Uzaktan Algılama Dersi 4. Ünite Sorularla Öğrenelim

Mikrodalga uzaktan algılama sistemleri nedir?

Mikrodalga uzaktan algılama sistemleri adından da anlaşılacağı gibi elektromanyetik spektrumun görünür dalga boyundaki dalgalar yerine mikrodalga frekans bandında yer alan dalgalar ile çalışan sistemlerdir.

Günlük hayatta hangi mikrodalga uzaktan algılama sistemi kullanılmaktadır?

Günlük hayatta farklı amaçlara yönelik birçok mikrodalga uzaktan algılama sistemi kullanılmaktadır; örn. tıbbi amaçlara yönelik kullanılan manyetik rezonans görüntüleme (MR), polis hız radarı, ev ve arabalara anahtarsız giriş sağlayan radyo frekansı tanımlama sistemleri, vb.

Mikrodalga uzaktan algılama sistemleri hangi gruba ayrılmaktadır?

Mikrodalga uzaktan algılama sistemleri çalışma prensiplerine göre aktif ve pasif mikrodalga algılama sistemleri olarak 2 ana gruba ayrılmaktadır. Aktif sistemler kendi yaydıkları enerji ile algılama yapan sistemler, pasif sistemler ise farklı kaynaklardan (örn. FM radyo yayınları, telsiz iletişim sinyalleri, vb.) ya da yeryüzünden doğal olarak yayımlanan mikrodalga enerjisini algılayan sistemlerdir.

Aktif algılayıcı sistemlere örnek nelerdir?

Aktif algılayıcı sistemlere örnek olarak radar sistemleri, pasif algılayıcı sistemlerine örnek olarak pasif mikrodalga radyometresi verilebilir.

Pasif mikrodalga uygulamaları neden sınırlı kılınmaktadır?

Mikrodalga bölgesinde yayılan enerji çok düşük olduğundan kullanılan pasif algılayıcı sistemlerden elde edilen mekânsal çözünürlük oldukça düşüktür, bu ise pasif mikrodalga uygulamalarını sınırlı kılmaktadır.

Radar sistemleri kaç gruba ayrılmaktadır?

Radar sistemleri görüntü veren ve görüntü vermeyen olmak üzere 2 ana gruba ayrılmaktadır. Görüntü veren radar sistemleri adından da anlaşılacağı gibi çıktı olarak bir görüntü üretirken (örn. ENVISAT uydu radar sistemi), görüntü üretmeyen radar sistemleri (örn. altimetre) ile hedefe ait hız ya da uzaklık bilgisi elde edilir.

Radar sistemleri niçin yaygın olarak kullanılmaktadır?

Radar görüntüleme sistemlerinde kullanılan mikrodalga enerji, sistem tarafından gönderildiğinden Güneş ışığına gerek duyulmadan algılama yapılır. Diğer yandan mikrodalga ışınımı, buluta nüfuz edebildiğinden radar görüntüleme sistemleri ile gece veya gündüz, hemen hemen (küçük mikrodalga boylarında çok kuvvetli yağış durumu dışında) her türlü hava koşullarından bağımsız görüntü elde etmek mümkündür. Bu özelliği nedeniyle radar görüntüleme sistemleri özellikle bulut yoğunluğu fazla olan bölgelerde ve istenilen zamanda görüntü
alınabilmesi nedeniyle birçok bilimsel araştırma ve uygulama çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Mikrodalga uydu gözleme sistemlerinde gözlenen teknolojik ilerlemelerin ana kaynağı nedir?

İkinci Dünya Savaşı süresince radar teknolojisinde kaydedilen gelişmeler, günümüzde mikrodalga uydu gözleme sistemlerinde gözlenen teknolojik ilerlemelerin ana kaynağıdır.

İlk sivil mikrodalga gözlem uydusu nedir?

İlk sivil mikrodalga gözlem uydusu ise NASA tarafından 28 Haziran 1978’de fırlatılan SEASAT SAR (Synthetic Aperture Radar - Yapay Açıklıklı Radar) uydusudur.

Günümüzde uzaktan algılama amacıyla kullanılan kaç temel mikrodalga algılama sistemi bulunmaktadır?

Günümüzde uzaktan algılama amacıyla kullanılan dört temel mikrodalga algılama sistemi bulunmaktadır. Bunlar altimetre, radyometre, saçılım ölçer ve yapay açıklıklı radar sistemleridir.

Mikrodalga altimetre sistemleri nedir?

Mikrodalga altimetre sistemleri, uzaktan algılama platformu ile yer yüzeyi arasındaki uzaklığı ölçmek amacıyla kullanılırlar. Görüntü vermeyen bu radar algılama sisteminde uzaklık ölçümü, nadir (yeryüzüne dik) doğrultuda vericiden gönderilen sinyalin (mikrodalga enerjisinin) alıcıya geri dönmesi için geçen süre belirlenerek yapılmaktadır.

Mikrodalga radyometre sistemleri nedir?

Mikrodalga radyometre sistemleri pasif görüntüleme radarları olup 1-1000 GHz bandı arasında çalışırlar. Mikrodalga radyometre sistemleri belirli dalga boyu aralığındaki ışıma değerlerini kaydeden görüntüleme cihazlarıdır. Kaydedilen bu ışıma değerleri daha sonra nem, yağış ve hatta rüzgâr şiddeti, vb. atmosferik gözlemlere bazı bilimsel eşitlikler yardımıyla dönüştürülebilir.

Saçılım ölçer nedir?

Saçılım ölçer aktif bir mikrodalga algılama sistemidir ve yeryüzünün birim alandaki mikrodalga saçılım katsayısını ölçer. Mikrodalga saçılım değerleri kullanılarak deniz yüzeyi üzerindeki rüzgâr yönü ve hızı hakkında bilgi edinilebilir.

Saçılım ölçer sistemler hangi amaçlar için kullanılır?

Saçılım ölçer sistemler bitki örtüsü, toprak nemliliği ya da buzulların izlenmesine yönelik olarak da kullanılmasına rağmen tasarım amacı deniz yüzeyi üzerindeki rüzgâr tahminidir.

Yapay Açıklıklı Radar sistemleri nedir?

SAR sistemleri gelen mikrodalga işaretinin hem faz hem de genlik bilgisini ölçmektedirler. Yapay açıklıklı radar görüntülerinde genlik, hedefin (yeryüzü cisimlerinin) elektriksel özelliklerine (veya nem içeriği) ve yüzeyin pürüzlülüğüne bağlıdır.

Yapay açıklıklı radarlar hangi amaçlar için kullanılır?

Yapay açıklıklı radarlar ile elde edilen faz bilgisi radar ile hedef arasındaki uzaklık ile ilişkilidir. Bu bilgiden yola çıkarak topoğrafik ölçümlerin yanı sıra yanardağ, deprem veya maden arama çalışmaları nedeniyle yer yüzeyinde oluşan çökme ve kabarmalar görüntülenebilmektedir.

Darbeli radarlar nedir?

Darbeli radarlar, genellikle tek bir anten üzerinden belirli aralıklarla gönderilen kısa mikrodalga işaretin hedeften yansıdıktan sonra aynı antene geri gelmesi ile çalışırlar. Örneğin, ENVISAT uydusundaki altimetre sistemi darbeli bir radar sistemidir. Sürekli dalga ile çalışan sistemlerde ise iki ayrı anten üzerinden işaretler sürekli olarak gönderilip alınır.

Sürekli dalga ile çalışan sistemleri nedir?

Sürekli dalga ile çalışan sistemlerde ise iki ayrı anten üzerinden işaretler sürekli olarak gönderilip alınır.

Sistem nelerden oluşur?

Sistem, belirli bir frekansta tekrarlı dalga (darbe) gönderen verici, geri yansıtılan sinyali alan, filtreleyen ve güçlendiren alıcı, hem verici hem de alıcı tarafından kullanılan anten ve geri dönen sinyali kayıt eden kaydediciden oluşur.

Radar işareti nedir?

Sistemin algıladığı mikrodalga radar işareti kompleks bir yapıya sahiptir. Genlik (vektörün uzunluğu) ve faz (vektörün yönü) bilgisi içeren radar işareti gerçel ve sanal kısımlardan oluşan bir vektör olarak ifade edilir.

Doppler etkisi nedir?

Evre uyumlu sistemler ile radara göre bağıl hızla hareket eden cisimlerden radara gelen ardışık faz işaretindeki frekans değişikliği gözlenebilir. Bu olaya Doppler etkisi denilir.

Radar sistemlerinde temel sistem parametrelerinden biri nedir?

Radar sistemlerinde temel sistem parametrelerinden biri kullanılan dalga boyudur. Günümüzde kullanılan birçok mikrodalga uydu sisteminde 30cm ile 3mm arasındaki dalga boyları kullanılmaktadır.

Radar dalga boyunun ayırt edilmesi istenen yüzey cisimlerinin boyutu ile ilişkisi nasıl olmalıdır?

Radar dalga boyunun ayırt edilmesi istenen yüzey cisimlerinin boyutuna yakın olması gerekir. Diğer bir deyişle farklı uygulamalarda kullanılacak radar uydu verisi seçiminde ilgilenilen cisme yakınsayacak dalga boyunun dikkate alınması gerekir.

Menzil nedir?

Darbe radarlarında darbe tekrar sıklığını belirleyen faktörlerden biri olan menzil, radar anteni ile hedef yansıtıcı merkezi arasındaki eğik uzaklıktır. menzil yönündeki çözünürlük (mesafe ayırma gücü) ışık hızında ilerleyen mikrodalga işaretinin darbe süresince kat ettiği yola eşittir. Bu ise mikrodalga ileticisinin ne kadar süre açık kaldığı ile ilişkilidir.

Anten niçin önemli bir sistem elemanıdır?

Anten, tıpkı merceğin ışığı odaklaması gibi, mikrodalga ışımasının demet genişliğini (saçılma alanını) belirlediği için önemli bir sistem elemanıdır. Sabit dalga boyundaki bir mikrodalga için anten boyu arttıkça demet açıklığı azalmaktadır. Azalan demet açıklığı sayesinde daha yüksek mekânsal çözünürlüğe sahip veri elde edilebilmektedir.

Gerçek açıklıklı radar sistemleri nedir?

Antenin fiziksel özelliği olan gerçek demet açıklığı ile aynı çözünürlükte çalışan radar sistemlerine gerçek açıklıklı radar sistemleri denir. Gerçek açıklıklı radar sistemlerinde uçuş yönündeki çözünürlük anten demet genişliği ile birebir orantılıdır.

Yapay açıklıklı radar sistemleri neden geliştirilmiştir?

Gerçek açıklıklı radarlarda yüksek mekânsal çözünürlüğün elde edilmesi için kısa dalga boyu (yüksek frekans) ve uzun antenlere ihtiyaç vardır. Anten boyu uçak ya da uydunun taşıma kapasitesiyle, dalga boyu da verici teknolojisi ve atmosfer yutulma bantları ile sınırlıdır. Bu nedenle yapay açıklıklı radar sistemleri geliştirilmiştir.

Yapay açıklıklı radar sistemler sayesinde hangi algılamaları yapmak mümkündür?

Yapay açıklıklı sistemlerde Doppler etkisinden yararlanan çeşitli işaret işleme teknikleri ile hareketli bir radar anteni, hareket doğrultusu üzerine yerleştirilmiş birçok anten kullanılıyormuş gibi işlenmektedir. Yapay açıklıklı sistemler sayesinde küçük antenler ile uçuş yönünde yüksek çözünürlükte algılama yapmak mümkündür.

Bakış açısı nedir?

Yapay açıklıklı radarlar yer yüzeyine belirli bir açı ile bakmak zorundadırlar. Çünkü yapay açıklık, görüntüdeki hedefin Doppler etkisinin gözlenmesi ile elde edilir. Dik (nadir) doğrultuda bakılması durumunda ise radarın sol ve sağ yanında bulunan hedefler özgün Doppler değerine sahip olacaktır. İstenmeyen bu durumun önüne geçebilmek ve her bir hedefin Doppler değerinin olmasını sağlamak amacıyla antene en azından anten açıklığı kadar bir açı verilir. Bu açıya radar bakış açısı denir.

Polarizasyon nedir?

Radar görüntüleme sistemlerinin diğer önemli bir sistem parametresi de gönderilen ve alınan işaretin polarizasyonudur. Polarizasyon, elektromanyetik dalganın
elektrik alan vektör yönünü (veya gönderiliş biçimi) gösterir ve elektromanyetik dalgayı oluşturan elektrik alan yönünün yeryüzüne göre konumuna bakılarak belirlenir.

Polarizasyon türleri nelerdir?

Genelde 3 farklı polarizasyon türü vardır; (i) Düşey / Yatay Doğrusal Polarizasyon, (ii) Sağ / Sol Dairesel Polarizasyon, (iii) Sağ / Sol Eliptik Polarizasyon

Alıcıya dönen işareti belirleyen önemli faktörlerden biri nedir?

Elektromanyetik dalganın polarizasyonu ile hedefin fiziksel şekli, alıcıya dönen işareti belirleyen önemli faktörlerden biridir.

Radar görüntülerinde hedef parametrelerinden biri nedir?

Radar görüntülerinde radar sistemleri kadar görüntülenen alanın fiziksel özellikleri de önemlidir. Önemli hedef parametrelerinden birisi cisimlerden dönen geri yansıtım (backscattering) değeridir. Radar sistemlerinde alıcıya gelen güç, anten verimi, menzil, geliş açısı ve geri yansıtım değerine göre belirlenir.

Nokta hedefler nedir?

Alıcıda elde edilen güç radar menzil çözünürlüğü içerisinde yer alan tüm alanların toplam değeridir. Yansıtma yüzey alanları radar menzil çözünürlüğünden küçük olan cisimlere nokta hedefler denir.

Hacimsel saçıcılar nedir?

Doğada bazı noktasal hedefler olmakla birlikte daha çok hacimsel saçıcılar mevcuttur. Hacimsel saçıcılar radar menzil çözünürlük hücresinde radar dalga boyunda veya daha küçük birçok saçıcıdan oluşur. Hacimsel saçıcılara en iyi örnek ormanlık alanlardır.

Penetrasyon derinliği nedir?

Mikrodalga ışınlar bulutlara nüfuz edebildiği gibi dalga boyundan küçük cisimlerin belirli oranda altını görebilmesine penetrasyon, hedef yüzeyi ile en alt yansıtıcı yüzey arasındaki uzaklığa da penetrasyon derinliği denir. Penetrasyon derinliği dalga boyu ile doğrusal bir ilişkiye sahiptir ve bu nedenle penetrasyon olayı daha çok düşük frekanslı sistemler ile gözlenir.

Radar görüntüleri nasıl oluşur?

Radar görüntüleri yeryüzündeki cisimlerden radara geri yansıyan mikrodalga enerjinin alıcı tarafından algılanması ile oluşur. Geri yansıyan mikrodalga enerjiye cismin dielektrik özelliği (nem miktarı) ve yüzey pürüzlülüğü etki etmektedir. Nem miktarı radar yansıtımını arttıran bir özelliktir. Özellikle uzun mikrodalga boylarında penetrasyon kabiliyeti yüksek olduğundan bu sayede yüzey altı su içeriği hakkında bilgi edinilebilmektedir.

Yüzey pürüzlülüğü, radar yansıtımını nasıl etkiler?

Yüzey pürüzlülüğü de radar yansıtımını arttıran bir özelliktir. Yüzey pürüzlülüğü arttıkça difüz yansıtım özelliğine bağlı olarak radar alıcısına geri dönen enerji yüksek olacaktır. Ayrıca şehir bölgeleri gibi yüzey pürüzlülüğünün (sokak ve binalardan oluşan sıra dizileri) çok fazla olduğu bölgelerde radar dalgası köşe yansıtımına (double bounce-çift sıçramalı) sahip olacağından görüntüde oldukça açık renk tonunda gözükecektir. Eğer binalar sıra oluşturmuyorsa nokta hedef olarak kuvvetli bir geri yansıtım olarak radara geri dönüş yapacaktır.

Seçilen dalga boyu, yüzey pürüzlülüğü ile radar geri yansıtımı arasında nasıl etkileşim yaratır?

Seçilen dalga boyu, yüzey pürüzlülüğü ile radar geri yansıtımı arasındaki etkileşimde göz önünde bulundurulmalıdır. Diğer bir ifade ile bir dalga boyunda düz olarak algılanan bir yüzey daha kısa bir dalga boyunda pürüzlü bir yüzey olarak algılanabilir.

Radar görüntülerinin optik görüntülerden farkları nelerdir?

Radar görüntüleri optik görüntülerden farklı olarak kendilerine özgü bazı özelliklere sahiptir. Bu özelliklerin en belirgin olanı benek (speckle) gürültüsüdür. Yapay açıklıklı radar sistemleri (SAR) görüntülerinin optik görüntülerden diğer farklı bir özelliği SAR işlemcisinde yer alan görüntü oluşturma teknikleri sonucu, radar görüntülerindeki radyometrik çözünürlüğün (parlaklık değerlerinin dinamik aralığı) optik görüntülere kıyasla çok daha yüksek olmasıdır.

Benek etkisi nedir?

Benek etkisi radar dalga boyuna göre çok büyük olan radar çözünürlük hücresinde yer alan cisimlerin rastgele yansıma değerlerinin evre uyumlu radar ile alınması sonucu oluşmaktadır. Diğer bir deyişle aynı çözünürlük hücresi içinde yer alan yansıma değerlerinin rastgele toplamı, rastgele değişen faz değerleri uyumlu ise yüksek, uyumsuz ise düşük bir değer olmaktadır. Benek gürültüsü çarpımsal bir etkidir ve parlaklığı yüksek olan yerlerde daha yüksek oranda gözlenir.

Benek etkisinin giderilmesi için en basit yöntem nedir?

Benek etkisinin giderilmesi için birçok işaret işleme yöntemi geliştirilmiştir. İşlenmiş SAR görüntülerinde benek gürültüsünü gidermek amacıyla uygulanacak en basit yöntem alçak geçirgenli filtreleme ile bu etkinin bastırılmasıdır. Ancak bu işlem, radarın mekânsal çözünürlüğünü de azaltmaktadır.

SAR görüntülerinde geometrik bozulmalar meydana gelmesinin nedeni nedir?

SAR görüntülerinde optik görüntülerden farklı olarak bazı geometrik bozulmalar meydana gelmektedir. Bunun nedeni SAR görüntü sistemlerinin cisimleri, yansıyan mikrodalga ışımanın hedefe gidip gelme süresine bağlı olarak konumlamasından kaynaklanmaktadır.

Yakın-alan-kısalması nedir?

SAR görüntülerinde görüntüleme, açılı yapıldığı için radara doğru bakan açılı yüzeylerde piksellerin boyu biraz daha küçük iken, radar bakış yönüne zıt yöndeki eğimli piksellerin boyu biraz daha uzundur. Bu değişiklik radara bakan alanların kısalmış gibi gözükmesine neden olduğundan, bu etkiye “yakın-alan-kısalması (foreshortening)” denilmektedir

Yana yatma nedir?

Cisimler radara olan uzaklıklarına göre görüntü üzerinde konumlandırıldığından, dik yamaçların bulunduğu görüntülerde yatay eksende radara uzak ancak yüksek hedeflerden yansıyan mikrodalga işaret, yatayda radara daha yakın ve alçak noktalardaki mikrodalga işaretten daha önce algılanacaktır. Bu tür bozunma “yana yatma (overlay)” olarak adlandırılmaktadır.

Mikrodalga sistemleri hangi uygulamalarda kullanılmaktadır?

Mikrodalga sistemleri ve alınan veriler kara, deniz ve atmosfer olaylarının incelenmesine yönelik birçok farklı uygulamada etkin olarak kullanılmaktadır.

Radar sistemleri meteorolojide nasıl kullanılmaktadır?

Radar sistemleri meteorolojide özellikle kısa süreli hava durumu tahminlerinin yapılmasında ve şiddetli hava olaylarına karşı önlemlerin alınmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Meteorolojik uydular üzerinde bulunan uydu-bazlı radar sistemlerinin yanı sıra yer-bazlı radar sistemleri de mevcuttur.

Meteorolojik amaçlı hava gözlem radarlarında ölçme nasıl yapılmaktadır?

Meteorolojik amaçlı hava gözlem radarlarında ölçme, radardan gönderilen mikrodalga enerjinin havada asılı bulunan su zerreciklerine çarpıp radara geri dönmesi ile yapılmaktadır. Radarda ölçülen mikrodalga enerji havada asılı bulunan zerreciklerin türüne göre (yağmur, kar, dolu, vb.), ve şiddetine göre (hafif yağmur, sağanak, vb.) değişmektedir.

İklim değişikliği radar sistemleri ile nasıl izlenmektedir?

Nedeni ister doğal ister insan kaynaklı olsun iklim değişikliğinin yol açtığı değişikliklerin izlenmesi önem taşımaktadır. Uydular üzerinde bulunan radar altimetre sistemleri, radarın yeryüzünden yüksekliğini ölçebildiği gibi, uydunun uzaydaki konumu bilindiği için deniz yüksekliklerindeki değişimlerinin de ölçebilmektedir. İklim değişikliğinin yeryüzündeki etkileri bölgelere göre farklılık gösterse de, tüm dünyayı etkileyen bölgesel ve/veya global iklim değişimlerinin izlenmesi mümkün olmaktadır.

İklim değişikliği nasıl incelenmektedir?

İklim, yeryüzünün herhangi bir yerinde hava koşullarının uzun yılların ortalaması alınarak belirlenir. Bu nedenle iklim değişikliklerinin incelenmesi için de uzun yıllar boyunca bilgilerin toplanması gerekir. Uzaktan algılama uydularının yaşam süreleri tasarımlarına göre değişmekle birlikte genellikle 3-10 yıl arasındadır. Dolayısıyla iklim değişikliği etkilerinin gözlenmesi için birden çok uzaktan algılama uydusundan alınan verilerin analizi gereklidir.

Depremler nasıl oluşmaktadır?

Depremler fay hatları üzerinde tektonik hareketler nedeni ile biriken stresin aniden salıverilmesi ile oluşmaktadır. Deprem sırasında açığa çıkan güç yeryüzünde geniş alanları etkiler ve hatta bazen başka depremleri de tetikleyebilir.

Yeryüzü hareketleri nasıl ölçülebilir?

Yapay açıklıklı radar uyduları evre uyumlu radar sistemleri oldukları için yeryüzü hareketlerini geniş alanlarda hassasiyetle ölçebilirler.

Evre uyumlu radarlarda yansıyan işaretin faz bilgisi nelere bağlıdır?

Evre uyumlu radarlarda yansıyan işaretin faz bilgisi büyük ölçüde hedef ile uydu arasındaki mesafeye, atmosferik koşullara ve hedefin elektromanyetik özelliklerine bağlıdır. Hedefin elektromanyetik özellikleri hedef yapısına (toprak, ağaç, telefon direği, ev, vb.) ve dış etkenlere (toprak nemliliği, yağış, rüzgâr, vb.) bağlı olmakla birlikte özellikle kısa süreler için sabit olduğu kabul edilir.

Mikrodalga uzaktan algılama sistemlerini çalışma prensiplerine göre nasıl gruplandırılır?

Mikrodalga uzaktan algılama sistemleri çalışma prensiplerine göre aktif ve pasif mikrodalga algılama sistemleri olarak 2 ana gruba ayrılmaktadır. Aktif sistemler kendi yaydıkları enerji ile algılama yapan sistemler, pasif sistemler ise farklı kaynaklardan (örn. FM radyo yayınları, telsiz iletişim sinyalleri, vb.) ya da yeryüzünden doğal olarak yayımlanan mikrodalga enerjisini algılayan sistemlerdir. Aktif algılayıcı sistemlere örnek olarak radar sistemleri, pasif algılayıcı sistemlerine örnek olarak pasif mikrodalga radyometresi verilebilir.

Radar görüntüleme sistemleri iklim ve hava koşullarından etkilenir mi? Açıklayınız.

Radar görüntüleme sistemlerinde kullanılan mikrodalga enerji, sistem tarafından gönderildiğinden Güneş ışığına gerek duyulmadan algılama yapılır. Diğer yandan mikrodalga ışınımı, buluta nüfuz edebildiğinden radar görüntüleme sistemleri ile gece veya gündüz, hemen hemen (küçük mikrodalga boylarında çok kuvvetli yağış durumu dışında) her türlü hava koşullarından bağımsız görüntü elde etmek mümkündür. Bu özelliği nedeniyle radar görüntüleme sistemleri özellikle bulut yoğunluğu fazla olan bölgelerde ve istenilen zamanda görüntü alınabilmesi nedeniyle birçok bilimsel araştırma ve uygulama çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Günümüzde uzaktan algılama amacıyla kullanılan dört temel mikrodalga algılama sisteminden altimetre radar sistemlerini kısaca açıklayınız.

Günümüzde uzaktan algılama amacıyla kullanılan dört temel mikrodalga algılama sistemi bulunmaktadır. Bunlar altimetre, radyometre, saçılım ölçer ve yapay açıklıklı radar sistemleridir.
Mikrodalga altimetre sistemleri, uzaktan algılama platformu ile yer yüzeyi arasındaki uzaklığı ölçmek amacıyla kullanılırlar. Görüntü vermeyen bu radar algılama sisteminde uzaklık ölçümü, nadir (yeryüzüne dik) doğrultuda vericiden gönderilen sinyalin (mikrodalga enerjisinin) alıcıya geri dönmesi için geçen süre belirlenerek yapılmaktadır. Platform yüksekliği yanı sıra okyanus yüzeyine ait baskın dalga yüksekliği, dalga sıklığı, vb. bilgiler de elde edilebilmektedir.

Günümüzde uzaktan algılama amacıyla kullanılan dört temel mikrodalga algılama sisteminden radyometre radar sistemlerini kısaca açıklayınız.

Mikrodalga radyometre sistemleri pasif görüntüleme radarları olup 1-1000 GHz bandı arasında çalışırlar. 1. Ünite’de anlatıldığı üzere mutlak sıfır (-273°C) sıcaklığın üzerindeki her cisim sıcaklığı ile orantılı şekilde mikrodalga ışıması yapmaktadır. Mikrodalga ışıma değeri, dalga boyuna, cismin sıcaklığına ve yayım parametresine bağlıdır.

Radyometrik sistemlere örnek olarak Tropik Yağış Ölçüm uydusu (Tropical Rainfall Measurement Mission, TRMM) üzerinde yer alan TRMM Mikrodalga Radarı (TRMM Microwave Imager, TMI) verilebilir.

Günümüzde uzaktan algılama amacıyla kullanılan dört temel mikrodalga algılama sisteminden saçılım ölçer radar sistemlerini kısaca açıklayınız.

Saçılım ölçer aktif bir mikrodalga algılama sistemidir ve yeryüzünün birim alandaki mikrodalga saçılım katsayısını ölçer. Saçılma katsayısı (?0) noktasal hedefler için yansıtıcı yüzey alanı ile ilişkili olduğundan yansıtma yüzey alanı (radar cross section) olarak da tanımlanır.

Mikrodalga saçılım değerleri kullanılarak deniz yüzeyi üzerindeki rüzgâr yönü ve hızı hakkında bilgi edinilebilir. Bu amaçla rüzgârın etkisi ile su yüzeyinde oluşan küçük dalgaların saçılım değerleri farklı yönlerde kısa gözlem aralıkları ile toplanır. Farklı açılarda alınan ölçümler sayesinde rüzgârın hangi yönde estiği belirlenebilir.

Günümüzde uzaktan algılama amacıyla kullanılan dört temel mikrodalga algılama sisteminden yapay açıklıklı radar sistemlerini kısaca açıklayınız.

En yaygın olarak kullanılan ve genelde SAR olarak bilinen Yapay Açıklıklı Radar sistemleri geliştirilmeden önce antenin gerçek açıklığı kullanılarak görüntüleme yapan Gerçek Açıklıklı (Real Aperture) veya Yan Bakışlı Radar (Side-Looking Radar) sistemleri olarak bilinen radar görüntüleme sistemleri kullanılmaktaydı. Ancak bu sistemde uçuş yönündeki mekânsal çözünürlük anten açıklığı ile ters orantılı olduğundan diğer bir ifade ile yüksek mekânsal çözünürlüklü görüntü alınamadığından yapay olarak radar anten açıklığının bir takım sayısal işlemler ile arttırılması sağlanmıştır. 1950’den bu yana kullanılan bu sistemde radar anteni önce istenilen anten açıklığı boyunca hareket ettirilerek belirli zaman aralıklarında ölçümler alınır ve daha sonra bu veriler eş zamanlı toplanarak yapay bir açıklık oluşturulur. Diğer bir ifade ile gerçek fiziksel açıklığa eş büyük bir yapay açıklık oluşturularak hava ve uzay platformlarına yerleştirilen radar sistemlerinde daha yüksek mekânsal çözünürlüklü görüntü alınabilmesi mümkün olmuştur.

SAR sistemleri gelen mikrodalga işaretinin hem faz hem de genlik bilgisini ölçmektedirler. Yapay açıklıklı radar görüntülerinde genlik, hedefin (yeryüzü cisimlerinin) elektriksel özelliklerine (veya nem içeriği) ve yüzeyin pürüzlülüğüne bağlıdır.

Yapay açıklıklı radarlar ile elde edilen faz bilgisi radar ile hedef arasındaki uzaklık ile ilişkilidir. Bu bilgiden yola çıkarak topoğrafik ölçümlerin yanı sıra yanardağ, deprem veya maden arama çalışmaları nedeniyle yer yüzeyinde oluşan çökme ve kabarmalar görüntülenebilmektedir.

Günümüzde kullanılan mikrodalga uydu sisteminde çoğunlukla hangi ölçümler arası dalga boyları kullanılır?

Diğer optik sistemlerden farklı olarak yeryüzünü eğik olarak algılayan mikrodalga uzaktan algılama sistemleri kullanıldıkları amaçlara göre değiştirilebilen birçok temel parametreye sahiptir. Radar sistemlerinde temel sistem parametrelerinden biri kullanılan dalga boyudur. Günümüzde kullanılan birçok mikrodalga uydu sisteminde 30cm ile 3mm arasındaki dalga boyları kullanılmaktadır. Dalga boyu ile frekans birbirleri ile ters orantılı olup birbirlerinin yerine de kullanılırlar.

Dalga boylarının farklı ölçümlerde kullanılmasının sebebi nedir?

Radar dalga boyunun ayırt edilmesi istenen yüzey cisimlerinin boyutuna yakın olması gerekir. Diğer bir deyişle farklı uygulamalarda kullanılacak radar uydu verisi seçiminde ilgilenilen cisme yakınsayacak dalga boyunun dikkate alınması gerekir. Örneğin, 

• Kısa dalga boyları (Ka = 0.5 - 1 cm), çok küçük cisimler; örn. yağmur damlalarının algılanması
• Orta dalga boyları (X / C = 2 - 6 cm), küçük cisimler; örn. bitki örtüsü yapraklarının algılanması
• Uzun dalga boyları (L = 10 - 30 cm), büyük cisimler, örn. jeolojik yüzeylerin / ağaç gövde ve dallarının algılanması 

Bakış açısı nedir?

Yapay açıklıklı radarlar ile küçük bir antenle uçuş yönünde yüksek mekânsal çözünürlük elde etmek mümkün olsa da, uzaklık ayırma kabiliyeti (menzil çözünürlüğü) gerçek açıklıklı radarlar ile aynıdır.
Yapay açıklıklı radarlar yer yüzeyine belirli bir açı ile bakmak zorundadırlar. Çünkü yapay açıklık, görüntüdeki hedefin Doppler etkisinin gözlenmesi ile elde edilir. Dik (nadir) doğrultuda bakılması durumunda ise radarın sol ve sağ yanında bulunan hedefler özgün Doppler değerine sahip olacaktır. İstenmeyen bu durumun önüne geçebilmek ve her bir hedefin Doppler değerinin olmasını sağlamak amacıyla antene en azından anten açıklığı kadar bir açı verilir. Bu açıya radar bakış açısı denir. 

Polarizasyon kavramı nedir?

Yapay açıklıklı radarlar ile küçük bir antenle uçuş yönünde yüksek mekânsal çözünürlük elde etmek mümkün olsa da, uzaklık ayırma kabiliyeti (menzil çözünürlüğü) gerçek açıklıklı radarlar ile aynıdır.
Yapay açıklıklı radarlar yer yüzeyine belirli bir açı ile bakmak zorundadırlar. Çünkü yapay açıklık, görüntüdeki hedefin Doppler etkisinin gözlenmesi ile elde edilir. Dik (nadir) doğrultuda bakılması durumunda ise radarın sol ve sağ yanında bulunan hedefler özgün Doppler değerine sahip olacaktır. İstenmeyen bu durumun önüne geçebilmek ve her bir hedefin Doppler değerinin olmasını sağlamak amacıyla antene en azından anten açıklığı kadar bir açı verilir. Bu açıya radar bakış açısı denir.
Radar görüntüleme sistemlerinin diğer önemli bir sistem parametresi de gönderilen ve alınan işaretin polarizasyonudur. Polarizasyon, elektromanyetik dalganın elektrik alan vektör yönünü (veya gönderiliş biçimi) gösterir ve elektromanyetik dalgayı oluşturan elektrik alan yönünün yeryüzüne göre konumuna bakılarak belirlenir. Genelde 3 farklı polarizasyon türü vardır; (i) Düşey / Yatay Doğrusal Polarizasyon, (ii) Sağ / Sol Dairesel Polarizasyon, (iii) Sağ / Sol Eliptik Polarizasyon

Nokta hedef kavramı nedir? Kısaca açıklayınız.

Radar görüntülerinde radar sistemleri kadar görüntülenen alanın fiziksel özellikleri de önemlidir. Önemli hedef parametrelerinden birisi cisimlerden dönen geri yansıtım (backscattering) değeridir. Radar sistemlerinde alıcıya gelen güç, anten verimi, menzil, geliş açısı ve geri yansıtım değerine göre belirlenir.

Alıcıda elde edilen güç radar menzil çözünürlüğü içerisinde yer alan tüm alanların toplam değeridir. Yansıtma yüzey alanları radar menzil çözünürlüğünden küçük olan cisimlere nokta hedefler denir. Antenler, doğal oluşumlu köşeli yapılar ve köşeli yansıtıcılar noktasal hedeflere örnektir. Özel tasarlanan bazı nokta hedeflerin yansıtma yüzey alanı fiziksel yüzey alanlarından çok daha fazla olabilir. Köşeli yansıtıcılar yüksek yansıtma değerine sahip noktasal hedeflere örnektir.

Penetrasyon ve penetrasyon derinliği kavramları nedir?

Mikrodalga ışınlar bulutlara nüfuz edebildiği gibi dalga boyundan küçük cisimlerin belirli oranda altını görebilmesine penetrasyon, hedef yüzeyi ile en alt yansıtıcı yüzey arasındaki uzaklığa da penetrasyon derinliği denir. Penetrasyon derinliği dalga boyu ile doğrusal bir ilişkiye sahiptir ve bu nedenle penetrasyon olayı daha çok düşük frekanslı sistemler ile gözlenir. Örneğin P-bandında çalışan bir radar sistemi ile ormanlık alanlarda bitki örtüsünün altındaki yüzeyler algılanabilmektedir. Çıplak toprak yüzeylerinde penetrasyon kabiliyeti çok kurak topraklarda (örn. çöl toprağı) daha fazla olmaktadır.

Radar görüntüleri yeryüzündeki cisimlerden radara geri yansıyan mikrodalga enerjinin alıcı tarafından algılanması ile oluşur. Ger, yansıyan mikrodalga enerjiye etki eden olgular nelerdir?

Radar görüntüleri yeryüzündeki cisimlerden radara geri yansıyan mikrodalga enerjinin alıcı tarafından algılanması ile oluşur. Geri yansıyan mikrodalga enerjiye cismin dielektrik özelliği (nem miktarı) ve yüzey pürüzlülüğü etki etmektedir. Nem miktarı radar yansıtımını arttıran bir özelliktir. Özellikle uzun mikrodalga boylarında penetrasyon kabiliyeti yüksek olduğundan bu sayede yüzey altı su içeriği hakkında bilgi edinilebilmektedir. Yüzey pürüzlülüğü de radar yansıtımını arttıran bir özelliktir. Örneğin deniz gibi düz yüzeylerden radar alıcısına geri dönen yansıma tam yansıma (speküler) şeklinde olacaktır. Diğer bir ifade ile radar alıcısına dönen enerji çok düşük olacak ve hedef, görüntüde oldukça koyu renk tonunda gözükecektir. Deniz yüzeyindeki yüzey pürüzlülüğünün artması (küçük genlikli dalgaların oluşması nedeniyle) durumunda ise alıcıya beklenenden daha fazla enerji geri dönecektir. Bragg saçılması olarak adlandırılan bu etki özellikle SAR sistemleri ile deniz yüzeylerinin görüntülenmesinde önem taşımaktadır.  

Radar görüntüleri yeryüzündeki cisimlerden radara geri yansıyan mikrodalga enerjinin alıcı tarafından algılanması ile oluşur. Geri yansıyan mikrodalga enerjiye cismin dielektrik özelliğinin etkisi nasıldır?

Radar görüntüleri yeryüzündeki cisimlerden radara geri yansıyan mikrodalga enerjinin alıcı tarafından algılanması ile oluşur. Geri yansıyan mikrodalga enerjiye cismin dielektrik özelliği (nem miktarı) ve yüzey pürüzlülüğü etki etmektedir. Nem miktarı radar yansıtımını arttıran bir özelliktir. Özellikle uzun mikrodalga boylarında penetrasyon kabiliyeti yüksek olduğundan bu sayede yüzey altı su içeriği hakkında bilgi edinilebilmektedir. 

Radar görüntüleri yeryüzündeki cisimlerden radara geri yansıyan mikrodalga enerjinin alıcı tarafından algılanması ile oluşur. Geri yansıyan mikrodalga enerjiye cismin yüzey pürüzlülüğünün etkisi nasıldır?

Radar görüntüleri yeryüzündeki cisimlerden radara geri yansıyan mikrodalga enerjinin alıcı tarafından algılanması ile oluşur. Geri yansıyan mikrodalga enerjiye cismin dielektrik özelliği (nem miktarı) ve yüzey pürüzlülüğü etki etmektedir. Yüzey pürüzlülüğü de radar yansıtımını arttıran bir özelliktir. Örneğin deniz gibi düz yüzeylerden radar alıcısına geri dönen yansıma tam yansıma (speküler) şeklinde olacaktır. Diğer bir ifade ile radar alıcısına dönen enerji çok düşük olacak ve hedef, görüntüde oldukça koyu renk tonunda gözükecektir. Deniz yüzeyindeki yüzey pürüzlülüğünün artması (küçük genlikli dalgaların oluşması nedeniyle) durumunda ise alıcıya beklenenden daha fazla enerji geri dönecektir. Bragg saçılması olarak adlandırılan bu etki özellikle SAR sistemleri ile deniz yüzeylerinin görüntülenmesinde önem taşımaktadır.  

Mikrodalga sistemleri ve alınan veriler meteoroloji alanındaki uygulamalarda hangi amaç ve olaylarda kullanılmaktadır?

Mikrodalga sistemleri ve alınan veriler kara, deniz ve atmosfer olaylarının incelenmesine yönelik birçok farklı uygulamada etkin olarak kullanılmaktadır.

Radar sistemleri meteorolojide özellikle kısa süreli hava durumu tahminlerinin yapılmasında ve şiddetli hava olaylarına karşı önlemlerin alınmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Meteorolojik uydular üzerinde bulunan uydu-bazlı radar sistemlerinin yanı sıra yer-bazlı radar sistemleri de mevcuttur.
Meteorolojik amaçlı hava gözlem radarlarında ölçme, radardan gönderilen mikrodalga enerjinin havada asılı bulunan su zerreciklerine çarpıp radara geri dönmesi ile yapılmaktadır. Radarda ölçülen mikrodalga enerji havada asılı bulunan zerreciklerin türüne göre (yağmur, kar, dolu, vb.), ve şiddetine göre (hafif yağmur, sağanak, vb.) değişmektedir. Yansıyan mikrodalga enerjiden yola çıkılarak birim hacimde yer alan radar yansıtıcılık değeri (Z) ölçülür.

Mikrodalga sistemleri ve alınan veriler iklim değişikliği uygulamalarında hangi amaç ve olaylarda kullanılmaktadır?

Nedeni ister doğal ister insan kaynaklı olsun iklim değişikliğinin yol açtığı değişikliklerin izlenmesi önem taşımaktadır. Uydular üzerinde bulunan radar altimetre sistemleri, radarın yeryüzünden yüksekliğini ölçebildiği gibi, uydunun uzaydaki konumu bilindiği için deniz yüksekliklerindeki değişimlerinin de ölçebilmektedir. İklim değişikliğinin yeryüzündeki etkileri bölgelere göre farklılık gösterse de, tüm dünyayı etkileyen bölgesel ve/veya global iklim değişimlerinin izlenmesi mümkün olmaktadır. Örneğin, sadece Akdeniz genelinde deniz seviyesi değişiklikleri izlenebileceği gibi, okyanus ve denizlerin ortalama yüksekliği alınarak global bir değer de elde edilebilir.
İklim, yeryüzünün herhangi bir yerinde hava koşullarının uzun yılların ortalaması alınarak belirlenir. Bu nedenle iklim değişikliklerinin incelenmesi için de uzun yıllar boyunca bilgilerin toplanması gerekir. Uzaktan algılama uydularının yaşam süreleri tasarımlarına göre değişmekle birlikte genellikle 3-10 yıl arasındadır. Dolayısıyla iklim değişikliği etkilerinin gözlenmesi için birden çok uzaktan algılama uydusundan alınan verilerin analizi gereklidir. 

Mikrodalga sistemleri ve alınan veriler deprem araştırmaları uygulamalarında hangi amaç ve olaylarda kullanılmaktadır?

Depremler fay hatları üzerinde tektonik hareketler nedeni ile biriken stresin aniden salıverilmesi ile oluşmaktadır. Deprem sırasında açığa çıkan güç yeryüzünde geniş alanları etkiler ve hatta bazen başka depremleri de tetikleyebilir. Yapay açıklıklı radar uyduları evre uyumlu radar sistemleri oldukları için yeryüzü hareketlerini geniş alanlarda hassasiyetle ölçebilirler. Evre uyumlu radarlarda yansıyan işaretin faz bilgisi büyük ölçüde hedef ile uydu arasındaki mesafeye, atmosferik koşullara ve hedefin elektromanyetik özelliklerine bağlıdır. Hedefin elektromanyetik özellikleri hedef yapısına (toprak, ağaç, telefon direği, ev, vb.) ve dış etkenlere (toprak nemliliği, yağış, rüzgâr, vb.) bağlı olmakla birlikte özellikle kısa süreler için sabit olduğu kabul edilir. Bu durumda iki SAR görüntüsünün fazlarının farkı alındığında elde edilen işaret, hedef ile uydu arasındaki mesafenin değişimini gösterir. ‹ki SAR görüntüsünün faz farkından elde edilen görüntüye interferometrik SAR (InSAR) görüntüsü denilir.

Doppler etkisi kavramı nedir? Kısaca açıklayınız.

Evre uyumlu sistemler ile radara göre bağıl hızla hareket eden cisimlerden radara gelen ardışık faz işaretindeki frekans değişikliği gözlenebilir. Bu olaya Doppler etkisi denilir. Fazdaki bu değişim, hedef ile radar arasındaki uzaklığın sürekli değişmesine bağlı olarak ardışık mikrodalga işaretlerin farklı uzunlukta yol almasından kaynaklanır. Doppler etkisi nedeniyle hareketli bir hedeften yansıyan işaretin frekansı hedef ve alıcının hızına bağlı olarak değişmektedir.

Evre uyumlu radar sistemindeki radar darbesinin önemi nedir?

Evre uyumlu (koherent) radar sisteminde her gönderilen radar işareti (darbesi) aynı faz bilgisini taşımaktadır. Bu sayede gelen işaretin fazı gönderilen işaretin fazı ile karşılaştırılabileceği gibi ardışık alınan işaretlerin fazları da birbiri ile karşılaştırılabilir.