Radar image segmentation by spacio
Transkrypt
Radar image segmentation by spacio
PODSTAWY TELEDETEKCJI Jerzy PIETRASIŃSKI Instytut Radioelektroniki WEL WAT bud. 61, pok. 14, tel. 683 96 39 Cz. I TELEDETEKCJA WIADOMOŚCI WSTĘPNE Definicja, podstawowe pojęcia i klasyfikacje RADAR – istota, zadania, klasyfikacje. TELEDETEKCJA Remote Sensing (ang.) Teledetection (fr.) Tele – daleko (grec.) Detektio – wykrywanie (łac.) TELEDETEKCJA jest działem nauk technicznych zajmującym się pozyskiwaniem informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów otrzymywanych z sensorów nie będących w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami. XVI Kongres Międzynarodowego Towarzystwa Fotogrametrii i Teledetekcji; Kioto, 1988 SYSTEMY TELEDETEKCYJNE Promieniowanie akustyczne oraz elektromagnetyczne : począwszy od fal metrowych, poprzez mikrofale, podczerwień, zakres promieniowania widzialnego, aż do ultrafioletu. Fale długie Fale bardzo długie Diagnostyka, Defektoskopia 0,1Å 3·107THz terapia rentgenowska 1Å 3·106THz rentgenowska i gamma 10Å 3·105THz 100Å 3·104THz 0,1µm 3·103THz 1µm 300THz 10µm 30THz 0,1mm 3THz 1mm 300GHz 1cm 30GHz 10cm 3GHz 1m 300MHz 10m 30MHz 100m 3MHz 1km 300kHz 10km 30kHz 100km 3kHz Medycyna 10mÅ 3·108THz Technika jądrowa Noktowizja Grzejnictwo Radioastronomia podczerwone 3·109THz Telewizja mikrofalowa Fale średnie 1mÅ indukcyjne Fale krótkie 3·1010THz Spektroskopia Fale ultrakrótkie 0,1mÅ Radiofonia Fale decymetrowe Niektóre dziedziny zastosowań Radiolokacja Fale centymetrowe Fale radiowe Fale milimetrowe Promieniowanie Fale submilimetrowe Mikrofale Światło widzialne Częstotliwość Grzejnictwo Długość fali nadfioletowe Promieniowanie rentgenowskie Promieniowanie gamma Promieniowanie Nazwa rodzaju promieniowania lub pasma Metody Akustyczne teledetekcji Radarowe Optyczne (pasywne/aktywne) (pasywne/aktywne) Radiowe Termowizyjne (pasywne) (pasywne) Opracowane w Instytucie Optoelektroniki WAT przyrządy do zdalnego pomiaru wycieków metanu z sieci przesyłowych Zdalny pomiar wycieków metanu ze śmigłowca. IOE WAT TECHNIKA MIKROFAL PRACE STUDIALNO - DOŚWIADCZALNE NAD OPRACOWANIEM METOD I URZĄDZEŃ DLA POMIARU PRZESTRZENNEGO ROZKŁADU TEMPERATURY W TKANKACH ŻYWYCH ª - opracowanie modelu termografu mikrofalowego na częstotliwość 2,9 GHz ze stabilizacją termiczną regulowanego elektronicznie generatora szumów, ª - opracowanie modelu termografu mikrofalowego na częstotliwość 4,4 GHz, ª - modelowanie i pomiary transmisji promieniowania mikrofalowego w tkankach. SYSTEMY TELEDETEKCYJNE Przykłady czujników : • SONAR - Sound Navigation and Ranging • SODAR - Sound Detection and Ranging • LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation • LADAR – Laser Detection and Ranging • LIDAR – Light Detection and Ranging • RADIO AIDS FOR DEFENCE AND RECONNAISSANCE • RADIO DETECTION AND RANGING NIETOPERZE Są jedną z najbardziej interesujących przy tym mało znanych grup ssaków. Niezwykłą cechą tych ssaków jest zdolność do echolokacji. Zdecydowana większość gatunków nietoperzy w czasie lotu emituje ultradźwięki, które jako echo wracają do ich uszu informując o otoczeniu. Ten niezwykły "radar" został poznany przez naukowców dopiero 50 lat temu. ECHOLOKACJA Echolokacja, sposób ustalania przez niektóre organizmy żywe swego położenia względem otaczających je przedmiotów, polegający na wysyłaniu (do 150 kHz a czasem więcej, są to tzw. piski ultradźwiękowe) i odbieraniu sygnałów akustycznych odbitych od otoczenia. Nietoperze w czasie lotu emitują średnio 20-30 impulsów na sekundę, natomiast gdy zbliżają się do przeszkody ich liczba wzrasta do ok. 200. Potrafią bezbłędnie odróżnić echo własnych dźwięków od innych, nawet o tej samej częstotliwości (pochodzących np. od innych nietoperzy). Odbioru własnych sygnałów nie zakłócają nawet hałasy otoczenia. RADAR Pierwszy polski radar NYSA-A (1953 rok) 600 MHz, szer. imp. 5 μs, częstotl. powt. imp. 100 Hz, moc szczyt. 200 kW, moc śr. 100 W, szer. wiązki az. 12 st. w el. 10 st., szybkość obrotów ant. od 0.5 do 5 obr/min RADAR WOJSKOWE WOJSKOWE CYWILNE CYWILNE RADARY STOSOWANE W MASZYNACH ROBOCZYCH ROZPOZNANIE POLA WALKI - wykrywanie zamaskowanych umocnień rozpoznanie terenu przy wykorzystaniu samolotów bezpilotowych itp. wykrywanie ludzi oraz obiektów w tym niskolecących wykrywanie instalacji podziemnych optymalizacja procesu wydobycia kopalin RADARY W KOMUNIKACJI LOTNICZEJ RADARY W METEOROLOGII RADARY W KOMUNIKACJI MORSKIEJ RADARY W KOMUNIKACJI LĄDOWEJ RADARY W BADANIACH GEOLOGICZNYCH WYKRYWANIE MIN PRZESZUKIWANIE PRZESTRZENI POWIETRZNEJ RADARY W ARCHEOLOGII RADARY W BADANIACH KOSMOSU RADARY W SPRZĘCIE RATUNKOWYM poszukiwanie jam powietrznych przy zawałach ziemi NIEKTÓRE NAZWY ANGLOJĘZYCZNE RADARÓW Meteorological Radar Ground Penetrating Radar (GPR) Through the Wall Penetrating Radar Automotive Radar FIR Radar (FIR - Flight Interception Region) Airport Surveillance Radar ATC Radar (ATC - Air Traffic Control) Primary Radar (PR) Secondary Surveillance Radar (SSR) Coastal Surveillance Radar Land-based Radar Air-borne Radar Maritime Radar Ship-borne Radar Navy Radar Space-based Radar Space-borne Radar Podstawowe zadania radarów: • wykrycie obecności obiektu • pomiar parametrów obiektu: odległość, prędkość, azymut i kąt elewacji • śledzenie trasy obiektu • klasyfikacja, rozpoznanie, identyfikacja obiektu. Zastosowania radarów • Zadania • Zasięg (od małego do pozahoryzontalnego - OTH) • Rodzaj pracy (aktywny lub pasywny, a w tym EoO) • Rodzaj sygnału sondującego • Sposób przetwarzania sygnałów – danych • Platformę na której radar jest zainstalowany – radar lądowy, radar pokładowy morski, radar morski, radar pokładowy ulokowany na statku powietrznym, a w tym i na sterowcu oraz bezpilotowym statku powietrznym – BSL (UAV), radar na pokładzie satelity • Mobilność (radary stacjonarne, transportowalne, mobilne, przenośne) • Konfiguracje (radar mono-, bi- oraz multistatyczny). Przykład klasyfikacji radarów RADARY NAWIGACYJNE PIERWOTNE IMPULSOWE LĄDOWE DALSZE PODZIAŁY ZE WZGLĘDU NA: • przeznaczenie, • istotę funkcjonowania (np. r. koherentny) • zasięg, • typ sygnału sondującego (HRR), WTÓRNE METEO Z FALĄ CIĄGŁĄ SAMOLOTOWE MORSKIE POKŁADOWE OBSERWACYJNE POKŁADOWE SYSTEMY WCZESNEGO OSTRZEGANIA • odległość między systemem nadawczym, a systemami odbiorczymi, • mobilność (w przypadku radarów lądowych). POKŁADOWE SYSTEMY TYPU SAR [GHz] f 0,1 0,3 VHF A λ 300 [cm] 0,5 1 UHF B 100 L C 60 2 S D 30 4 8 10 C E F G H I X 20 Ku K J 15 10 7,5 5 3,75 40 Ka Milimetr. K 1,5 100 L 0,75 Radary lądowe dalekiego zasięgu : • Wczesne ostrzeganie • Kontrola obszaru powietrznego (FIR) Radary lądowe i pokładowe średniego zasięgu : • Radary meteorologiczne • Radary obserwacji powierzchni morza • Radary obserwacji strefy lotniska Radary lądowe i pokładowe bliskiego zasięgu: • Radary systemów kontroli lądowania • Radary nawigacyjne • Radary obserwacji płyty lotniska • Radary geofizyczne M 0,5 0,3 TECHNIKI LINII PRZESYŁOWYCH CHARAKTERYSTYKI: 1. tłumienie 2. właściwości dyspersyjne Linie przesyłowe: 1. 2. 3. 4. kabel koncentryczny (do ok. 1 GHz) linia mikropaskowa (do ok. 20 GHz) falowód (do ok. 300 GHz) światłowód Generator sygnału w postaci fali ciągłej f0 f0 fpcz Generator lokalny ~ Mieszacz x Odbicie wtórne rozpraszanie Filtr pasmowy Wzmacniacz dopplerowski w.p.cz f0 ± fD Procesor i układy zobrazowania fD fpcz ± fD Filtr pasmowy Mieszacz Rys. Schemat blokowy radaru dopplerowskiego (radar pracujący na fali ciągłej - CW Doppler Radar) obiekt System nadawczy wraz z systemem odbiorczym Rys. Istota aktywnego radaru monostatycznego obiekt kąt bistatyczny sygnał bezpośredni System System nadawczy odbiorczy Istota aktywnego radaru bistatycznego wtórne dookólne promieniowanie obiektu „oświetlonego” przez obcy system nadawczy obiekt System nadawczy (cudzy) System odbiorczy (własny) Rys. Istota pasywnego radaru bistatycznego COVERT Tx PASSIVE Rx PASSIVE Rx