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