Nicolas Chantier, e2v.
מכ”ם מיפתח סינתטי (SAR) הינו טכניקה אשר באמצעות הפרדה של תמונות 3 מאפשרת מבט חדש על העולם. בתמונות אפשר להשתמש בתחומים רבים מהגנה על איכות הסביבה ועד לשיפור של מערכות ניווט. אלמנט המפתח של מערכות ה-SAR הינם ממירי האותות הדיגיטליים לאותות אנלוגיים אשר מפורשים בעבור ארבעת אזורי ה-נייקוויסט והתומכים בתוכנה מוגדרת למיקרוגל (SDM).
מכ”ם מיפתח סינתטי (SAR) הינו טכניקה אשר מייצרת תמונות בעלות הפרדה גבוהה של פני כדור הארץ וזאת באמצעות גלי מכ”ם בתחום ה-UWE (תחום רחב סרט).
המכ”ם תופס בצורה מדויקת את
הטופוגרפיה של שטח מסוים, את הצמחייה או השטח הבנוי וזאת ללא תלות במכשולי מזג אוויר וזמני היממה.
בפועל, לפני הכול השימוש ב-SAR מתרחש בלוויינים העוסקים בזיהוי מרחוק. כך בין השאר משתמשים בתהליך זה לוויינים מהסדרה ERS (ESA) ,CosmoSAR (איטליה) ו-NovaSAR (בריטניה), בנוסף לכך המערכות TerraSAR-X ו-TanDEM-X (גרמניה).
לווייני SAR מקיפים את כדור הארץ במסלולים נמוכים.
תחומי השימוש של
ה-SAR
טכניקת ה-SAR ניתנת ליישום בתחומים מרובים. להם אפשר לשייך גם את מיפוי כדור הארץ. בהקשר זה קיימת בעיה ודהיינו שמודל ה-3 בהתאם לאזור מספק הבדלים ניכרים בהתייחס להפרדה ודיוק.
מטרה אחת של תכניות הלוויינים הגרמניות TanDEM-X ו-TerraSAR-X היא ליצור מיפוי אחיד של פני כדור הארץ כמו גם מודל גובה (מודל הרמה דיגיטאלי, DEM). לכן במסגרת תוכנית ה-SAR הגרמנית, עד אמצע שנת 2013 נסרק כדור הארץ פעמים רבות, אחרי הכול בסביבות 150 מיליון קילומטרים מרובעים.
ממיפוי זה נהנים בין השאר מערכות ניווט בעבור כלי רכב, אוניות ומטוסים.
מפות ה-3 מהוות גם כאמצעי עזר חשוב בהגנה בפני אסונות, לדוגמא מפות של אזורי החוף כמו גם אזורים מעוירים מאפשרות להעריך טוב יותר את ההשפעות האפשריות של צונאמים וסופות כמו הוריקן, טורנאדו וכד’.
אפשר להשתמש בלווייני SAR כהשלמה למערכות המתריעות על התפרצויות הרי געש או רעידות אדמה.
מודל הגובה הדיגיטאלי עוזר לנו להבחין בשינויים גיאולוגיים, שינויים אשר לדוגמא מצביעים על התפרצות וולקנית שעומדת להתרחש.
גם לאחר התרחשות של אסון טבע השירותים של ה-SAR מביאים תועלת. כך בפרק זמן קצר אפשר ליצור מפות 3 של האזורים שנפגעו. בדרך זו קל יותר לרשויות לאמוד את המצב האמיתי במקום ולתאם את אמצעי ההצלה. הנ”ל תקף לפני הכול כאשר הראות באזור האסון שהתרחש מוגבלת אם עקב חשכה, מזג אוויר גרוע או היווצרות עשן כבד.
התועלת של התמונות המופקות ברב סרט SAR בטבע אינה מוגבלת רק באיתור והערכת התוצאות של קטסטרופות סביבתיות. כפי שניתן לראות בדוגמא של אקולוגיית היערות. כך באמצעות ה-SAR אפשר להסיק מסקנות לפי המבנה והמרקם של הייעור. בהתבסס על נתונים אלה יכולים אנשי המקצוע לבצע אנליזות אשר אחרת לא היו מתאפשרות וזאת במיוחד במקומות מיוערים גדולים כמו גם נידחים.
מדינות רבות מעניקות עדיפות גבוהה לחיפוש מקורות אנרגיה מתחדשת. גם לכך אפשר להשתמש ב-SAR: באמצעות תמונות
3 של תנועות הגלים בימים אפשר לעשות אנליזה של הדינמיקה, הגובה והגאות והשפל של גלי הים. באמצעות מידע זה אפשר לאתר מקומות המתאימים לבניית תחנות כוח המבוססות על הגאות והשפל של הים.
במיוחד בגרמניה קיים תחום נוסף לשימוש בטכניקת ה-SAR: המעקב אחרי מהלכי הנהרות. בעזרת מעקב SAR אנלוגי – אינטפרומטריה – מדידות של המהלך מתאפשר להסיק במדויק את מהלך הזרימה של רשת נהרות. נתונים אלו יכולים לסייע בהכנת תחזית וניבוי של הצפות ומסייעים בשיפור אמצעי המניעה.
במודלים של גובה בעלי הפרדה גבוהה, אפשר להשתמש, בין השאר, כדי לייצר את המידע הבא:
מפות של אזורים מוצפים ומודלים של הנתיבים בהם המים בוחרים לזרום.
סימולציה של אגני איסוף המים המתבססת על נתונים טופוגראפיים ומידע באשר לצמחיה הגדלה באזורים אלה
שינויים של הטופוגרפיה כמו גם הצמחייה.
ללא מיפוי טופוגרפי מדויק אין אפשרות להוציא אמירות באשר להתהוות של קרחונים יבשתיים כמו גם מסות הקרח בגרינלנד ובקטבים של כדור הארץ.
טכניקת – פס X – SAR מתאימה באופן מושלם לתעד שינויים שכאלה. רק על בסיס נתונים אלה יכולים מדענים לקבוע באיזו מהירות הקרחונים היבשתיים כמו גם שדות הקרח נמסים כתוצאה מהתחממות כדור הארץ ואילו השלכות כתוצאה מכך יהיו על גובה פני הים.
אגב ים: למרות שכ-90 אחוזים של תנועת הסחורות העולמית מתבצעת על האוקיינוסים והימים מכסים יותר מ-70 אחוזים של פני כדור הארץ אזי התנועה בימים מפוקחת פחות מאשר התנועה על פני היבשה או באוויר. גם כאן מסייע מכ”ם המפתח הסינתטי הלאה:
דימות SAR בסרט – S מאפשר לקבוע מבנים של פני השטח בכל מזג אוויר ובכל שעות היממה.
הנ”ל מקל על ההענשה בגין הפרות של תקנות איכות הסביבה כמו גם בגין חוקי התנועה הימיים.
התפקיד המרכזי של ממירי המולטי – נייקוויסט – D/A
מספר גדול של פרוייקטי מחקר מתעסקים בטכניקת המכ”ם כמו גם ביישומים הרבים שלה. לכן ה- (Ultra Wide Band Orthogonal Frequency Division Multipexing) מהווה טכניקה בעלת עתיד מבטיח, טכניקה שבאמצעותה אפשר לשפר את ההפרדה של תמונות המכ”ם. בהתאם לנוסחה הבאה נראה ברור איזה תפקיד חשוב תופס רוחב הפס של מערכת המכ”ם המדמה באשר להפרדה ( c = מהירות האור
ו-B = רוחב הפס השימושי):
מעבר לכך, חוקרים הוכיחו פעמים רבות את התועלת של אותות מכ”ם מיקרוגל דיגיטאליים בשילוב של תדירויות מרובות.
אות הווקטור-מיקרוגל הדיגיטאלי המוגדר ניתן להרכבה באמצעות תוכנה ייעודית אשר עושה זאת באמצעות קומבינציות של תת פסי תדירות.
טווחי תדירויות אלה יכולים להיות מופעלים או מושתקים במסגרת רוחב הפס B של המערכת.
ממיר ה-Mulii – Nyquist – D/A המיועד לשמש בחלל EV12DS130 בעל הפרדה של 12 ביט בעל קצב דגימה של 3GSamples/s, תומך בארבעה אזורי נייקוויסט עוקבים בעלי 1.5GHz.
ממיר כזה מסוג Quad – Nyquist – Gsampels/s – Digital – Analog יכול לעבד וקטורים של אותות דיגיטאליים מורכבים ושונים בתדירות של 1.5GHz.
הממיר, ממיר את אותות המיקרוגל אשר בכל אזורי הנייקוויסט מדומים מ-DC עד
6GHz.
ממיר D/A כזה מהווה בכך בסיס מוצק
לבניית שרשרת אותות אשר תומך ב-Software Defined Microwave ().
לכך אפשר להוסיף פיתוח טכניקות רבות עוצמה של UWB – SAR. טכניקות אלה יציעו למערכות ה-SAR העתידיות את האפשרות של ביצוע שדרוג “מרחוק” באמצעות תוכנה.
עם נתיב אות אשר מסופק ע”י
ה-Mulii Nyquist- DAC, מתאפשר לחלק לקבוצות את סרטי תת התדירויות לרכיבים של רוחבי סרט שונים 1B ,2B ,3B, או 4B. תתי סרט אלו יכולים להיות ממוקדים בתדירויות שונות בסרטים – L ,-S ,-C או X.
באמצעות הנ”ל אפשר ליצור ולהשיג תכונות פיזור מכ”ם ובסיס נתונים גדול שישמש ליצירת תמונות SAR.
הארצות שמעליהן משייטים לווייני ה-SAR מנצלות את ספקטרום התדירות הגבוהה בדרך שונה. באזורים שאינם מיושבים כמו מעל האוקיינוסים או מעל הקוטב לא משתמשים בתדירויות אלה ולכן הן יכולות לעמוד לרשות ה-SAR.
שרשראות אות מסוגלות – SDM – מציעות כאן אפשרות לשנות באופן דינאמי את סדר שיוך התדירות וזה בתלות באזור שמעליו חג באותו הרגע לוויין ה-SAR.
סיכום
בטכניקת ה-SAR הנתמכת ע”י לוויינים הושגו בשנים האחרונות הישגים משמעותיים. הדבר נכון במיוחד בעבור שרשראות אותות – אותות מיקרוגל מעורבים וטכניקות של
SAR – Waveform – Dversity.
דחף נוסף יכול להתקבל ע”י יישום טכניקות UWB מתקדמות.
פיתוחים אלה יגבירו בצורה משמעותית את הניצול של המעקב אחרי כדור הארץ, מעקב המתבסס על המכ”ם.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת אלקטרונדארט נציגת חברת e2v בישראל
