ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАДАРОВ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Радар с синтезированной апертурой (SAR) - это специальный радар, используемый для выдачи изображений, который устанавливается на воздушном судне, беспилотном летательном аппарате или космическом спутнике.

Принцип работы (рис. 1) основывается на передаче последовательных электромагнитных импульсов и приеме эхо-сигналов. Электронная аппаратура системы оцифровывает и запоминает информацию для ее последующей обработки. Одной из особенностей SAR является то, что передача и прием сигналов осуществляется в разные моменты времени и отображаются в разных небольших позициях. Однако хорошо выстроенное сочетание принимаемых сигналов создает условную апертуру, которая в несколько раз превышает физические размеры антенны. Это свойство называется "синтезированная апертура" и дает возможность радару получать снимок. Направление дальности располагается под углом 90 градусов к траектории полета, а направление азимута аналогично расположению объекта в поле зрения антенны. Наземный и азимутальный размеры не зависят друг от друга. Кроме того, разрешение по азимуту и по фазе не зависят от расстояния, так функционально зависят от разных показателей (первое - функция длины синтезированной апертуры, второе зависит от того насколько сильно изменяется частота излученного импульса); оба разрешения достигают 25 сантиметров [1].

Рисунок 1. Принцип работы SAR радиолокатора

Обработка трехмерного изображения в SAR выполняется в две стадии. На первой стадии происходит фокусировка направлений азимута и дальности для создания двумерного изображения с высоким разрешением, используя азимутальный диапазон. Затем во время следующей стадии применяется цифровая модель рельефа (DEM), которая позволяет определить разность фаз между сложными изображениями и восстановить информацию о высоте с разных углов обзора. При этом третьим измерением служит высота, которая выдается совместно с координатами дальности по азимуту, полученными благодаря двумерной фокусировки SAR. На первом этапе используются стандартные алгоритмы обработки, а на втором этапе требуется дополнительная предварительная обработка, например, совместная фиксация изображений и фазовая калибровка, которая заключается в том, что происходит измените частоты импульса по всей длине в течение времени освещения объекта (некоторые локаторы могут изменять частоту посланного импульса до 600 МГц). Применение 4D- и мульти-D SAR-изображений позволяет визуализировать многообразные фрагменты, такие как городские районы, и повышает эффективность по сравнению с классическими технологиями интерферометрии, например, интерферометрией постоянного рассеяния (PS).

Существуют различные режимы сканирования радаров с синтезированной апертурой (рис. 2). В режиме полосовой карты (strip) антенна остается в фиксированном положении и ориентирована перпендикулярно траектории полета или слегка наклонена вперед или назад. При этом сигнал передается со скоростью, соответствующей частоте следования импульсов, захватывая всю область сканирования. В итоге получается изображение большой длины со средним разрешением Режим прожектора (spot) обеспечивает более высокое разрешение, но площадь изображения уменьшается. В этом режиме освещенный луч радара непрерывно направляется по мере движения летательного аппарата, что позволяет осветить одну и ту же область в течение более длительного времени. Режим сканирования  (Scan) позволяет охватить гораздо большую площадь, но разрешение по азимуту ухудшается [2].

Рисунок 2. Режимы сканирования

К преимуществам использования  радиолокаторов с синтезированной апертурой можно отнести отнести:

-увеличение безопасности полетов: SAR радиолокаторы обеспечивают непрерывное и точное отслеживание полетов в реальном времени, что помогает предотвращать столкновения и обеспечивать безопасное движение воздушных судов.

-повышение эффективности поиска и спасения: благодаря способности SAR радиолокаторов обнаруживать объекты в любых условиях, операции по поиску и спасению могут быть проведены быстро и эффективно.

-использование SAR радиолокаторов способствует улучшению взаимодействия между воздушными судами и наземными структурами.

-совместная работа с бортовым оборудованием: индикация более точного отображение рельефа пролетаемой местности, соответсвенно более точной навигации, облегчения пилотирования в тяжелых метеоусловиях, передачи более достоверных данных для систем GPWS, EGPWS, TAWS

-применение SAR радиолокаторов для целей разведки: применение БПЛА или ВС, оснащенных такой аппаратурой, позволяет получать точных изображений целевых объектов.

Оперируя с помощью указанных режимов и принципа работы, радар с синтезированной апертурой позволяет получать изображения с высоким разрешением и дополнительной информацией о дальности и высоте объектов. Этот метод является эффективным для изучения и визуализации сложных сцен, а также повышает производительность по сравнению с другими методами радиолокационного образования.