انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه 

انجام پایان نامه ارشد|رادار تصویری 50 ص

 

مقدمه
          رادار یك سیستم الكترومغناطیسی است كه برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بكار می رود .  با رادار می توان درون محیطی را كه برای چشم ،غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریكی ،باران ،مه برف،غبار و غیره .
 اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن درتعیین فاصله یا حدود هدف می باشد .كاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی،دریایی، فضایی و هواشناسی می باشد. ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده ها و ایجاد تصاویر با کیفیت بالا از آنها هدف عمده ساخت رادار تصویری می باشد
          گاه امکان بررسی اجسام از نزدیک وجود ندارد . برای مثال جهت بررسی سطح اقیانوس ها نقشه برداری از عراضی جغرافیایی لزوم ساخت وسایلی که بتوانند از راه دور این کاررا انجام دهند به چشم می خورد . با دستیابی به تکنولوژی سنجش از راه دور بسیاری از این مشکلات برطرف گشت . در واقع در این روش امکان بررسی اجسام وسطوحی که نیاز به بررسی از راه دور دارند را فراهم می آورد . سنجش از راه دور رامی توان به دو بخش فعال وغیر فعال تقسیم کرد . گستره طول موج امواج مایکرویو نسبت به طیف مادون قرمز ومرئی سبب گردیده تا از سنجش از راه دور به وسیله امواج از این طیف استفاده گردد .
          عملکردسیستم های سنجش غیرفعال همانند سیستم های سنجش دما عمل می کنند .در اینگونه سیستم ها با اندازه گیری انرژی الکترومغناطیسی که هر جسم به طور طبیعی از خود ساتع می کند نتایج لازم کسب می گردد .هواشناسی واقیانوس نگاری از کاربردهای این نوع سنجش می باشد .
          در سیستم های سنجش فعال از طیف موج مایکرویو برای روشن کردن هدف استفاده می شود . این سنسورها را می توان به دو بخش تقسیم کرد :
1.    سنسورهای تصویری
2.    سنسورهای غیرتصویری (فاقد قابلیت تصویربرداری) .
          از انواع سنسور های غیر تصویری می توان به ارتفاع سنج واسکترومتر ها(پراکنش سنج ) اشاره کرد .کاربرد ارتفاع سنج ها در عکس برداری جغرافیایی وتعیین ارتفاع ازسطح دریا می باشد .اسکترومتر که اغلب بر روی زمین نصب میگردند میزان پراکنش امواج را ازسطوح مختلف اندازه گیری می کنند . این وسیله در مواردی همچون اندازه گیری سرعت باد در سطح دریا و کالیبراسیون تصویر رادار کابرد دارد .
          معمول ترین سنسور فعال که عمل تصویربرداری را انجام می دهد رادار می باشد . رادار(radio detection and ranging) مخفف وبه معنای آشکارسازی به کمک امواج مایکرویو است .به طور کلی می توان عملکرد رادار را در چگونگی عملکرد سنسورهای آن خلاصه کرد . سنسورها سیگنال های مایکرویو را به سمت اهدف مورد نظر ارسال کرده وسپس سیگنال های بازتابیده شده از سطوح مختلف را شناسایی می کند . قدرت (میزان انرژی) سیگنالهای پراکنده شده جهت تفکیک اهداف مورد استفاده قرارمی گیرد . با اندازه گیری فاصه زمانی بین ارسال ودریافت سیگنال ها می توان فاصله تا اهداف را مشخص کرد .










تاریخچه
          اولین تجربه در مورد بازتابش امواج رادیویی توسط هرتز آلمانی در سال ۱۸۸۶ بدست آمد . پس از گذشت مدت زمان کمی اولین رادار که از آن برای آشکارسازی کشتی ها استفاده می شد مورد بهره برداری قرار گرفت . نخستین بار در سال 1901 ) هوگو ژرنسبارک ( که او راژول ورن آمریکایی می‌نامند، در یک داستان علمی _ تخیلی ، آن را طرح ریزی کرد. در سال 1906 ، یک دانشجوی 23 ساله آلمانی ، به نام هولفس یر  دستگاهی ساخت که با اصول رادارهای امروزی می‌توانست امواجی را بسوی موانع بفرستد و بازتاب آنها را دریافت کند.
          آزمایش اساسی ارسال امواج الکترومغناطیسی بسوی هواپیماهای در حال پرواز ، بوسیله یک دانشمند فرانسوی به نام ( پیر داوید) انجام یافت.
           در آغاز جنگ دوم جهانی بود که یکی  از تکنسینهای انگلیسی موفق شد، نخستین مدلهای راداری امروزی را بسازد. اما او یک مشکل اساسی داشت. امواج تا نقطه‌ای که او می‌خواست نمی‌رسیدند و تنها تا پنج هزار متر برد داشتند.
          به همین دلیل یک فرانسوی دیگر به نام "موریس پونت" در سال 1930 موفق به اختراع دستگاهی جالب به نام "مانیترون" شد که امواج بسیار کوتاه رادیویی را بوجود می‌آورد و به همین دلیل رادارهایی که به کمک این وسیله تکمیل شدند توانستند تا دهها کیلومتر بیش از رادار قبلی امواج را ارسال کنند. دستگاه اختراعی پونت در سال 1935 ابتدا در کشتی معروفی به نام نرماندی نصب شد و توانست آن را از خطر برخورد با کوههای عظیم یخی شناور در اقیانوس محافظت کند و به این ترتیب رادار الاوه بر استفاده وسیع در هوا ، سطح دریاها را هم به تسخیر خود در آورد.
          اولین رادارهای تصویری درطی جنگ جهانی دوم برای آشکارسازی وموقعیت یابی کشتی ها وهواپیماها استفاده شد .
          بعد از جنگ جهانی دوم راداربا دید جانبی (SLAR) جهت جستجوی اهداف نظامی و کشف مناطق نظامی ساخته شد . اینگونه رادارها با داشتن آنتن درسمت جپ وراست مسیر پرواز قادر به تفکیک دقیقتر اهداف مورد نظر بودند . در سال ۱۹۵۰ با توسعه سیستم های SLAR تکنولوژی رادار دهانه ترکیبی ( رادار با آنتن ترکیبی) گامی در جهت ایجاد تصاویر با کیفیت بالا برداشته شد . در سال ۱۹۶۰ استفاده از رادارها ی هوایی وفضایی توسعه یافت وعلاوه برکاربرد نظامی جهت نقشه برداری های جغرافیایی و اکتشافات علمی و… نیز مورد استفاده قرار گرفتند .
مکانیسم عمل
          همانطور که امواج دریا و امواج صوتی پس از رسیدن به مانعی منعکس می‌شوند، امواج الکترومغناطیسی هم وقتی به مانعی برخورد کردند، بر می‌گردند و ما را از وجود آن آگاه می‌سازند. به کمک امواج الکترومغناطیسی نه تنها از وجود اجسام در فاصله دور باخبر می‌شویم، بلکه بطور دقیق تعیین می‌کنیم که آیا ساکن هستند یا از ما دور و یا به ما نزدیک می‌شوند؟ حتی سرعت جسم نیز بخوبی قابل محاسبه است. وقتی امواج منتشر شده از رادار ، به یک جسم دور برخورد می‌کنند، به طرف نقطه حرکت بر می‌گردند. امواج برگشتی توسط دستگاههای خاص در مبدا تقویت می‌شوند و از روی مدت رفت و برگشت این امواج ، فاصله بین جسم و رادار اندازه گیری می‌شود.
ویژگی های رادار نسبت به دید چشمی
•    برد زیاد
•    عدم وابستگی به وجود نور
•    عبور امواج از موانع
•    امکان اندازه گیری دقیق مشخصه هایی مانند فاصله، ارتفاع، سرعت
 اصول رادار
          مهمترین نکته حائز اهمیت در بخش قبل را میتوان معرفی رادار به عنوان وسیله اندازه گیری معرفی کرد . اجزاء تشکیل دهنده سیستم رادار فرستنده , گیرنده آنتن وسیستم های الکتریکی جهت ثبت و پردازش اطلاعات می باشد .
          همانطور که در تصویر شماره ۱ مشاهده می شود فرستنده پالس های کوتاه مایکرویو (A) را که بوسیله آنتن راداربه صورت پرتو متمرکز می شوند(B) با فاصله زمانی معیین تولید می کند . آنتن راداربخشی از سیگنال های بازتابیده شده (c) از سطوح مختلف را دریافت می کند.
 
تصویر شماره ۱

با اندازه گیری مدت زمان ارسال پالس و دریافت پژواک های پراکنده شده از اشیاء مختلف می توان فاصله آنها ودر نتیجه موقعیت آنها را تعیین نمود .با ثبت و پردازش سیگنال بازتابیده توسط سنسور تصویر دو بعدی از سطح مورد نظر تشکیل می گردد .
پهنای باند
          از آنجاییکه گستره طیف امواج مایکرویو نسبت به طیف های مرئی ومادون قرمزوسیع تر می باشد لذا اکثر رادار ها از این طیف استفاده می کنند . در رادارهای تصویری اغلب از طول موج های زیر استفاده می شود:
ka&k&ku band
X_band
C_band
S_band
L_band
P_band (max)
تمامی طول موج های استفاده شده در رادارهای تصویری در محدوده سانتیمتر است . طول موج رادار در نحوه تشکیل تصویر موثر می باشد . با افزایش طول موج شاهد تصاویر با کیفیت بهتر می باشیم .در دو تصویر زیر(تصاویر شماره ۲و۳) از دو طول موج متفاوت استفاده شده است . شما می توانید تفاوت آشکاری را که دراین تصاویر وجود دارد مشاهده نمایید . علت این تفاوت تغییر در نحوه فعل وانفعال سیگنال با سطح اشیاء میباشد که در ادامه درباره این موضوع صحبت خواهد شد .
 
تصویر شماره ۲
 
تصویر شماره ۲
 قطبیدگی(polarization)
هنگامی که در مورد امواج الکترومغناطیسی همانند امواج مایکرویو صحبت می گردد بحث درباره قطبیدگی حائز اهمیت می باشد . قطبیدگی عبارت است از جهت میدان الکتریکی در امواج الکترومغناطیسی . به طور کلی می توان قطبیدگی امواج را به سه دسته تقسیم بندی کرد : قطبیدگی خطی و دایره ای وبیضوی .
اغلب رادار های تصویری از قطبیدگی خطی استفاده کرده , که این نوع قطبیدگی را می توان به دو بخش عمودی(vertical) وافقی (horizontal) تقسیم بندی کرد (تصویر شماره۴). اغلب سنسورهای رادار طوری طراحی شده اند که قابلیت ارسال وهمچنین دریافت امواج را به یکی از دو صورت بالا دارا هستند . در بعضی از رادارها دریافت وارسال امواج با ترکیبی از دو نوع قطبیدگی انجام می پذیرد .
 
تصویر شماره ۴
به طور کلی می توان چهارترکیب از قطبیدگی رادرا در نظر گرفت :
* HH
* VV
* HV
* VH
حرف H نشان دهنده قطبیدگی افقی وحرفV نمایانگر قطبیدگی عمودی میباشد . درچهارترکیب بالا حرف سمت راست نحوه دریافت سیگنال را نشان می دهد .
هندسه رادار (radar geometry)
          درسیستم تصویربرداری رادار هوایی با جابجانمودن سکو در یک مسیر مستقیم که مسیرپرواز(flight direction)(A) نامیده می شودعمل تصویربرداری انجام میگردد . پای قائم در صفحه تصویر را ندیر(nadir)(B) می نامیم .آنتن رادار امواج را برای روشن کردن نوارتصویر(swath) (C) ارسال می کند . با قرار گرفتن نوارهای تصویر در کنار هم ناحیه تصویر(track) (ناحیه خاکستری رنگ ) تشکیل می گردد که این ناحیه نسبت به خط ندیر فاصله دارد . محور طولی ناحیه تصویرکه با مسیر پروازموازی می باشدرا سمت(azimuth)(E) ومحورعرضی راکه برمسیرپروازعمود است را برد(range)(D) می نامیم .
 
تصویر شماره ۵
واژه شناسی
محدوده نزدیک (Near range): بخشی از نوارتصویر که به خط ندیر نزدیک است .
محدوده دور(far range) : بخشی از نوار تصویر که در فاصله دور نسبت به خط ندیر قرار دارد .
برد مایل (slant range): خط شعاعی که از رادار به هریک از اهداف می توان نظیر کرد .
برد زمینی (ground range ) : تصویر برد مایل در سطح زمین .
زاویه تابش(incidence angle) : زاویه بین پرتورادار و سطح زمین .
زاویه دید(look angle) : زاویه بین خط عمود وپرتو رادار.
اثرات سطح بر تصویر رادار
          میزان روشنایی ( درخشندگی ) تصویر به میزان پراکندگی(scattering) سیگنال های مایکرویودر برخورد باسطح بستگی دارد . پراکنش سیگنال به پارامترهایی از قبیل مشخصات رادار (فرکانس قطبیدگی هندسه دید و…) وهمچنین خصوصیات سطح (پستی وبلندی نوع پوشش و…) وابسته است . به طور کلی می توانیم عوامل بالا را در سه عامل اصلی زیر خلاصه کنیم :
۱) صیقلی بودن سطح
۲) هنسه دید و رابطه آن باسطح
۳) درصد رطوبت وخصوصیات الکتریکی سطح
          صیقلی بودن سطح مهمترین عامل تعیین کننده روشنایی تصویرمی باشد . سطوح صاف موجب بازتابش آیینه ای(A) در فعل وانفعال سیگنال رادار با سطح می گردند . درنتیجه این نوع بازتابش مقدار اندکی ازسیگنال های بازتابیده شده به سمت رادار باز میگردند . بنابراین سطوح صاف با درجه تیره گی بیشتر در تصویر ظاهر خواهند گشت . سطوح ناصاف سیگنال های رادار راتقریبا به صورت یکنواخت بازتاب می دهند . و درنتیجه بخش عمده ای از این سیگنال ها به سمت راداربازمیگردند . بنابراین سطوح ناصاف با درجه روشنایی بیشتر در تصویر مشاهده می شوند . به این نوع انعکاس بازتابش پخشیده(B)گفته می شود . احتمال وقوع انعکاس زاویه ای (C) در نواحی که از سطوح عمود برهم تشکیل شده وجود دارد. به بیان ساده تر سیگنال های بازتابیده شده از سطح اول پس از برخورد به سطح دوم به سمت رادار بازتاب داده میشود .این نوع انعکاس به طور معمول در مناطق شهری (ساختمان ها خیابان ها پل ها و… ) اتفاق می افتد . صخره ها کوه ها ونیزار رودخانه ها نیز سیگنال رادار را اینگونه بازتاب می دهند .
 
تصویر شماره 6
          زاویه تابش(incidence angle) نیز در نحوه شکل گیری تصویر همچنین صیقلی بودن سطوح نقش ایفا می کند . با در نظر گرفتن سطح وطول موج ثابت با افزایش زاویه تابش سیگنال های کمتری به سوی رادار بازمیگردند ودر نتیجه درجه تیره گی افزایش می یابد .به بیان دیگر با افزایش زاویه تابش سطوح صیقلی تر از مقدار واقعی خود در تصویر ظاهرمی شوند .به طور کلی تغییر در هندسه دید در بهبود نقشه های جغرافیایی وهمچنین برطرف کردن اختلال هایی از قبیل سایه دارشدن و کاهش عمق تصویرموثر می باشد .
          وجود رطوبت در خصوصیات الکتریکی وحجم اجسام موثر می باشد . تغییر در خواص الکتریکی در جذب ارسال وهمچنین نحوه شکل گیری تصویر موثر می باشد . بنابراین درصد رطوبت اجسام در فعل وانفعال سیگنال رادارومتعاقبا تصویر موثر می باشد . معمولا با افزایش رطوبت جسم سیگنال های بیشتری توسط جسم بازتابیده می شود . برای مثال علفزارهای وسیع در هنگامی که مرطوب هستند در تصویر رادار روشنتر ظاهر می شوند .
دقت تفکیک(spatial resolution)
          به میزان توانایی رادار جهت تفکیک اشیاء مختلف از همدیگر دقت تفکیک گفته می شود . بر خلاف سیستم های نوری افزایش دقت تفکیک در رادار بر اساس خصوصیات امواج مایکرویو وهمچنین تاثیرات هندسی انجام می پذیرد . دررادارهایی که از یک آنتن جهت ارسال امواج استفاده می کنند یک پالس موج ارسال گشته و با دریافت پ؟واک آن توسط گیرنده تصویر تشکیل می شود .
دقت تفکیک را می توان در دو راستا بررسی کرد . در جهت سمت ناحیه تصویر که دقت سمت (azimuth resolution) نامیده می شود ودر جهت برد که آن را دقت برد (range resolution) می نامیم .
دقت برد به طول پالس رادار (P) بستگی دارد . در صورتی که عمل تفکیک با طول بیشتر از نصف پالس صورت گیرد اهداف از یکدیگر قابل تشخیص اند .
با افزایش زاویه تابش (افزایش برد )شاهد کاهش دقت برد می باشیم .
          دقت سمت به پهنای ستون امواج رادار یا پهنای زاویه ای (beam width) (A) و همچنین برد مایل(slant range) وابسته است . با افزایش پهنای زاویه ای می توانیم شاهد دقت سمت باشیم . در تصویرشماره 7 اهداف ۱و۲ که در محدوده نزدیک قرار دارند توسط رادار به راحتی قابل تشخیص اند درحالیکه هدف های ۳و۴ که در محدوده دور قرار گرفته اند قابل تشخیص نمی باشند . همچنین با افزایش طول آنتن رادار می توان دقت سمت را افزایش داد .
 
تصویر شماره 7
رادار دهانه ترکیبی (synthetic aperture radar)
          همانطور که در قسمت قبل گفته شد جهت بالابردن دقت سمت می توانیم طول آنتن رادار را افزایش دهیم . اگرچه در این افزایش طول ما با محدودیت هایی مواجه هستیم . در رادرهای هوایی طول آنتن رادار بین ۱ تا ۲ متر در نظر گرفته می شود . در ماهواره ها ما می توانیم این محدوده را بین ۱۰ تا ۱۵ متر در نظر بگیریم . با تغییراتی در چگونگی حرکت سکوی رادار وثبت و پردازش سیگنال های بازتابیده شده می توان بر محدودیت اندازه غلبه کرد . بدین طریق که ما با تغییر در نحوه رفتار رادار به صورت مجازی طول آنتن رادار را افزایش داده ایم .
۱) ابتداشیءهدف سیگنال های مایکرویو را به صورت پالس دریافت کرده . پژواک های هر پالس توسط رادار ثبت می شوند . سکوی رادار در مسیر مستقیم به طور پیوسته در حال حرکت است . در طول زمانی که شیء هدف در معرض پالس های رادار قرار داردعمل ثبت سیگنال های بازتابیده شده از شیءتوسط رادار انجام می پذیرد .
2) زمان چندانی طول نمی کشد تا طول آنتن ترکیبی  مشخص گردد .
با افزایش پهنای زاویه ای وهمچنین کاهش سرعت سکو می توانیم دقت سمت را در محدوده دور افزایش دهیم .در نتیجه شاهد ثابت ماندن دقت تفکیک درراستای سمت می باشیم .به تکنولو؟ی فوق که جهت افزایش دقت برد صورت می پذیرد رادار دهانه ترکیبی یا SAR گفته می شود .این روش در اکثررادارهای هوایی وفضایی استفاده می شود .
خصوصیات تصویر رادار
          در تصاویر رادار با نوعی اختلال مواجه هستیم که به نویز اسپیکل(speckle) معروف است . این اختلال که باعث ظاهرشدن دانه های ریزودرشت (بافت فلفل نمکی) در تصویر می شود زاییده ساختار بهم ریخته سطح و همچنین تداخل سیگنال های بازتابیده می باشد . به عنوان نمونه یک سطح هموار مانند علفزار(تصویر شماره 8) را در نظر می گیریم . بدون در نظر گرفتن اثر این اختلال پیکسلهای تصویر با درجه روشنایی یکسان مشاهده می شوند . حال آنکه در تصویر حقیقی به علت تداخل سیگنال های پراکنده شده پیکسل ها دارای درجات روشنایی متفاوت می باشند .
 
تصویر شماره8
در واقع نویز اسپیکل کیفیت تصاویر راکاهش داده ودر نتیجه درتحلیل تصاویربا مشکل مواجه می شویم .حال برای کاهش این اثر میتوان دو روش را بکار برد :
۱) دید چندگانه (multi-looking processing):
          در این روش هر پرتو رادار به چندین زیرپرتو (اشعه) تقسیم شده و هر اشعه وظیفه پوشش دادن یک ناحیه را بر عهده دارد . با ثبت تصاویر تشکیل شده توسط هر اشعه ومعدل گیری از آنها جهت تشکیل تصویر نهایی می توان نویز اسپیکل را کاهش داد .
۲) فیلترینگ (spatial filtering) :
          پس از پایان یافتن مرحله اول وتشکیل تصویر اولیه فیلترکردن تصویر آغاز می شود . در این روش با حرکت دادن یک پنجره متشکل از تعدادی پیکسل (معمولا ۵*۵ یا ۳*۳ ) در طی سطر وستون تصویر از پیکسل هایی که هر پنجره پوشش می دهد معدل گیری (درجه روشنایی پیکسل های موجود در هر پنجره اندازهگیری شده وپیکسلی با درجه روشنایی واحد جایگزین پنجره مربوطه می گردد) انجام می شود .
 
تصویر شماره9
بایستی توجه داشته باشیم که کاهش نویز اسپیکل باعث کاهش وضوح تصویر می گردد . همانطور که درتصاویر شماره 10 و11مشاهده می شود تصویر شماره ۱۵نسبت به تصویر دیگر دارای وضوح کمتری است . در نتیجه برای ایجاد تصاویر با جزئیات دقیق نمی توان از این روش استفاده کرد . زمانی که سطح هدف را وسیع در نظر بگیریم کاهش نویز اسپیکل می تواند مثمر ثمرباشد .
                                     
تصویر شماره ۱0                                                                            تصویر شماره11
          گاه نیاز به استفاده از اندازه گیریهای دقیق جهت مقایسه مشاهدات وبدست آوردن نتایج لازم می باشد . در نتیجه بایستی دقت دقت ابزار اندازه گیری افزایش پیدا کند . این فعل توسط فرآیندی به نام کالیبراسیون (calibrasion) انجام پذیر است . ازآنجاییکه عمل اندازه گیری از اعمال اصلی رادار می باشد در نتیجه کالیبراسیون بسیار مهم می باشد . کالیبراسیون تلاش می کند تا اختلاف میان مقدار انر؟ی سیگنال بازتابیده با مقدار اندازه گیری شده توسط رادار کاهش یابد . در نتیجه کالیبراسیون دقیق ما شاهد تصاویری با دقت اندازه گیری یکسان توسط رادار خواهیم بود .
          در کالیبراسیون نسبی سعی بر افزایش دقت سیستم رادار است . در حالیکه در کالیبراسیون مطلق با نصب دستگاه هایی بر روی زمین انرژی سیگنال های بازتابیده شده از سطح اندازه گیری شده و پس از تقویت به سوی رادار فرستاده می شوند. رادار می تواند با استفاده از این مقادیر به مقدار حقیقی انر؟ی دست پیدا کند .ودر نتیجه استنباط دقیقتری ازسطح حاصل داشته باشد .
کاربرد ها
1.    نظارت و رهگیری هواپیماها و موشکها
2.    نظارت و رهگیری اهداف دریایی یا زمینی
3.    نظارت و رهگیری اجرام فضایی
4.    اندازه گیری سرعت وسایل نقلیه
5.    هواشناسی
6.    استفاده های جانبی
توضیح کاربردها
          1و2.  زمانی رادار وارد جنگها شد، انگلستان پایگاههای وسیعی را با رادار مجهز کرد و به این ترتیب هواپیماهای آلمانی در کار خودشان دچار اختلال شدند. به عقیده بسیاری از کارشناسان همین رادار بود که آلمان را علی رغم حمله‌های گسترده هوایی بر روی شهرهایی نظیر لندن ، ناکام گذاشت. همچنین بسیاری از زیر دریاییهایی که تعداد زیادی از کشتیهای حمل و نقل و ناوهای جنگی متفقین را به قعر دریا می‌فرستادند، با کمک رادارها شناسایی شدند و در عملیات گوناگون خود دچار شکست گردیدند.
          رادارها حتی در توپخانه‌ها ، موشک اندازها و جنگهای زیر دریاییها نیز وارد عمل شدند و توجه قدرتهای بزرگ تسلیحاتی را ، حتی پس از شکست هیتلر و پایان جنگ جهانی به خودشان جلب کردند. اما صرف نظر از کاربردها نظامی، رادار خدمات صلح آمیز بسیاری را برای انسان امروزی در برداشته است. کاهش سوانح در مسافرت های دریایی و هوایی همگی مدیون رادار هستند. مرکز کنترل ترافیک فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چه آنها که بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها که در حال پرواز هستند و هدایت آنها از رادار استفاده می‏کنند.
3.   در حقیقت یکی از مهمترین کاربردهای علمی رادار با آغاز عصر فضا بوجود آمد و بشر توانست برای اولین بار با کمک رادار به فضا دسترسی پیدا کند و حتی سطح سیاره ها و اشکال گوناگون آنها را شناسایی کند. این موفقیت سالها قبل از آنبود که سفینه ها بتوانند از سطح سیارات عکسبرداری کنند. بنابراین رادار علی رغم خرابی هاییکه با گسترده تر کردن جنگها به وجود آورد، توانست خدمات بسیار ارزنده ای را برای جامعه بشری به ارمغان آورد و انسان این همه را مدیون طبیعت بی ادعاست! . ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت کرة زمین و دیگر سیارات استفاده می‏کند، همین طور برای دنبال کردن مسیر ماهواره‏ها و فضاپیماها و برای کمک به کشتی‏ها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده می‏شود.
4. در برخی از کشورها پلیس از رادار برای شناسایی خودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده می‏‏کند مراکز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگ‏افزارهایشان از آن استفاده می‏کنند.
5.  هواشناسان برای شناسایی طوفانها، تندبادهای دریایی و گردبادها از آن استفاده می‏برند.
6.شما حتی نوعی خاص از رادار را در مدخل ورودی فروشگاهها می‏بینید که در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، درب را باز می‏کنند. بطور واضح می‏بینید که رادار وسیله‏ای بسیار کاربردی می‏باشد..
کاربردهای پیشرفته
          علا وه بر کسب واستفاده درست از اطلاعات کابرد های خاص رادار به شرح زیر می باشد :
نخست تکنولوژی تصویر سه بعدی (stereo image) می باشد . در این روش با پوشش دادن ناحیه تصویر با زوایای تابش متفاوت وهمچنین بهره گیری ازجهت های دید متفاوت یا مخالف و انطباق تصاویر ایجادشده می توان یک تصویر سه بعدی از ناحیه تصویر ایجاد کرد .در نتیجه اختلال هایی از قبیل سایه دارشدن بعضی نواحی برطرف گردیده وزمینه برای تحلیل دقیقتر تصاویر فراهم می گردد . این تکنولوژی در تحلیل تصاویر مناطق جنگلی و جغرافیایی وهمچنین نقشه برداری از عراضی کاربرد دارد .
          از دیگر پیشرفت های حاصل شده می توان به قطبش سنجی (polqrimetry) اشاره کرد . در این روش امکان دریافت و ار سال سیگنال های مایکرویو به صورت ترکیبی از قطبیدگی افقی و عمودی وجود دارد . در نتیجه ما می توانیم چهار ترکیب HH VV VH HV را برای دریافت یا ارسال امواج در نظر بگیریم . بدین طریق با ایجاد تصویری با ویژ گی های مختلف نتایج لازم جهت دستیابی به تصویر دقیقتر حاصل می گردد .
اهداف استفاده از رادار
1.شناسایی حضور یا عدم حضور یک جسم در فاصله‏ای مشخص – عمدتاً آنچه که شناسایی می‏شود متحرک است و مانند هواپیما ، اما رادار قادر به شناسایی حضور اجسام که مثلاً در زیر زمین نیز مدفون شده‏اند، می‏باشد. در بعضی از موارد حتی رادار می‏تواند ماهیت آنچه را که می‏یابد مشخص کند، مثلاً نوع هواپیمایی که شناسایی می‏کند.
2. شناسایی سرعت آن جسم- دقیقاً همان هدفی که پلیس از آن در بزرگراهها برای کنترل سرعت خودروها از آن استفاده می‏کند.
3.جابجایی اجسام – شاتل‏های فضایی و ماهواره‏های دوار بر دور کره زمین از چیزی به عنوان رادار حفره‏های مجازی برای تهیه نقشه جزئیات ، نقشه‏های عوارض جغرافیایی سطح ماه و دیگر سیارات استفاده می‏کنند. تمام این سه عملیات می‏تواند با دو پدیده‏ای که شما در زندگی روزمره با آن آشنائید پیاده شود پژواک و پدیده دوپلر این دو پدیده بسادگی قابل فهم می‏باشند، چرا که هر روزه شما با آنها در حوزه شنوایی خویش برخوردارید. رادار از این دو پدیده در حوزه امواج رادیویی استفاده می‏برد.
رادار در طبیعت
          1.خفاش : شاید رادار طبیعی بیشترین استفاده را برای خفاش دارد. چرا که این پرنده شب پرواز ، دارای حس بینایی ضعیفی است و به کمک طبیعت راداری که دارد، می‌تواند موانع دور و بر خود را تشخیص دهد. خفاش هنگام پرواز فریادهای ابر صوتی خاصی ایجاد می‌کند که پس از برخورد با اجسام مختلف ، منعکس می‌شود و به گوش خفاش می‌رسد. بوسیله همین پژواک صداهای ابر صوتی است که نوع مانع و فاصله آن را تشخیص می‌دهد و طوری پرواز می‌کند که از تصادم با آنها در امان باشد.
          2.بالنها و دلفینها نیز از همین پدیده بازتاب استفاده می‌کنند که در مورد بازتابهای صوتی به آن "سونار" گفته می‌شود.
معرفي رادارهاي هواشناسي و محصولات آن
          امروزه رادارهاي مجهزي جهت شناسايي مراكز طوفان و اندازه گيري شدت بارندگي و انواع رگبارها در اختيار هواشناسان قرار دارد.بازتاب اشعه رادار در صفحه تصوير منعكس شده و توسط دستگاههاي اندازه گيري، مشخصات سيگنال رسيده دقيقا مورد بررسي قرار مي گيرد و فاصله هدف تا مبدا ( ايستگاه زميني رادار) توسط واحد مربوط بنام rang unit اندازه گيري مي شود.
          امروزه تقريبا تمام دنيا از رادارهاي هواشناسي براي مقاصد مختلف استفاده مي كنند. استفاده از اين دستگاه هواشناسي از زمان جنگ شروع شده است بدين معنا كه متخصين رادار مشاهده مي كردند هر زمان بين هدف و دستگاه رادار ابر باران زا مشاهده شود،مشاهده شود،مشاهده هدف مشكل و گاهي غير ممكن است ولي اگر ابر بدون باران باشد اشكال چنداني بوجود نمي آيد.در اينجا به توضيحات بيشتر در اين زمينه مي پردازيم.تقريبا هميشه براي وضعيت هواشناسي از طول موج هاي بلند استفاده مي شود.وليكن در اين رادارها طول موجها را ميتوان به 10 سانتي متر يا كمتر مختصر كرد.
          واضح است كه گاهي اوقات گرفتن بازتاب ها از اهداف هواشناسي بوده و ممكن است موجب كاهش در حداكثر برد رادار شود.گاهي اوقات مسير انتقال را تحت تاثير قرار مي دهد. اخيرا رادارها در هواشناسي و غيره با هدف از بين بردن نتايج اشتباه با مدارها تركيب شده اند. با اتمام يافتن جنگ در سال 1945،در بخش هواشناسي رادارهاي مناسب زيادي ارائه شد.كه بيشتر از طول موج هاي 3 الي 10 سانتي متر استفاده مي كردند، آنها داده ها را دريافت كرده و مشاهدات جديد را به صورت بالفعل درآورده و ميانگين آنها را بدست مي آورند.در برخي از كشورها محققيق برنامه هايي را اجرا كرده و حوادث ناشي از بازتاب را در هواشناسي مورد بررسي قرار دادند،اين بازتاب (برگردان) داده ها را مي توان در اطلاعات هواشناسي مورد استفاده قرارداد و بررسي كرد كه چگونه سيستم هاي مختلف رادار مي تواند در بخش هاي ديگر موثر بوده و مورد استفاده قرارگيرد.برخي از كشورها در سال هاي 1950 و 1960 شروع به استفاده هاي بهتري از رادارها كردند.بين رادارهاي هوايي و دريايي اختلاف ناچيزي وجود دارد.هر دو براي رديابي و پيگيري توفان هاي تندري و سيليكون ها مورد استفاده قرار مي گيرند. اغلب محل فرودگاه در نقاطي كه بيشترين حساسيت را در برابر توفان ها دارد،قرار مي گيرد.در اين موارد (هنگام بروزطوفان) به ساكنين و هواپيماها هشدار مي دهند.اين اطلاعات موجب افزايش ديده باني در بخش هاي مختلف پيش بيني مي گردد،در برخي از اين روش ها ميزان بارندگي را به طور دقيق تعيين مي كنند. بنابراين رادارها امكان توسعه اطلاعات و داده هاي هواشناسي را مسير مي سازند.
          در ضمن مي توان ميزان بارندگي را دقيق اندازه گيري كرد و در بخش هاي تحقيقاتي هواشناسي و هيدرولوژي (آ‎بشناسي) مورد استفاده قرار داد.بنابراين با استفاده از كامپوترها ي اوليه مي توان مقدار زيادي از داده ها را با كمك افراد ارائه و با داده هاي ديجيتالي بطور يكسان مورد پردازش قرار داد و مكن است تنها تعدادي از حوادث معروف را انتخاب نمايند.علاوه بر اين ،مي توان با حداقل تجربه داده ها را تهيه و به شخص استفاده كنند انتقال داد.
          در اواخر سال هاي 1960 همزمان با ظهور كامپيوترهاي سريع و كوچك ،استفاده از رادار نيز توسعه يافت.ممكن است در شرايط عادي داده هاي رادار تنها متعلق به اطلاعاتي در مورد بارندگي باشد..بنابراين در اغلب موارد نياز به دقت در داده ها و اصلاح اين ميانگين ها مي باشد .اين كار هميشه بطور مداوم صورت مي گيرد وليكن برخي از كشورها ثابت كردند كه داده هاي ارائه شده از رادار تاحدودي براي هشدار دادن سيل و براي مديريت كلي آب مناسب مي باشد.تركيب داده ها با استفاده از چند رادار،علاوه بر شكل مركب داده هاي تركيبي رادار،داده هايي كه با استفاده از ماهواره ها بدست مي آيند و داده هايي كه بيشتر از ابزار و ادوات ويژه هواشناسي بدست مي آيند تماما مورد بررسي و پيگيري قرار مي گيرند.
از چندين ساعت قبل ميزان بارندگي پيش بيني مي شود و داده ها و اطلاعات رادار ها از طريق صفحه تلويزيون و كامپيوترها براي پردازش بيشتر مدل هاي هواشناسي و هيدرولوژي(آبشناسي) مورد استفاده قرار مي گيرد و با توجه به ديجيتال بودن سيستم ها مي توان از داده ها براي بدست آوردن ميزان بارش نواحي مختلف بهره برد.بنابراين مي توان اين ارقام و اطلاعات را به آ‎ساني تا مسافت هاي زيادي براي نمايش دادن به كاربر ارسال كرد و ميزان زيادي از كارهاي باقي مانده داد.
          معيارهاي رايج در نصب و راه انداري رادار در سال 1981 فرض بر اين بود كه رادارهاي هوايي كه در بخش هاي سراسر جهان مورد استفاده قرار مي گرفت بين 600 تا 650 رادار بوده است.طول موجي كه براي رادارها معمولا استفاده مي شود توسط USSR يا برخي از كشورهاي همجوار مورد استفاده قرار مي گيرد.در حدود 200 سيستم رادار ايجاد شده است كه برخي از آنها ارقام را مورد پردازش قرار مي دهند و بطور معمول PPI / RHI را نمايش مي دهند و بطور خودكار كمتر از 60 پردارش را در سيستم انجام داده و داده ها را ارائه مي نمايند،البته اين اعداد به سرعت افزايش مي يابند.
          دانشمندان هواشناسي توانستند با مشاهده اين پديده ها و ارتفاع و شدت ابرهاي طوفان زا و داراي بارندگي را بر روي نقشه مشخص كنند و حتي رشد نمو و تغييرات آنها را مطالعه نمايند. گفتيم در رادارهاي هواشناسي صفحات مختلفي بكار مي رود كه رايج ترين اين صفحات PPI مي باشد.علت استفاده از PPI در هواشناسي اين است كه تنها چنين راداري مي تواند طوفانها و بارندگيها را مشخص و جهت آنرا تعيين سازد.
با آگاهي از امكانات رادارهاي هواشناسي ، پروژه رادار هواشناسي در كشور تصميم به راه اندازي اين سيستم پيشرفته در كشور دارد.
کاربرد رادارهای هواشناسی
          كاربردهاي رادارهاي هواشناسي ايجاد سيستمي با توانايي كشف، رديابي و تخمين عملكرد سيستم هاي فعال جوي براي برآورده نمودن نيازهاي زير هدف عمده پروژه رادارهاي هواشناسي است:
1- امنيت ترافيك هوايي
      با توجه به اينكه رادار هواشناسي مي تواند پديده هاي جوي را در سطوح فوقاني با دقتي بالا كشف و رديابي كند،اين امكان را فراهم مي آورد تا خلبان پيش از ورود هواپيما به منطقه اي كه شرايط نامناسب جوي دارد از موضوع آگاهي پيدا كند و تصميمات لازم را اتخاذ نمايد.
2- كمك به مديريت منابع آب
      رادار هواشناسي امكان پيش بيني هاي كوتاه مدت و دقيق از ميزان بارندگي را فراهم مي آورد. اين پيش بيني ها مي تواند مبناي خوبي را براي مديريت منابع آب از قبيل تنظيم دريچه هاي خروجي آب از سدها براي جلوگيري از سر ريز شدن،پاكسازي راه آبها و… فراهم آورد.
      همچنين اين اطلاعات مي تواند براي صدور هشدار نسبت به وقوع سيلاب يا طوفان بكار رود.علاوه بر اين اطلاعات جمع آوري شده مي تواند براي پيش بيني هاي بلند مدت در مورد ميزان بارندگي و به تبع آن منابع آب بكار رود كه در موارد متعددي چون توليد برق و كشاورزي كاربرد دارد.
3- كشاورزي
      همانطور كه گفته شد رادار هواشناسي امكان پيش بيني هاي كوتاه مدت بارندگي را فراهم مي آورد.اين پيش بيني ها علاوه بر ميزان بارندگي،شدت و نوع آن را نيز شامل مي شود.به اين ترتيب پديده هاي زيانبار براي محصولات كشاورزي از قبيل تگرگ ،باران شديد و طوفان قابل پيش بيني خواهد بود.
4- تعديل آب و هوا
      شناسايي و رديابي توده هاي فعال و غير فعال جوي و برآورد نوع فعاليت آنها مي تواند منجر به اتخاذ تصميم درست و به موقع براي باروري ابرها،تبديل تگرگ به باران و ساير روشهاي تعديل آب و هوا گردد.
5 - تحقيقات
      يكي از زمينه هاي باز تحقيقات ،ايجاد الگوريتم و روشهاي براي پيش بيني و تخمين سيستمها مي باشد.اينكار با داشتن داده هاي آماري دقيق و با فاصله زماني هر چه كوتاهتر ممكن مي شود.داشتن آماري با دقت زماني و فشردگي مكاني بالا از بارندگي،براي پيشبرد اين اهداف مناسب مي باشد.
6 - مديريت راهها
      فراهم آوردن امكان پيش بيني بارش برف و ساير نزولات آسماني و طوفانها مي تواند عاملي مؤثر در جلوگيري از حوادث رانندگي ناشي از لغزندگي معابر و سوانح ناشي از سقوط بهمن باشد.
7 - پيش بيني عمومي وضع هوا
      رادار هواشناسي كاربرد عمده اي در پيش بيني هاي كوتاه مدت و بلند مدت وضع هوا و تحليل شرايط جوي دارند و ضعيت جوي حاضر را با تصويرهايي گويا و زيبا ارائه مي دهند كه قابل ارائه از طريق رسانه هاي جمعي نظير تلويزيون و اينترنت مي باشد.
محصولات رادارهای هواشناسی
      از محصولات رادارهواشناسی  مي توان به چند مورد اشاره نمود كه عبارتند از:
محصول هواشناسي ( PPI RHI CAPPI VAD … ) محصول آبشناسي ( RDS AZS ) محصول پيش بيني و هشدار ( HHW WRN … ) محصول پديده ها ( SWI MESO …) در نهايت اميد بر اينست كه با راه اندازي رادارهاي هواشناسي و ادامه آن در فازهاي بعد بتوان در جهت بهبود پيش يابي هاي وضع هوا گامي بزرگ برداشت.
کاربرد رادار در زلزله
      به گزارش بي بي سي يک گروه سيزده نفری از پژوهشگران چهار مرکز شناخته شده‌ علمی در ايران، آمريکا، بريتانيا و فرانسه با انتشار يکی از جامع ‌ترين تحقيقات زمين لرزه شناسی در مورد شرايط زمين شناختی شهر بم نتيجه گيری کرده ‌اند که زلزله سال 2003 اين شهر تنها ناشی از شروع يک گسست طولانی در صفحه حاشيه غربی دشت لوت بوده و اکنون دنباله‌های همين شکستگی در حالت فعال قرار دارند و می توانند منشاء بروز زمين لرزه‌های پرقدرت ديگری باشند.
      در اين گزارش علمی که در شماره‌ ماه اوت نشريه بين المللی ژئوفيزيک به چاپ رسيده از چهار شاخص لرزه شناسی برای مطالعه فعاليت‌های پوسته زمين در منطقه استفاده شده است.
اندازه ‌گيری راداری
      بر اساس نتايج گزارش، تصاوير راداری نشان می‌دهند که بيشترين ميزان حرکت زمين در عمق 5 کيلومتری
پوسته در شمال بم رخ داده است. اين حرکت منجر به بروز يک لغزش 7/2 (دو مميز هفت دهم) متری به سمت
پائين شده است.
      پژوهشگران تأکيد می‌کنند که بر اساس تصاوير به دست آمده از رادار می‌توان نشان داد که ماهيت‌ گسستگی‌های شمال و جنوب بم ناشی از دو گانگی رفتار پوسته‌ زمين در منطقه است و اين خود به مجموعه‌ای فعال از شکستگی ‌های جوان اشاره دارد که تحت تأثير حرکت صفحه‌ لوت می‌توانند در هر زمان منجر به بروز زمين لرزه‌های قدرتمندی شوند.
      مقايسه‌ اطلاعات پس لرزه‌ها در دوره‌ سه تا پانزده روز پس از وقوع زلزله نشان داده‌ که عمق فعال زلزله به حدود 20 کيلومتری زير سطح می‌رسد، اما آنچه در زلزله‌ قدرتمند بم رخ داد تنها ناشی از فعال شدن گسست در نيمی از اين عمق بوده است.
      پژوهشگران معتقدند اين احتمال قوی وجود دارد که با فعال شدن نيمه‌ ديگر اين گسست عميق در آينده نيز زمين لرزه قدرتمندتر ديگری شهر بم را به لرزه درآورد.
      تحليل اطلاعات لرزه ای نشان داده که علت تخريب گسترده زلزله در شهر بم ناشی از حرکت بستر زمين با سرعت 120 سانتيمتر بر ثانيه‌ بوده و به عبارت ديگر شهر بم درست در مرکز زمين لرزه قرار داشته است.
نظارت و رهگیری اجرام فضایی
 
تصویر 12
یک آنتن رادار دوربرد معروف به آلتیر (ALTAIR) برای ردیابی اشیاء فضایی، این رادار در آبسنگ کواجالین
مستقر است.
ونوس جواهری در آسمان
 
تصویر 13
 به کمک ارسال امواج رادار به این سیاره تهیه شده و رنگها بر اساس تصاویریست که کاوشگرهای فرود آمده بر سطح ونوس تهیه نموده اند.

سطح و جو

تصویر 14
تصویر رادار :ابر ضخیمی از اسید سولفوریک ونوس را احاطه کرده است.



کاربرد رادار در برج مراقبت فرودگاه
 
تصویر شماره 15
      البته رادار به عنوان نرم‌افزارهای کنترل ترافیک هوایی مورد استفاده قرار می گیرد.
هماهنگ و مرتب کردن هواپیماهای ورودی برای نشستن در باند فرود گاه، و توضیع هواپیماهای خروجی وارجاع کنترل آنها به واحدهای کنترل مسیر پرواز، توسط واحد رادار انجام می‌‌پذیرد.
      مراکز کنترل عموماً ترافیک هوایی را به کمک رادار های دوربرد کنترل می‌‌کنند. در نقاطی که دسترسی به رادار میسر نمی‌باشد کنترل و ایجاد جدایی بین هواپیماها با بهره گیری از روش پیچیده و سنتی کنترل بدون رادار
صورت می‌‌پذ یرد.
      سیستم مراقبت پرواز همواره فن آوری های قابل توجه‌ای را مورد استفاده و بهره برداری قرار می‌‌دهد. بهره گیری از سیستم‌های رادار "اولیه" و رادار "ثانویه"، آگاهی و شناخت بهتر از موقعیت و محدوده فضای تحت نظارت هر کنترلر را مقدور می‌‌سازد. نحوه عملکرد سیستم های راداری بد ین گونه است که: امواج الکترومغناطیسی که توسط آنتن رادار ها ارسال می‌‌شود، پس از برخورد به پوسته خارجی بد نه انواع هواپیماها که اکثرآ از جنس فلز می‌‌باشد، منعکس شده، و به نسبت بزرگی بدنه هواپیماهای مذ بور بر روی صفحهٌ نمایشگر ( مانیتور) رادار به نحوی نشان داده می‌‌شود که برای کنترلر مراقبت پرواز قابل روئیت باشد، و هم‌زمان با این فرآیند هواپیماهائی که مجهز به سیستم پاسخگر (transponder) باشند توسط ردیاب ( interrogator) رادار ثانویه رد یابی شده، واطلاعاتی از قبیل: کد معرف ( mode A )، ارتفاع ( mode C ) و علا ئم شناسائی و یا به عبارت دیگر نام رادیوئی ( mode S ) هر هواپیما بر روی صفحه نشاندهنده رادار نمایش داده می‌‌شود. انعکاس شرایط جوی خاص نیز معمولآ بر روی صفحه نشاندهنده رادار قابل روئیت می‌‌باشد.



 

انجام پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

سفارش پایان نامه

نقشه