشخص مي کند.
در هر لحظه تصوير رادار (سکو) بر روي سطح زمين يک نقطه است که Nadir نام گرفته است. اين نقطه در واقع نزديکترين نقطه زمين به رادار در هر لحظه است. در پردازش SAR راستاي هم جهت با مسير حرکت رادار در سطح زمين راستاي سمت يا Azimuth نام دارد و راستاي عمود بر آن راستاي برد يا Range نام دارد.
صفحه اي که شامل رادار باشد و بر مسير حرکت رادار عمود باشد صفحه داپلر صفر نام دارد. سيگنال بازگشتي از اهداف واقع در اين صفحه داراي داپلر صفر هستند.
يکي از مهمترين پارامترها در SAR زاويه squint است که انحراف آنتن از خط عمود بر مسير حرکت آنرا نشان مي دهد. اين زاويه به دليل ايجاد شيفت فرکانس داپلردر سيگنال دريافتي اهميت دارد و اگر مقدار اين زاويه بيش از حدود 4° باشد باعث پيچيدگي پردازشهايSAR خواهد شد.
سرعت حرکت سکو در پردازشهايSAR نيز يکي از مهمترين و تأثيرگذار ترين پارامترهاست. سرعت حرکت سکو در مسير خود عموماً با V[SUB]s[/SUB] نمايش داده مي شود. همچنين سرعت حرکت صفحه داپلر صفر در سطح زمين با V[SUB]g[/SUB] نشان داده مي شود. در SAR ماهواره اي اين دو سرعت با هم متفاوتند اما در SAR نصب شده بر روي هواپيما عموماً مي توان اين دو سرعت را برابر فرض کرد.
[h=3]1-1-1- مفهوم فاصله زميني[SUP][SUP][1][/SUP][/SUP] و فاصله مستقيم[SUP][SUP][2][/SUP][/SUP][/h]سنجش فاصله به وسيله نمونه برداري در رادار در واقع سنجش فاصله مستقيم است و اين فاصله در SAR با فاصله زميني متفاوت است. در ‏شكل 3-4 ارتباط اين دو فاصله نمايش داده شده است.

​

شكل 1-2 ارتباط فاصله زميني با فاصله مستقيم
همانگونه که در این شکل مشاهده مي شود، ارتباط اين دو فاصله بر اساس زاويه برخورد موج به زمين تعيين مي شود و به دليل متغير بودن اين زاويه در فواصل مختلف، ارتباط دقت سنجش فاصله زميني ( ) با دقت فاصله سنجي مستقيم ( ) نيز در فواصل مختلف متفاوت است.

(1-1)

اين رابطه نشان مي دهد که در فواصل بسيار نزديک به Nadir، حدتفکيک فاصله زميني ( ) بسيار بدتر از فواصل دور خواهد بود.

[h=3]1-1-2- معادله برد (Range Equation)[/h]یک پارامتر مهم و تعيين کننده در SAR، فاصله مستقيم هدف تا رادار است که با تغيير زمان (زمان سمت[SUP][SUP][3][/SUP][/SUP]) تغيير مي کند. معادله اي که اين تغييرات را مدل مي کند Range Equation ناميده مي شود. همانطور که رادار مسير خود را طي مي کند و به هدف نزديک مي شود، برد هدف کاهش مي يابد و پس از عبور از نزدیکترین فاصله نسبت به هدف، برد دوباره افزايش مي يابد. اين تغيير برد دو اثر مهم دارد. اول اينکه باعث ايجاد يک مدولاسيون فاز در پالسهاي متوالي شده و در نهايت پس از اعمال پردازشهايSAR منجر به بهبود حدتفکيک مي شود. دومين اثر حرکت سکو، جابه جايي هدف در سلولهاي فاصله در پالسهاي متوالي است که Range Cell Migration (RCM) نامیده می شود. همانطور که در ادامه شرح داده خواهد شد ، در زمان پردازش ارتباط بين "برد" و "سمت" بايد مد نظر قرار داشته باشد و در پردازشهاي SAR از این ارتباط استفاده شود.
يافتن رابطه دقيق برد مستلزم شناخت کامل فيزيک حرکت سکو، معادله مدار حرکت (در کاربرد ماهواره اي)، انحناي زمين و ... مي باشد که باعث پيچيدگي بسيار زیاد مساله مي گردد. اما خوشبختانه در بيشتر حالت ها مدل نشان داده شده در ‏شكل 3-3 قابل استفاده است و مي تواند تقريب قابل قبولي براي يافتن معادله برد باشد.[SUP][SUP][4][/SUP][/SUP]
در ‏شكل 3-3 مقدار X را مي توان با V[SUB]r[/SUB]η برابر فرض کرد که در آن V[SUB]r[/SUB]سرعت حرکت صفحه داپلر صفر در سطح زمين در اين تقريب مي باشد و η زمان سمت رانشان مي دهد. لذا داريم:

(1-2)

در SAR هواپايه موقعيت بيم نسبت به مسير حرکت ثابت فرض مي شود و اين مدل در طول مرور يک ناحيه معتبر است. در اين صورت V[SUB]r[/SUB] با V[SUB]s[/SUB] و V[SUB]g[/SUB] برابر خواهد بود. اما در SAR ماهواره اي وضع کمي متفاوت است و به دليل انحناي مدار و زمين، مدل پيچيده تري بر مسأله حاکم خواهد بود[1].

[h=2]1-2- سيگنال SAR در راستاي برد(Range)[/h]همانطور که در بخش هاي قبل عنوان شد، سيگنال SAR در دو بعد Range (برد) و راستاي سمت (عمود بر Range) مورد بررسي قرار مي گيرد. در اين بخش در ابتدا به بررسي سيگنال در راستايRange مي پردازيم.

---

[1]Ground Range

[2]Slant Range

[3]منظور از زمان سمت متغير زماني است که جابه جايي و تغييرات سيگنال در راستاي سمت بر اساس آن سنجيده مي شود
[4]اين تقريب براي هواپيما بسيار دقيقتر از ماهواره خواهد بود

 

[MMB5146]

اصول طراحی رادار SAR

در جهت برد رادار يک پالس FM به فرم کلي زير ارسال مي کند.

(1-1)

در اين رابطه دامنه پالس ارسالي با پهنايT[SUB]r[/SUB] است که عموماً مستطيلي شکل فرض مي شود. همچنين در اين رابطه K[SUB]r[/SUB] نرخ تغييرات فرکانس در راستاي برد است و τ متغير نشان دهنده زمان در اين راستا مي باشد و τ=0 مرکز پالس ارسالي را نشان مي دهد.

[h=3]1-1-1- دريافت سيگنال[/h]مطابق ‏شكل 3-5 پهناي بيم آنتن فرستنده SAR در راستايElevation باعث مي شود که محدوده اي از زمين تحت پوشش سيگنال تابيده شده قرار گيرد و اکوي آن محدوده به رادار برگردد. بر اساس فاصله هر نقطه از زمين، تأخير سيگنال دريافتي از آن متفاوت است. براي مثال سيگنال دريافتي از يک هدف نقطه اي در فاصله R[SUB]a[/SUB] به صورت زير مي باشد.

(1-2)

در اين رابطه دامنه متناظر با RCS هدف نقطه اي مي باشد. همچنين در اثر انعکاس سيگنال از سطح ممکن است يک اختلاف فاز در سيگنال ايجاد گردد که با نمايش داده مي شود.

​

شكل 1-1 ارتباط پهناي بيم Elevation آنتن با پوشش Range
[h=2]1-2- سيگنال SAR در راستاي سمت (Azimuth)[/h]همانطور که رادار در مسير خود حرکت مي کند، به طور متوالي پالسهايی را ارسال کرده و سيگنال اکو آنها را دريافت مي کند. اين پالسها با نرخ PRF ارسال مي گردند. سيگنال بازگشتي از هر هدف نقطه اي همان شکل سيگنال ارسالي را دارد که به شدت تضعيف شده و داراي شيفت فرکانس داپلر[SUP][SUP][1][/SUP][/SUP] است. فرکانس داپلر براي هدف نزديک شونده مثبت و براي اهداف دور شونده منفي مي باشد.

[h=3]1-2-1- عوام موثر بر PRF[/h]نرخ PRF در واقع نرخ نمونه برداري از سيگنال در راستاي سمت است. لذا مسائل مختلفي در انتخاب PRF اهميت پيدا مي کنند.

· نرخ نايکوئيست
از یک دیدگاه PRF در واقع نرخ نمونه برداري از سيگنال در راستاي سمت است، بنابراین بايد این فرکانس به صورتی انتخاب شود که از پهناي طيف داپلر سيگنال دريافتي در راستای سمت بيشتر باشد تا از ايجاد ابهام (aliasing) در اين راستا جلوگيري شود. معمولاً مقدار oversampling factor در اين راستا حدود 1.1 تا 1.4 انتخاب مي گردد.

· پهناي نوار Range
طول پنجره نمونه برداري از سيگنال در راستاي برد نيز به PRF وابسته است و در آن Rmax برابر مي باشد ( پهناي پالس ارسالي است). مقدار PRF بايد به اندازه اي کم انتخاب شود که کل محدوده بين Near Range تا Far Range توسط رادار قابل پوشش باشد. اگر مقدار PRF بيش از حد زياد انتخاب شود ممکن است باعث ابهام در Range شود. اگر نتوانيم PRF را به میزان مورد نظر کاهش دهیم به منظور جلوگیری از ابهام در سمت لازم است پهناي بيم Elevation آنتن را کم کنيم.

[h=3]1-2-2- قدرت سيگنال در سمت و حافظه داپلر[/h]همانطور که سکو در مسير خود حرکت مي کند، صدها پالس به يک هدف نقطه اي روي زمين مي تاباند. در هر پالس قدرت سيگنال متفاوت است و به پترن آنتن وابسته مي باشد. در ‏شكل 3-6 نمونه اي از پترن آنتن در حالت صفر بودن زاويه squint (انحراف آنتن از خط عمود) رسم شده است. هنگامي که سکو از موقعيت A به موقعيت B نزديک مي شود توان سيگنال دریافتی افزايش مي يابد. پس از عبور از موقعيت B که سيگنال در مرکز بيم ارسال مي شود، به تدريج توان سيگنال متناسب با پترن آنتن کاهش مي يابد. با وجود ضعيف بودن سيگنال دريافتي از Side-Lobe، اين سيگنال مي تواند باعث ايجاد ابهام در سمت شود که در بخش هاي بعد بررسي مي گردد. در رديف پايين ‏شكل 3-6 تغييرات فرکانس داپلر سيگنال دريافتي نيز رسم شده است. مقدار داپلر متناسب با سرعت نسبي هدف نسبت به رادار مي باشد. در بخش اول که هدف به رادار نزديک مي شود، مقدار داپلر مثبت است و با نزديک شدن به موقعيت B، نرخ تغييرات فاصله کندتر شده و داپلر کاهش مي يابد. پس از عبور از B، با دور شدن هدف علامت داپلر منفي شده و به تدريج کمتر مي شود.

​

شكل 1-2 اثر حرکت سکو در تغيير دامنه و فرکانس سيگنال دريافتي در حالت صفر بودن زاويه squint

اگر بتوان شکل پترن آنتن در سمت را با يک sinc تقريب زد، رابطه اي به فرم زير خواهد داشت.

(1-3)

که در اين رابطه θ زاويه از محور آنتن و پهناي بيم سمت آنتن است. توان دريافتي آنتن متناظر با مجذور پترن خواهد بود.

(1-4)

در اين رابطه η زمان حوزه سمت را نشان مي دهد.[SUP][SUP][2][/SUP][/SUP] در ‏شكل 3-6 مرکز بيم در نقطه B از هدف عبور مي کند. در اين لحظه حداکثر قدرت سيگنال را شاهد هستيم. البته در اين شکل زاويه squint برابر صفر فرض شده که در عمل ميسر نيست و هميشه مقداري زاويه squint وجود دارد که اجتناب ناپذير است. در ماهواره عواملي مثل زاويه آنتن، جهت دهي بيم، انحناي زمين و چرخش زمين باعث تغيير زاويه squint مي شوند و در هواپيما وزش باد مي تواند اين زاويه را تغيير دهد.
در حالت کلي که زاويه squint مخالف صفر فرض شود، مرکز بيم در لحظه[SUP][SUP][3][/SUP][/SUP] از هدف عبور مي کند که نسبت به زمان متناظر با داپلر صفر سنجيده مي شود. وقتي زاويه squint مثبت باشد[SUP][SUP][4][/SUP][/SUP]، منفي است و وقتي زاويه squint منفي باشد[SUP][SUP][5][/SUP][/SUP]، مثبت خواهد بود.

(1-5)

در اين رابطه زاويه در لحظه عبور محور آنتن از هدف است و فاصله مستقيم هدف تا رادار در همان لحظه است.با اين ملاحظات فرم کاملتر ‏(3-4) به صورت زير خواهد بود که در آن R[SUB]a[/SUB] بر حسب زمان η نوشته شده است.

(1-6)

اين رابطه سيگنال حقيقي دريافتي از يک هدف نقطه اي با کوتاهترين فاصله R[SUB]0[/SUB] و فاصله لحظه اي را نشان مي دهد. در ادامه چند پارامتر مربوط به پردازش سيگنال سمت معرفي مي گردند.
· زمان مرور از روي هدف
زمان مرور از روي هدف يا زمان مشاهده سمت که T[SUB]a[/SUB] نام دارد از رابطه زير محاسبه مي شود.

(1-7)

· نرخ sweep فرکانس سمت
بر اساس فيزيک مسأله نرخ تغيير فرکانس FM سمت از رابطه زير محاسبه مي شود.

(1-8)

· مرکز داپلر
اين فرکانس مقدار داپلر در لحظه است و از رابطه زير محاسبه مي شود.

(1-9)

· حد تفکيک در سمت
براييک رادار معمولي حد تفکيک در زاويه با پهناي بيم آنتن زاويه مستقيم دارد و تقريباً برابر با Rθ[SUB]bw[/SUB] مي باشد. اما در SAR حد تفکيک سمت بايد بر اساس حد تفکيک يک سيگنال LFM محاسبه شود که تقريباً برابر مي باشد.

(1-10)

يعني حد تفکيک سمت برابر L[SUB]a[/SUB]/2 مي باشد.[SUP][SUP][6][/SUP][/SUP] ( طول آنتن در راستاي سمت است)

[h=2]1-3- سيگنال دو بعديSAR[/h]در ابتداي اين بخش ساختار دريافت ذخيره داده هايSAR شرح داده مي شود.

[h=3]1-3-1- چيدمان داده ها در حافظه SAR[/h]با ارسال هر پالس در SAR، اکوي پالس که مربوط به محدوده اي از برد است دريافت مي شود. اين ارسال و دريافت با نرخ PRF تکرار مي شود. نکته مهم ارتباط موقعيت رادار با زمان ارسال پالسهاي مختلف است. يعني در زمان ارسال هر پالس، موقعيت رادار در راستاي سمت نسبت به پالس قبل تغيير کرده و سکو به سمت جلو حرکت کرده است.
با توجه به پيوستگي اطلاعات سمت و برد در داده SAR، نمي توان پردازش مستقلي روي داده هاييک پالس يا يک برد خاص انجام داد. به عبارت ديگر پردازش SAR بايد يک پردازش دو بعدي باشد. در ‏شكل 3-7 سيگنال دريافتيSAR از يک هدف براي پالسهاي متوالي در کنار هم ترسيم شده است.

---

[1]در اثر سرعت رادار
[2]زمان متناظر با داپلر صفر براي هدف، η=0 فرض مي شود.
[3]Beam Center Crossing Time

[4]انحراف محور آنتن به سمت جلو
[5]انحراف محور آنتن به سمت عقب
[6]مقدار برابر 0.886×V[SUB]s[/SUB]/BW نيز مي باشد.

 

[MMB5146]

اصول طراحی رادار SAR

[اصول طراحی رادار SAR

 

[siperisck]

تقدیر و تشکر فراوان دارم ازت به خاطر این همه زحمت و سخاوت!

 

[elinik]

سلام و تشکر ویژه.
یک سوال.شما اطلاعی از منابع استفاده در این فایل رو دارید؟

 

[mmb1343]

محدوديت‌هاي نظريه ابزار اطلاع‌ساز تصويري و كاربرد آن در مديريت جنگ

محدوديت‌هاي نظريه ابزار اطلاع‌ساز تصويري و كاربرد آن در مديريت جنگ

خلاصه مقاله :
در اين مقاله ما با بعضي از شبكه‌هايي اطلاعاتي و ابزار اطلاعات‌رساني ، و محدوديت‌هاي نظريري اين ابزار و نحوه كاربرد اين اطلاعات در صنايع نظامي و سازمان‌هاي اطلاعاتي و ارتش‌هاي نظامي جهان و چگونگي مديريت آن مي‌پردازيم و در مورد چگونگي پردازش ، سرعت پردازش و سرعت خواندن و ثبت اطلاعات و ارسال آن و محدوديت‌هاي تئوري حاكم بر آن آشنا مي‌شويم .

 

[mmb1343]

مقدمه
عصر امروز را بعضي از افراد عصر فضا و بعضي‌ها عصر اطلاعات مي‌نامند هر چند با توجه به ابعاد كهكشان و جهان هستي file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.pngومسافرت انسان در اين فضا بي‌كران كه هنوز نتوانسته از مرز منظومه شمس بگذردfile:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png عصر فضا معني واقعه‌اي ندارد ولي گفتار و نام عصر اطلاعات چندان بي‌معني نيست وجود ميليون‌ها شبكه راديويي ، تلويزيوني ، ماهواره‌اي ، كامپيوتري ، تلفن ، موبايل ، تلفن تصويري ، كتابخانه‌ها ، روزنامه‌ها ، كتابخانه‌هاي الكترونيكي ، روزنامه الكترونيكي ، پست ، پست الكترونيكي ، تله‌تكس ، فاكس و ديگر لوازمات اطلاعاتي مي‌تواند مدركي بر عصر اطلاعات باشد !

 

[mmb1343]

1ـ اطلاعات چيست و اهميت آن
هرگونه دريافت پارامترهاي فيزيكي از موجود يا موجودات كه انسان را در شناسايي و شناخت جهان اطراف كمك كنند را مي‌توان اطلاعات ناميد .
در مورد انسان مي‌توان ابزار اطلاع‌ساز طبيعي اورا ، حس لامسه ، حس بويايي ، حس چشايي ، حس بينايي ، حس شنوايي نام برد به عبارتي حواس پنجگانه اطلاعات را به صورت سيگنال و امواج الكتريكي توسط نورونها به مغز ارسال و در مغز اين اطلاعات پردازش شده و بر هم نهي مي‌گردد و نهايت از موجوديت يك جسم و خواص آن اطلاع مي‌يابيم و روح با استفاده از اين اطلاعات دستورات لازم و استفاده بهينه از اطلاعات را در جهت تعالي و رسيدن به مقصود دوباره از طريق مديريت مغز و اندام و ماهيچه‌ها برمي‌گرداند و اندام كارهاي روزمرء يا كارهايي سازمان‌يافته براي اهداف عالي را به نحواحسن انجام مي‌دهند .
انسان بدون اطلاع ، و بدون دريافت اطلاعات خام از جهان نمي‌تواند بر جهان مسلط و در جهان مؤثر باشد وجود انسان بدون اطلاعات بي‌ارزش مي‌باشد فرض كنيد انسان بدون اين حواس بدنيا بي‌آئيد ، مغز كامل ، روح بدون نقص و اندام سالم او با توجه به وجود اندام سالم هرگز راه نمي‌رود او هرگز حرف نمي‌زند او هرگز نمي‌تواند اشياء را جابجا كند او هيچ چيز نمي‌باشد بنابراين مديريت انسان بر جهان بدون اطلاعات امكان پذير نمي‌باشد . چرا انسان تمامي رفتار را ياد مي‌گيرد و كمتر كارها را از روي غريزه انجام مي‌دهد حتي براي انجام غرايز نيز به اطلاعات نياز دارد اگر از وجود غذا اطلاع نداشته باشد چگونه ميل گرسنگي را به سيري تبديل مي‌كند اگر از وجود جفت آگاه نباشد چگونه ميل جنسي در او تحريك شود ويا ارضاء گردد حيوانات هم به اطلاعات و ابزار اطلاع‌ساز نيازمند هستند حتي مفاهيم مانند اخلاق ، خداگرايي ، كمال نيز تا حدودي بدون اطلاع و اندام اطلاع‌ساز امكان بروز و تعريف ندارد اگر انسان از طريق حواس به وجود موجودات پي نبرد وجود خالق و نياز به آن را درك نمي‌كند و اگر انسان رفتار و اعمال گوناگون خود و اثر آن در جهان اطلاع نداشته باشد مفهوم بدي و خوبي برايش مصداق پيدا نمي‌كند آگاهي انسانها و اهميت اطلاعات به آنجا رسيده كه مي‌توان مصداق‌ها و اطلاعات غلط حتي مفاهيم بد را براي شخص بصورت مشتبهه خوب جلوه دهد و او را به طرف انحراف كشاند .
معكوس موضوع نيز ممكن است يعني همانطور كه انسان بدون اطلاع و ابزار اطلاع‌ساز با جامدات تفاوت ندارد جامدات با اطلاع و حس‌گر شبيه انسان عمل مي‌كنند به عبارتي به هوش مصنوعي دست مي‌يابند و رباط‌هاي نيمه هوشمند و هوشمند خواهيم داشت البته اگر هوش را توانايي حل مسئله تعريف كنيم نه هوشياري و معرفت .
ابزار و ادوات جنگي از شمشير ، ليزر ، بمب ، هواپيما ، . . . را مي‌توان در نظر گرفت اين وسايل هر كدام براي نابودي انسان بكار مي‌روند ولي كليه سلاح‌ها را در چهار دسته مي‌توان تقسيم نمود .
1ـ ابزار ي كه كاملاً در قدرت تخريب و نابودگري خود به مهارت انساني وابسته‌اند ( شمشير و تفنگ )
2ـ ابزاري كه خودكار بوده و مهارت انساني در آنها نقشي ندارد و يا كم نقش‌اند ولي قابل برنامه‌ريزي‌اند و در حين جنگ نمي‌توانند كارايي خود را تغيير دهند ( منظور بعد از بكارگيري )
3ـ ابزاري كه خودكار بوده و هوشمند‌اند و به وسيله وشرايط و پارامترهاي مختلف در جنگ كارايي خود را تغيير مي‌دهند .
4ـ ابزار كنترل از راه دور توسط انسان كه هوشمندي آنها به اندازه انسان است ولي از تلفات بكارگيرنده آنها صفر است .

 

[mmb1343]

نقش اطلاعات و دستگاههاي اطلاع‌ساز در مورد آخر زياد مي‌باشد هرچند نقش اطلاعات قبل از بكارگيري در مورد اول غير قابل انكار است ولي وسايل اطلاع‌ساز در حين بكار‌گيري وجود ندارد .
دستگاههاي اطلاع‌ساز و انواع آن
براي اطلاع از وجود اشياء و موجودات مي‌توان از دو نوع دستگاه اطلاع‌ساز استفاده نمود
الف : دستگاههاي فعال
ب : دستگاههاي غير فعال
در هر مورد امواج ارسالي از در دستگاه تجزيه و تحليل مي‌گردد و موجب شناسايي جسم مي‌گردد.
اما در مورد الف امواج ارسالي از جسم به دستگاه فعال حاصل از انعكاس يا عبور ، يا پراكندگي امواج ارسالي از دستگاه اطلاع‌سازي باشد ولي در مورد ( ب ) امواج ارسالي توسط شئ توليدي مي‌شود و دستگاه اطلاع‌ساز نسب به آن عكس‌العمل نشان مي‌دهد .
امواج ارسالي و يا دريافتي را به سه نوع كلي مي‌توان طبقه‌بندي نمود .
1ـ امواج مادي 2ـ امواج مكانيكي ( صوت ) 3ـ امواج الكترومغناتيسي
امواج مادي يا دوبري دارايي طول موج file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png ، فركانس ‌file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png مي‌باشد سرعت انتشار امواج مادي كمتر از نور است البته سرعت گرو كه مي‌تواند انرژي و اطلاعات را با آن گسيل نمود كه سرعت گروه موج مادي برابر با سرعت ذره مادي موج وابسته است كه در حال حركت است مثلاً موج مادي يك نوترون و با سرعت ذره نوترون برابر است استفاده از امواج مادي براي عكس‌برداري از كريستال‌ها و يا سلول‌ها و . . . در ميكروسكپ الكتروني و . . . بكار مي‌رود ولي استفاده در ماهوارها و عناصر نظامي گزارش داده نشده است ولي شايد در آيند استفاده از ذرات مادي مثل نوترون و . . . كه نفوذپذيري زيادي دارد امكان‌پذير شود .
امواج مكانيكي : در شناسايي معادن و نقشه‌برداري از لايه‌هاي گوناگون سطح زمين و اقيانوسها توسط ماهواره‌هاي نظلمي و استفاده از رديابي زيردريايي‌ها و هدايت آنها و اژدرها به صورت امواج صوتي گزارش شده است ضريب تفكيك اين وسايل حدود چند متر در دها هزار كيلومتر براي ماهواره‌هاي نظامي مي‌باشد طول موج اين امواج به خواص محيط انتشار و فركانس آن به خواص چشمه بستگي دارد امواج در هوا سرعت file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.png و دبعضي از اشياء تا هزاران متر بر ثانيه مي‌باشد و فركانس اين امواج تا file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png گزارش شده است ولي معمولاً در دستگاههاي سونار فركانس اين امواجfile:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.png مي‌باشد امواج صوتي با فركانس بالا معمولاً در محيط‌هاي چون آب ضريب جذب بالا دارد و امكان استفاده ندارد . و همچنين توليد آنها مشكل وجود دارد چون مولكولها به‌خاطر ماند اينرسي خود نمي‌توانند بسيار سريع مرتعش شده و چشمه اين امواج شوند .
امواج الكترومغناطيسي



امواج الكترو مغناطيس
فركانس اين امواج به خواص چشمه، سرعت آن در خلاء سرعت نور و در محيط مادي ديگر به خواص مغناطيسي و الكتريكي file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.png داشته است و طول موج آن نيز با رابطه file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.png بدست مي‌آيند و امواج الكترومغناطيسي با نام‌هاي راديويي، تلويزيوني، ماهواره، مادون قرمز، نور مرئي، اشعه ايكس، اشعه كيهان و … برحسب فركانس نامگذاري مي‌شوند.

 

[mmb1343]

امواج الكترو مغناطيس
فركانس اين امواج به خواص چشمه، سرعت آن در خلاء سرعت نور و در محيط مادي ديگر به خواص مغناطيسي و الكتريكي داشته است و طول موج آن نيز با رابطه بدست مي‌آيند و امواج الكترومغناطيسي با نام‌هاي راديويي، تلويزيوني، ماهواره، مادون قرمز، نور مرئي، اشعه ايكس، اشعه كيهان و … برحسب فركانس نامگذاري مي‌شوند.
file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.png

file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png
نكته كه در كليه دستگاه‌هاي اطلاع‌ساز مشترك است استفاده از امواج مي‌باشد.در صورتي كه طول موج بكار رفته در برابر ابعاد دستگاه اطلاع‌ساز و آشكارساز آن بسيار كوچك باشد و جسم مشاهده نسبت به طول موج داراي ابعاد بزرگ باشد مي‌توان ضريب تفكيك دو جسم از يكديگر را از قانون هندسي بدست آورد.
اما اگر ابعاد جسم مورد مشاهده در برابر طول موج هم رتبه باشد و يا ابعاد آشكارساز در حدود طول موج باشد از قوانين پراش ضريب تفكيك قابل محاسبه مي‌باشد اين دو قانون و بكارگيري آن محدوديت‌هاي براي دستگاه‌هاي اطلاع‌ساز بوجود مي‌آورد كه غيرقابل فرار بوده وباهيچگونه اصلاحي نمي‌تواند آن را حل كند. لازم به ذكر است تمامي موجودات عالم از ريز تا درشت طبق نظريه جديد موج بوده و اين موج‌ها و احتمال وجود اجسام را به صورت بسته موج ايجاد مي‌كند و اشياء خواص مشابه با ذره را از خود نشان مي‌دهند حتي در موردي كه از قوانين هندسي و ذره‌اي بودن استفاده مي‌شود باز قوانين امواج صادق بوده و با تقريب خوب مي‌تواند با توجه به اينكه كليه دستگاه‌هاي تصويرساز امواج حاصل از نقاط كه بايد تصوير آن را بوجود اورند توسط دستگاه آشكارساز كه دارايي سطحي مي‌باشد و كليه امواج دريافتي در اين سطح را جمع كرده و در پرده مشاهده آن را آشكار مي‌كنند و مشابه سيستم عدسي و شئ و پرده در نهايت عمل مي‌كنند هر چند سيستم ما صوتي باش يا رادار و … فرقي نمي‌كند فقط دستگاه‌هاي ازلحاظ شكلي كه بكار مي‌رود در اين سيستم‌ها متفاوت مي‌باشد ولي كار رياضي آنها مشابه است ما در مورد سيستم تصويرساز نوري بحث را انجام داده و محدوديت‌هاي نظري آن را بررسي مي‌كنيم و چگونگي بسط نظريه را به ديگر سيستم‌ها اشاره مي‌كنيم.
file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.png

فرض كنيد جسم كه بايد تصوير آن ايجاد گردد يك روزنه دايره‌اي باشد و پرده‌اي كه تصوير روزنه روي آن ايجاد گرديده، در فاصله بسيار دور از روزنه مي‌باشد با عدسي كانوني كننده file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.png مي‌توان بدون آنكه در نقش پراش تغييري ايجاد كرد پرده، را تا نزديكي روزنه پيش آورد.
حال اگر file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.png در ميانه قرار گيرد و روزنه پراشان را در، دقيقاً بپوشاند شكل اين نقش پراش اساساً بدون تغيير باقي مي‌ماند موج نوري كه به ما مي‌رسد چنان جمع مي‌شود كه فقط يك قسمت دايره‌اي از طريق file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.png انتشار مي‌يابد تا تصوري در سطح كانوني آن تشكيل دهد. اما كاملاً آشكار است كه اين همان فرا آينده است كه در چشم يا در يك تلسكوپ يا در يك ميكروسكوپ يا عدسي دوربين اتفاق مي‌افتد حتي چنين فرايندي در رادار و … نيز وجود دارد و بجاي عدسي (آنتن بشقابي رادار عمل عدسي را انجام مي‌دهد و مدارهاي الكترونيكي و صفحه نمايش نيز حكم پرده را دارا مي‌باشد) تصوير هر چشمه نقطه‌اي دور كه يك عدسي همگراي كاملاً بدون خطا آن را تشكيل مي‌دهد، هرگز يك نقطه نيست بلكه نوعي نقش پراش است. ما اساساً تنها كسري از جبهه موج فرودي را جمع مي‌كنيم و بنابر اين نمي‌توانيم اميدوار باشيم كه يك تصوير كامل تشكيل شود.
عبارت مربوط به آشفتگي نوري در P كه از يك روزنه دلخواه در حالت ميدان دور ناشي شده باشد چنين است.
file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.png
در مورد روزنه‌اي دايره‌اي. چنان كه در شكل (1) نشان داده شده است، تقارن موجود به كارگيري مختصات قطبي را در هر دو صفحه روزنه و مشاهده پيشنهاد مي‌كند. بنابر اين فرض مي‌كنيم :
file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.png
و به اين ترتيب عنصر ديفرانسيلي سطح چنين است
file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.png
با قراردادن اين عبارت‌ها در معادله (1)
file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.png
به علت تقارن محوري كامل، جواب معادله بايد از file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.png مستقل باشد ما بايد معادله (4) را به ازاي file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.png مانند هر مقدار ديگر file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.png حل كنيم و در نتيجه عبارت‌ها را اندكي ساده‌تر مي‌كنيم آن قسمت از انتگرال كه با متغير file:///C:/DOCUME~1/ali/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.png همراه است.

 

[mmb1343]

مشاهده پیوست امواج الكترو مغناطيس.pdfمشاهده پیوست امواج الكترو مغناطيس.pdf

 

[9130470]

سلام و تشکر ویژه.
یک سوال.شما اطلاعی از منابع استفاده در این فایل رو دارید؟

[اصول طراحی رادار SAR

با تشکر از شما
ببخشید فایل کاملش را ندارید بگذارید؟
با تشکر