Synthetische apertuur
radar
156
■997-4
GEODESIA
Typische metingen zijn de signaalsterkte (amplitude), de
signaallooptijd (gelijk aan de dubbele afstand tussen an
tenne en doel) en de fase van het signaal relatief ten opzich
te van de fase van een stabiel referentiesignaal. Wanneer de
radar zich aan boord van een vliegtuig of satelliet bevindt,
kan hij worden gebruikt om een beeld van het aardopper
vlak te vormen. De snelheid waarmee de puls het aardop
pervlak aftast, is in de kijkrichting (de zogenaamde range
richtinggelijk aan de lichtsnelheid, zo n 300 000 km/s.
Het aftasten in bewegingsrichting (de zogenaamde azimut-
richting) is gelijk aan de snelheid van het vliegtuig (onge
veer 30 m/s) of de satelliet (ongeveer 8000 m/s). De geo
metrie van een beeldvormende radar wordt in fig. 1 ge
toond. De radarantenne belicht in dit geval een strook links
van de loodrechte projectie van de baan op het aardopper
vlak. De kijkrichting staat hierbij meestal loodrecht op de
bewegingsrichting. Deze zogenaamde ,,side-looking"-con-
figuratie wordt om twee redenen gekozen:
om een hogere resolutie in ground-range te bereiken;
om de meerduidigheid op te lossen tussen reflecties van
links en rechts, die zou kunnen ontstaan wanneer de
sensor loodrecht naar beneden zou kijken.
Fig. 1.
Geometrie van
een beeldvormende
radar.
Door de beweging van het vliegtuig of de satelliet schuift
het door het radar belichte gebied, de zogenaamde foot
printlangs het aardoppervlak, waardoor dit systematisch
wordt afgetast. De grootte van de footprint hangt af van
meerdere factoren, met name van de effectieve pulslengte,
de draaggolflengte, de range r en de antenne-afmetingen
(breedte D en lengte L; fig. 1). Hoe groter de antenne, hoe
groter de footprint. Typische afmetingen voor satelliet
systemen zijn D 1 m en L 10 m en voor vliegtuigsyste
men D 0,1 m en L 1 m. Door de afhankelijkheid van de
andere parameters kan voor de afmeting van de footprint
alleen een richtwaarde worden aangegeven: de orde van
grootte Wg x Wa bedraagt 100 km x 5 km voor satelliet
systemen en 10 km x 1 km voor vliegtuigsystemen.
Voor veel toepassingen is de resolutie van de radar belang
rijk. Deze is verschillend in azimut- en range-richting. De
range-resolutie Rr is de kleinste afstand tussen twee punten
in de kijkrichting waarbij deze nog
kunnen worden onderscheiden. Ze
wordt daarom bepaald door de effec
tieve pulslengte aangezien deze het
kleinste onderscheidbare tijdsverschil
bepaalt. Grotere pulslengten leiden tot
een lagere range-resolutie. Huidige ra
darsensoren hebben een range-resolu
tie van ongeveer 10 m voor satelliet
systemen en 2 m voor vliegtuigsyste
men. De resolutie in azimut R., is ge
lijk aan de grootte van de footprint
van de antenne in azimut-richting.
Deze is niet beter dan 1 km. In plaats
van de rangerichting wordt veelal de
zogenaamde ground range-richting ge
bruikt. Dit is de projectie van de
rangerichting op het aardoppervlak,
afhankelijk van de kijkhoek Yo (fig. 1).
De corresponderende resolutie wordt
ground range-resolutie Rg genoemd.
Samen met de azimut-resolutie be
paalt deze de 2D-resolutie van de
radar op het aardoppervlak, de pixel
grootte Rg x R.r
Terwijl de resolutie in ground-range
voldoende is (meters), is de resolutie
in de azimut-richting (kilometers) to
taal ongeschikt voor toepassingen in
wetenschap en praktijk. Een hogere
resolutie in azimut-richting kan wor
den bereikt door gebruik te maken van
een langere antenne. Om een resolutie
te halen die vergelijkbaar is met de
ground-range resolutie, is een anten
nelengte van honderden meters nodig.
Dit is met name uit mechanische (sta-
biliteits) redenen niet haalbaar. Hoe
deze beperkte resolutie in azimut-rich
ting kan worden verbeterd, is onder
werp van de volgende paragraaf.
De azimut-resolutie van een gewone
radar kan sterk worden verbeterd door
gebruik te maken van de synthetische
apertuur. Het idee van synthetische
apertuur radar (SAR) is gebaseerd op
het feit dat een bepaald punt op het
aardoppervlak door meerdere achter
eenvolgend verzonden pulsen wordt
waargenomen. Doordat de sensor zich
in deze tijd verplaatst van positie 1
naar positie 2 (fig. 2), krijgen alle
echo's een Doppler-verschuiving. De
ze wordt veroorzaakt doordat de af
stand tussen sensor en doel, en daar-
pulsafstand
pulslengte
antenne
