Geometry and signal model of microsatelite sar systems



Дата21.01.2018
Размер64.71 Kb.
#49918

ГОДИШНИК НА ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – ВАРНА, 2008 г.


ГЕОМЕТРИЯ И СИГНАЛЕН МОДЕЛ НА МИКРОСАТЕЛИТНИ SAR СИСТЕМИ
GEOMETRY AND SIGNAL MODEL OF MICROSATELITE SAR SYSTEMS
Боряна Грозева
Резюме: В настоящия доклад се представя обща формулировка на задачата за наблюдение на земната повърхност чрез използване на интерферометрична радиолокационна система със синтезирана апертура (SAR). Предложен е аналитико геометричен и кинематичен модел за изследване на процесите на формиранена радиолокационните сигнали чрез SAR система, установена на космически апарат. Дефинирано е векторното кинематично уравнение на движение, определящо текущия радиус-вектор до точка (пиксел) от наблюдаваната повърхност. Предложен е математически модел на SAR сигнал, отразен от отразяващите елементи на повърхността. Дефинирана е комплексната интерферограма, получена от две SAR изображения.
Ключови думи: Интерферометрия, радиохолограма.
I. ВЪВЕДЕНИЕ

Радиолокационните системи, установени на космически апарати се използват за наблюдение процеси на земната повърхност, като релеф, свлачищна и сеизмична активност, пропадания в земната повърхност, състоянието на световния океан, топографски и геоморфологични изменения, състоянието на растителността, замърсяванията на водните басейни.

Космическата индустрия на съвременния етап поставя акцент върху замяната на големи сателитни платформи с един или няколко по-малки високоефективни космически апарата с тегло от 10 до 100 кг., които са в състояние да приемат електромагнитните отражения от земната повърхност в широк пространствен ъгъл. В този случай предавателят на радиолокационната система може да се постави на един сателит, а приемниците да бъдат разпределени на други сателити. Тази конфигурация се отнася към интереферометричните радиолокационни системи със синтезирана апертура (InSAR системи), които позволяват да се получат три-дименсионни образи на релефа на земната повърхност с висока пространствена разделителност.


Фиг.1.
SAR системи са радиолокационни системи, установени на борда на космически апарат, които излъчват електромагнитни вълни към земната повърхност и регистрират амплитудата и времето на задръжка или фазата на отразените сигнали, за да се формира радиохологама на наблюдаваната повърхност (запис на амплитудите и фазите на интерфериращите отразени вълни от всяка точка на наблюдаваната повърхност). Конвенционалните InSAR системи формират две комплексни SAR изображения чрез две антени, разположени на малко разстояние една от друга по напречната базова линия. Такава система се нарича интерферометрична SAR система (Фиг. 1). Чрез използване на фазовата разлика между SAR сигналите уловени от антените установени на интерферометър, може прецизно да се определи ъгълът на възвишение на всеки пиксел от SAR образите, който съответства на една и съща област от земната повърхност.

Напречната InSAR се използва за точно измерване на движения на наблюдаваната повърхност. За целта се използва фазата на сигналите най-малко на два комплексно измерени SAR образа от близки орбитални позиции (Фиг. 1), което позволява да се изчислят разликите в дължините на пътищата по линията на наблюдение от антената на радиолокационната станция до наблюдаваната точка от повърхността. Интерферограмата се формира чрез попикселно умножение на комплексните сигнали на обратното разсейване на два SAR образа


(1)

където и са изображенията, получени от първата и втората радиолокационна система; R – координата по разстояние; x – координата по азимут (напречно разстояние или координатата по линията на траекторията); знакът „*” показва комплексна спрегнатост, е интерферометричната фаза. Приемайки, че фазата на наблюдавания елемент от повърхността е една и съща в двата наблюдавани SAR образа, тогава диференциалното закъснение по пътя на разпространението, или интерферометричната фаза на сигнала на обратното разсейване измерен от двете антенни позиции S1 и S2 е свързан с изпълнението по линията на наблюдение (или наклоненото разстояние) ΔR е

(2) ,

където е разстоянието от първата SAR до пиксела; - разстоянието от първата SAR до пиксела.

Интерферограмата и изображение на интерферометричната фаза и представлява картина на прецизни измервания на промяната на наклона на линията на наблюдение до всеки пиксел от земната повърхност.

II. АНАЛИЗ

Допуска се, че две SAR системи, разположени върху два микро-сателита и , наблюдават земната повърхност, върху която е възникнала сеизмична вълна. Разстоянието от сателитите и до наблюдаваната ij –та точка от повърхността е съответно и . Ъгълът на наблюдение на до ij –та точка, измерен от вертикалата към земната повърхност е . Дължината на базовата линия B e разстоянието между двата сателита. Проекцията на базовата линия върху линията на наблюдение е . Интерферометричната SAR (InSAR) геометрия на наблюдавания сценарий е показана на Фиг.2.




Фиг.2. InSAR Геометрия


Вектор-разстояние от ij-та блестяща точка до n-та SAR се определя от векторното уравнение [1]
(4) ,

където n =1, 2.


Кинематични координати на вектор-разстоянието се определят от изразите

;

(5) ;

.

Координатите на ij-та точка от повърхността на наблюдение се изчисляват с уравненията



(6)



,
където i и j са дискретните координати на ij-та точка; и са размерите на пиксела.
Ъглова скорост на сеизмичната вълна се определя от уравнението

(7) ,

където LS- дължина на сеизмичната вълна; vs- фазова скорост на сеизмичната. вълна
Уравнение на траектория на сателитите (носители на SAR) имат вида

;

(8) ;



,
където N е броят на сондиращите импулси; Тp- период на повторение на сондиращите импулси; p-номер на сондиращия импулс; , и са координати на вектора скорост на сателитите; ,и са начални координати на сателитите.
Основна геометрична характеристика на SAR системата е модулът на вектор-разстоянието до SAR, който се изчислява с израза

(9)


2. Детерминираната компонента на SAR сигнал, отразен от ij-та блестяща точка и приета от n-та SAR с линейна честотна модулация има вида

(10) ,

където

(11)



е коефициентът на отражение от ij-та точка от повърхността; b – индексът на линейната честотна модулация

- време на задръжка на отразения сигнал от ij-та точка; m/s – скоростта на светлината; - текущо време на регистрация на отразения сигнал от всички блестящи точки от повърхността; - индекс на дискрета по разстояние (време на закъснение); - максималният брой на дискретите; - продължителност на времевия дискрет.
3. Интерферограма на InSAR системата, състояща се от две SAR
(12)

Ä е произведение на Адамар; * - комплексна спрегнатост


На Фиг. 3,a е представена интерферограма на вулкана Везувий. На Фиг. 3,б е показана интерферограма на земетресение с магнитут 7,1 по скалата на Рихтер. Един интерферометричен кръг отговаря на 28 мм разместване на земната повърхност. Чрез разработените модели на InSAR геометрията и InSAR Сигнала се очаква да се получат интерферограми подобни на тези получени от Изследователи от Китай през 2006 год.


a) б)

Фиг.3. Интерферограма на вулкана Везувий (a) и интерферограма на земетресение с магнитут 7,1 по скалата на Рихтер (б): един интерферометричен кръг отговаря на 28 мм разместване на земната повърхност.


III. ИЗВОДИ

Представен е кинематично-геометричен модел на InSAR сценарий за ранно оповестяване на сеизмична активност на земната повърхност. Предложен е модел на InSAR сигнал (радиохолограма), отразен от сеизмично активна земна повърхност при интероферометрична система, състояща се от n на брой SAR. Дефинирана е интерферограмата на InSAR система, състояща се от две напречно разположени по отношение на траекторията на сателитите SAR системи.


ЛИТЕРАТУРА

[1] A.D. Lazarov.Three-Dimensional ISAR signal model and spectral image reconstruction procedure, IV th International Armament Conference, Waplewo, Poland. 2002

[2] Lazarov Anton, Chavdar Minchev, 2002, Correlation-autofocusing-spectral 2-D ISAR Image Reconstruction from Linear Frequency Modulated Signals, 21st DASC, Irvine, California, 15-18, on CD.

[3] Wright, T.J., E.J. Fielding, B.E. Parsons, and P.C. England. Triggered slip: observations of the 17 August 1999 Izmit (Turkey) earthquake using radar interferometry, Geophys. Res. Lett., 28 , 1079-1082, 2001.


Научен ръководител: Проф. д.т.н. Антон Д. Лазаров




Каталог: tu-varnascience -> images -> stories -> st sesiq 2008
st sesiq 2008 -> Identification of intramedullary nail holes using cone beam reconstruction and simulation techniques
st sesiq 2008 -> Проучване и анализ на методи за повърхностни и дълбочинни корекции на кожни увреждания research and analysis of methods for surface and skin-deep correction of skin harms
st sesiq 2008 -> Methodology and research of surface hardened layers of steel H12Mf (D2 aisi) Иван Христов Иванов, Стелиан Желев Георгиев
st sesiq 2008 -> Influence of the propeller blades number and the propeller area ratio onto the optimal propellers characteristics
st sesiq 2008 -> Тори каньон – последствия и поуки torrey canyon – outcome and lessons руслан Филипов Резюме
st sesiq 2008 -> Екологичната санитария като подход за превръщане на отпадните материали от водите в ресурси
st sesiq 2008 -> Високоволтов високочестотен електронен трансформатор Даниел Георгиев, Крум Бешински
st sesiq 2008 -> Method of cold burning of fluorescent lamps with low and middle power
st sesiq 2008 -> Aнализ и оценка на микрообкръжавашата среда на функциониране на „манаус комерс” оод analysis and valuation of the micro-ambient surroundings of functioning of “Manaus Komers” Ltd
st sesiq 2008 -> Добромира Николова Хаджиева Резюме: Конволюционното кодиране намира широко приложение в съвременната комуникационна техника. Настоящият доклад


Сподели с приятели:




©obuch.info 2022
отнасят до администрацията

    Начална страница