1 - مميزات اجهزة الاستشعار
تتميز الرادارات والأقمار الصناعية بقدرة هائلة على تغطية مساحات واسعة ومن هنا انتشر استخدامها في مجالات كثيرة مثل المسح الجيوغرافي والطبوغرافي ، الزراعة ، البيئة ، الفلك ، المراقبة ، إدارة الكوارث ، وتحديد الأبعاد الملاحة والارصاد الجوية واستخدامات حربية عسكرية في نطاق التجسس ومعرفة ارضية العدوا مما يعدوا كونها نظاما استراتيجيا للمجابهة والدفاع الدتي على غرار التطبيقات العلمية الكبيرة كسبر اغوار الكوكب و حتى المجرات بواسطة الاقمار الاستشعارية البعيدة المدى.
أما في مجال الأرصاد والتنبؤات الجوية فتتجلى فائدتها في القدرة على رصد مساحات واسعة في أزمان دورية متتالية وسريعة قد تصل أحيانا إلى 15 دقيقة كما هو الحال في الجيل الثاني من الأقمار الصناعية الأوروبية لغايات الرصد الجوي MSG1 . تعتمد آلية العمل في كل من القمر الصناعي والرادار على استقبال الإشعاع الكهرومغناطيسي القادم من جهة الجسم الراد استكشافه ( استشعاره ) وهذا الإشعاع قد يكون نتيجة إحدى حالتين :
1- إشعاع صادر عن الجسم نتيجة حرارته الداخلية حيث أن كل جسم له درجة حرارة أعلن من الصفر المطلق 0 كلفن ( 273 - س ) حسب قانون ستيفن - بولتزمان (I= σ* T^4 ) يشع أشعة كهر ومغناطيسية ( كلما زادت حرارة الجسم كلما زاد تردد الإشعاع المنبعث ).
2- إشعاع منعكس عن الجسم وفي هذه الحال أما أن يكون مصدر الإشعاع الذي على سقط الجسم وانعكس عنه جسم آخر أو مجس أداة الاستشعار نفسها.
وبتحري خصائص الإشعاع المستلم في أداة الاستشعار يمكن معرفة الكثير عن خصائص الأهداف المستشعرة حيث أن الإشعاع سواء كان مشعا أصلا من الجسم أو منعكسا عنه فانه سوف يحمل الكثير عن خصائص الجسم المستشعر الفيزيائية والكيميائية وتركيبه الهندسي . تتميز الرادارات عن الأقمار الصناعية بالية عمل المجسات الموجودة فيها حيث أن مجسات الرادارات هي من النوع الإيجابي (active sensors ). أي التي ترسل إشعاع كهر ومغناطيسي باتجاه الجسم الهدف ثم تلتقط الإشعاع المرتد عنه ويمكن أن تكون هذه الإشارة المرسلة نبضة مفردة واحدة أو نبضات مستمرة وفي هذه الحال يسمى الرادار بدوبلر رادار نسبة إلى العالم دوبلر الذي كان أول من لاحظ ظاهرة دوبلر ( وهي تغير تردد الذبذبات الصادرة عن الجسم المتحرك حسب حركته بالزيادة إذا كان مقتربا من المراقب أو بالنقصان إذا كان مبتعدا ) وفي الأرصاد الجوية يستخدم الرادار الجوي المستمر النبضات لتحديد مواقع الغيوم وكيفية حركتها .
2- تحليل الصور الرادارية
أ- هندسة الرادار:
أساسيات عمل الكاشوف: يرسل نبضة طاقة (الخضراء) على الجسم فتنتشر الارتدادات (أزرق) ويعود جزء بسيط منها إلى مصدره.
نظام الرادار يحتوي على العناصر التالية:المرسل وهو الذي يولد إشارة الراديو مع المذبذب مثل الماجنترون ( وهو صمام إلكتروني مغناطيسي) والكليسترون ويتحكم بعمل الدورة بواسطة مغير الموجة (modulator).
مرشد الموجة (waveguide) وهو متصل بالمرسل والمستقبل
المبدل التناوبي (duplexer) وهو -كما أسلفنا- يعمل على تناوب الهوائي ما بين إرسال واستقبال
المستقبل يعرف شكل الإشارة المستلمة أو(النبضة)، المستقبلات المثالية يكون لديها فلتر ملائم (matched filter)
الجزء الإلكتروني الذي يهيمن على المنظومة والهوائي لأداء المسح الراداري الذي يطلبه البرمجيات
وصلة المستخدم. الشكل 5.
الشكل 5. ألية عمل الرَّادار النبضي يُستخدم الرَّادار النَّبضي بكثرة. ويبين المخطَّط الأقسام الرئيسيَّة لمجموعة رادار نبضيّ نموذجي، ويوضح كيف يَكْشف هدفًا بعيدًَا.
نبضة الموجة الرادارية
على سبيل المثال اثناء طقص عاصف ترتطم الموجات المتعددة بقطرة مطر. هذه القطرة تنثر إلى الوراء قدرًا صغيرًا من الطاقة بصورة موجة راجعة تصل إلى طبق الرادار قبل أن يرسل الرادار نبضته التالية. وتدل قوة الموجة الراجعة على قياس القطرة الأفقي. وإذا كانت الريح تحرك القطرة، فإن الموجة المنعكسة التالية لن تكون متفقة في الطور مع الموجة الراجعة السابقة. ويدل الانزياح الطوري الدوپلري على اتجاه تحرك القطرة وسرعتها. وترسل رادارات الشبكة نيكسراد ما بين 860 و 1300 نبضة في الثانية بتردد قدره 3000 ميگاهرتز (MHz).
الشكل 4: الية الاستشعار الراداري
يتكون النظام الراداري من جهاز إرسال للإشارات الراديوية (وفي بعض التطبيقات إشارات بترددات صوتية أو إشارات بترددات فوق صوتية) والتي هي عادة إشارات تكون على هيئة نبضات متكررة، ومن جهاز استقبال يكشف ارتداد هذه الإشارات المرسلة بعد انعكاسها عن جسم ما له معامل انعكاسية مناسب ومقطع عاكس يتناسب مع شكل ونوع الجسم وطول موجة الإشارة المرسلة. تؤدي هذه العملية الرادارية إلى كشف وجود هذا الجسم في مسار إرسال الإشارات المرسلة، كما تؤدي إلى تحديد بعده الشعاعي عن موقع هوائي الإرسال من خلال حساب التأخير الزمني بين لحظة إرسال النبضة الراديوية ولحظة استقبالها آخذين بالحسبان سرعة انتشار الأمواج الراديوية في وسط الانتشار (التأخير الزمني يقابل مسير الإشارة الراديوية ضعف المسافة بين الهوائي والجسم). وتمكِّن هذه العملية الرادارية أيضاً في نظم الرادار الحديثة من حساب محدِّدات الجسم المختلفة كالأبعاد وسرعة الحركة النسبية.
يسمى الجسم الذي تنعكس عنه الموجة الراديوية بالهدف target إذا كان كشف هذا الجسم هو المقصود من العملية الرادارية، ويسمى بالعوائق clutter إذا كان الجسم غير مقصود في عملية الكشف.
(اضغط على الرابط لتحجيم الصورة )
الشكل (5) مخطط يبيّن مبدأ عمل ومجسم لمكونات الرادار.
يمكن أن يستخدم الرادار هوائياً خاصاً للإرسال وآخر للاستقبال، ولكن يستخدم عادة هوائي واحد للإرسال والاستقبال وذلك لتمكين نظام الرادار من تحريك الهوائي في فضاء البحث المطلوب (الشكل -5 , شكل 4).
يستخدم نموذج الإشعاع المروحي لهوائيات رادارات الكشف (زاوية إشعاع ضيقة في الاتجاه وعريضة في الارتفاع) ونموذج إشعاع قلمي لهوائيات رادارات ملاحقة الأهداف (زاوية إشعاع مخروطية صغيرة).
يحكم العملية الرادارية علاقة رياضية نسميها بمعادلة الرادار الأساسية تعتمد على محدِّدات مختلفة منها استطاعة المرسل ونمط ربح الهوائي والمقطع الراداري الفعال للجسم ومسافته المائـلة عن موقـع هوائي الرادار. كمـا أن تغيـر مواصفات تردد الإشارة المرسلة عند استقبالها يعطي دلالة عن سرعة الجسم بالاعتماد على خاصية دوبلر (تغير تردد الإشارة المنعكسة عن جسم ما نتيجة حركته).
إن الإشارات الراديوية المرسلة هي عادة إشارات كهرومغنطيسية توصف على شكل حامل ذي موجة جيبية عند التردد fc مع تعديل أحد معاملاتها أو عدد منها كالمطال وفرق الصفحة والتردد.
إن التغير الذي يلاحظ على الإشارات المرتدة من الهدف يمكن أن يزود المستقبل الراداري بمعلومات عن موضع الهدف أو يمكن أن يعطي معلومات تمكِّن من تحديد طبيعته. وبعبارة بسيطة فإن التأخير الزمني للإشارة المرتدة يعطي دلالة على قيمة مدى الهدف R كما أن الانزياح الترددي (انزياح دوبلر) يعطي دلالة على معدل تغير المسافة (سرعة الهدف). كما أن اتجاه الهوائي الذي يعطي القيمة الأعظمية للإشارة المرتدة يعطي زاوية الهدف بالسمت والاتجاه (يمكن استخدام مدلولات أخرى لهذه الغاية) وبالتالي نلاحظ إمكانية رسم مسار الهدف من أخذ هذه المعلومات بشكل تتابعي مع الزمن.
مكونات نظام الرادار
جميع أنظمة الرادار تعتمد في عملها على مبدأ الارسال والاستقبال ، ولكن هناك أنواع متــعددة مــن أنظمة الرادار لاختلاف طبيــعة الاســـتخدام وهي الشكل 4:
* "الرادار البسيط" وهو ابسط أنواع الرادار، في هذا النظام يقوم المحول بإرسال إشارات كهربائية متقطعة بفاصل زمني معين، وفي هذه الفواصل يقوم باستقبال صدى الموجات المنعكسة من الأجسام. ومعظم هذه الرادارات يتحرك هوائيها دائرياً حول نفسه، وهي ممتازة لتحديد مكان الأجسام وليست دقيقة جدا في تحديد السرعة.
* "الرادار المستمر" وهذا النوع يرسل الموجات باستمرار ودون انقطاع، وهي ممتازة في تحديد السرعة والاتجاه ولكن ليست دقيقة في تحديد المكان مثل الرادار البسيط، وبعض الأنظمة تقوم بضم النظامين معاً للتوصل إلى الحل الأمثل.
* "رادار التصويب" وهذا الرادار يستخدم في تقفي الأهداف الأرضية من الجو...
"رادار النظام المرحلي" معظم الرادارات تحتوي على واحد هوائي كبير ولكن يستطيع أن يتم دورة حول نفسه كما جاء سابقاً، ولكن هذا الرادار يحتوي على عدد من الهوائيات الصغيرة كل منها يستطيع أن يدور حول نفسه دورة كاملة، فبعد تحديد اتجاه كل هوائي يقوم المستقبل باستقبال إشارات كل هوائي ثم جمعها جميعا لتكون كإشارة واحدة، ما يميز هذا النوع هو أنه لو كان لديك رادار نظام مرحلي كبير جدا تستطيع تغيير اتجاهه أسرع من أي رادار آخر.
* "الرادار الفرعي" نظام الرادار الذي يرسل أشعة ثم يستقبل الصدى يسمى بالرادار الأساسي، وهناك نوع آخر يسمى الفرعي، يعمل مثل الأساسي لكن بالإضافة إلى أنه يقرأ موجات الرادار المشفرة، فيرسل موجات مشفرة للطائرة وهي عبارة عن أسئلة رقمية ويستقبل من الطائرة أجوبة خاصة مثل هوية الطائرة ومن أي دولة، وذلك لكي تتعرف الدفاعات الجوية عليها وتحدد إن كانت مسالمة أم عدائية، حركة المرور الجوي تعتمد بشكل أساسي على هذا النوع من الرادارات.
ب- تحليل الصور الردارية:
صورة الاحوال الجوية
رسم الخرائط بالرَّادار يُمْكن إجراؤه من طائرة، وهذه خريطة راداريةعلى متنزهات منطقة عسير(جبل مشرف)، على اليمين صور الامطار الغزيرة المشار اليها بمكان التغطية اما على اليسار اعلى صورة لقمر صناعي واسفل صورة رادارية لتلك الامطار .
تستخدم الصور الرادارية في عدد كبير من تطبيقات الاستشعار عن بعد مثل إعداد
الخرائط الجيولوجية والغطاء النباتي وأنماطه وشبكات الصرف الصحي. كذلك تستخدم في دراسة ماتحت السطح لأن أشعة الموجات القصيرة التي تستخدم في الرادار تستطيع اختراق السطح، وقد ثبت فعلاً اختراقها للسطح لعمق 30متر، ويتوقف عمق الاختراق على ثلاثة عوامل هي الشكل 3:
ـ طول الموجة: فكلما كانت الموجة أطول كان الاختراق أكبر (الشكل6).
ـ نسبة الرطوبة: فكلما كانت الرطوبة أقل كان الاختراق أكبر.
ـ قوام التربة: فكلما كان القوام أخشن كان الاختراق أكبر. وقد استخدمت أجهزة الرادار لكشف ماتحت السطح في البحث عن المياه الجوفية وأثبتت هذه الطريقة نجاحها في معظم الحالات خاصة في حال جفاف ماتحت السطح، لأن الرطوبة الزائدة أو المياه توهن الإشارة الرادارية وتقلل من كمية الأشعة المرتدة مما يؤدي إلى تسجيل الإشارة بشدة لونية عاتمة تدل على وجود مياه. إن تحليل الصور الرادارية يشبه تحليل الصور الفضائية ولكن الحصول على الصور الرادارية يتم بالموجات القصيرة لذلك فإن الصور الرادارية تمثل الصفات التي تؤثر في مقدرة المواد المصورة على عكس ترددات الموجات القصيرة، وربما يحصل عدم فهم هذه الصور بسبب ظهور بعض المواد المصورة التي يؤثر مظهرها في الصور الفضائية العادية، فالصور الفضائية العادية تمثل الأشعة المنعكسة عن المواد المصورة التي تتأثر بالكثير من صفات المادة.
(الشكل6) منحنيات الانعكاس الطيفي للتربة والنبات والماء
ومن الملاحظ ان الصور الرادارية تتأثر بخشونة السطح أو نعومته فإشارة الرادار المرتدة بقوة تظهر على الصورة بشدة لونية فاتحة وتدل على وجود مظاهر طبوغرافية مختلفة. أما الإشارة المتوسطة فتظهر بشدة لونية متوسطة تدل على المناطق المفتوحة والحقول المنبسطة، أما الإشارة الضعيفة فتظهر بشدة لونية عاتمة وتدل على المظاهر الهيدرولوجية والأجسام المائية والسطوح الناعمة ومن اهم الاجهزة المستخدمة في الاستكشاف اجهزة السونار (اضغط على رابط الصورة للتحجيم ).
شكل 8 : طائرة E-3 awacs مزودة بنظام رادار متعدد الاغراض
........................ .........................
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)