ĠSTANBUL TEKNĠ K ÜNĠ VERSĠ TESĠ FEN BĠ LĠ MLERĠ ENSTĠTÜSÜ RADARSAT GÖRÜNTÜLERĠ KONUMS AL DOĞRULUKLARI NI N ARAġTI RI LMASI YÜKSEK LĠ SANS TEZĠ Müh. A. ġa mil DEMĠ REL (501991122) Tezi n Enstitüye Veril diği Tari h : 3 Mayıs 2002 Tezi n Savunul duğu Tari h : 27 Mayıs 2002 Tez DanıĢ manı : Di ğer Jüri Üyel eri: Prof. Dr. M. Orhan ALTAN Prof. Dr. Gönül TOZ (Ġ. T. Ü.) Prof. Dr. Ahmet YAġAYAN ( Y. T. Ü.) MAYI S 2002
ÖNSÖZ RADARSAT gör ünt üleri konu msal doğr ul ukl arını n araģtırıldı ğı bu çalıģmada, t ez danıģ manlı ğı mı üstlenen ve çalıģ mal arı n süresi nce bil gi ve deneyi ml eri ile bana yol gösteren sayı n hoca m Pr of. Dr. M. Or han ALTAN a, Pr of. Dr. Gönül TOZ a, Yük. Müh. Must afa ERDOĞAN a ve verileri ni ve yazılı ml arı nı kullandığı m Harita Genel Ko mut anlı ğı na sonsuz teģekkür ederi m. Ayrı ca, çalıģ mal arı m sırası nda i hmal ettiği m halde gene de benden yar dı m ve destekl eri ni esirge meyen eģi m Melte m ve oğlu m Tunahan a göster mi Ģ ol dukl arı fedakarlıklardan dolayı teģekkür ü borç biliri m. Ma yı s 2002 A. ġa mil DEMĠ REL ii
Ġ ÇĠ NDEKĠ LER KI SALT MALAR TABLO LĠ STESĠ ġekġ L LĠSTESĠ SEMBOL LĠ STESĠ ÖZET SUMMARY vi vii viii x xi xii 1. GĠ RĠ ġ 1 2. UZAKTAN ALGI LAMA 5 2. 1 Genel 5 2. 2 Uzakt an Al gıla ma Prensibi 7 2. 3 El ektromanyeti k Enerji 8 2. 3. 1 El ektromanyeti k dal ga özellikleri 9 2. 3. 2 El ektromanyeti k et kileģme özellikleri 9 2. 3. 3 El ektromanyeti k spektrum 11 2. 3. 4 At mosferi k et ki ve at mosferi k pencere 13 3. RADAR SĠSTEMLERĠ 16 3. 1 Genel 16 3. 2 Mi kr odal ga Prensi bi 18 3. 3 Radar Siste m BileĢenleri 19 3. 4 Gör ünt ül e me Geo metrisi 20 3. 4. 1 BakıĢ açısı 21 3. 4. 2 Radar siste ml eri nde uzaysal çözünürl ül ük 23 3. 4. 2. 1 Uzunl uk çözünürl ül üğü 23 3. 4. 2. 2 Azi mut çözünürl ül üğü 25 iii
3. 5 Radar Gör ünt üsü ve Özellikleri 26 3. 5. 1 St ereo radar görünt üsü 27 3. 5. 2 Çok boyutl u görünt ü 28 3. 5. 2. 1 Çok za manlı görünt üler 28 3. 5. 2. 2 Çok frekanslı görünt üler 29 3. 5. 2. 3 Çok pol arizasyonl u görünt üler 30 3. 5. 2. 4 Çok al gılayıcılı görünt üler 31 3. 5. 3 Gör ünt ü geometrisi 32 3. 5. 4 Ar azi uzunl uğu ile eği k uzunl uk arası ndaki bağıntı 33 3. 5. 5 Radar geri yansı ma 35 3. 5. 6 Radar geri yansı ması na etki eden fakt örler 37 3. 5. 6. 1 Radar dal ga boyunun etkisi 37 3. 5. 6. 2 Pol arizasyon et kisi 39 3. 5. 6. 3 Yüzeyi n geometri k yapısını n et kisi 41 3. 5. 6. 4 Gör ünt ül enen alanı n ne m durumunun et kisi 43 3. 5. 6. 5 GeliĢ açısı nı n et kisi 44 3. 5. 6. 6 UçuĢ doğrult usunun et kisi 45 3. 6 Radar Gör ünt üleri nde Bozul mal ar 46 3. 6. 1 Radar görünt üleri nde radyo metri k bozul mal ar 47 3. 6. 1. 1 Benekl er 47 3. 6. 1. 2 Ant en yapısı nı n et kisi 50 3. 6. 2 Radar görünt üleri nde geometri k bozul mal ar 51 3. 6. 2. 1 Göl gel e me 51 3. 6. 2. 2 Uzunl uk kısal ması 52 3. 6. 2. 3 Bi ndir me 54 4. UZAKTAN ALGI LAMADA RADAR SĠSTEMLERĠ 54 4. 1 Gör ünt ül e me Radarları 56 4. 2 Gerçek Açı klı klı Radarlar 57 4. 3 Yapay Açı klı klı Radarlar 58 4. 3. 1 Genel 58 4. 3. 2 Sar görünt ü for masyonu 59 4. 3. 3 SAR siste ml eri ni n avant aj ve dezavant ajları 59 4. 3. 4 Gör ünt ü al ma prensi bi 61 4. 3. 5 Kullanı malanl arı 63 4. 3. 5. 1 Or mancılık 63 iv
4. 3. 5. 2 Jeol oji ve Jeomorfol oji 64 4. 3. 5. 3 Hi dr ol oji 64 4. 3. 5. 4 Ar azi kullanı mı ve ürün tahmi ni 65 4. 3. 5. 5 OĢi nografi, buzul ve sahilsel böl ge çalıģ mal arı 66 4. 3. 5. 6 Çevre yöneti mi 67 4. 3. 6 Veri kaynakl arı 67 4. 3. 6. 1 ERS uydul arı 67 4. 3. 6. 2 RADARSAT uydul arı 68 4. 3. 6. 3 Al maz uydul arı 68 4. 3. 6. 4 JERS- 1 uydusu 69 4. 3. 6. 5 SI R görünt üleri 69 4. 3. 6. 6 Seasat- Auydusu 69 4. 3. 6. 7 Envisat uydusu 70 4. 3. 6. 8 Gel ecekt e planlanan di ğer uydu siste ml eri 70 4. 3. 7 Interferometri k SAR 71 5. UYGULAMA 72 5. 1 Uygul a ma Al anı Genel Bilgileri 72 5. 2 Kullanılan Veriler 74 5. 2. 1 RADARSAT SAR görüntüsü 74 5. 2. 1. 1 RADARSAT yörünge özellikleri 74 5. 2. 1. 2 RADARSAT SAR özellikl eri 75 5. 2. 1. 3 RADARSAT operasyon modl arı 75 5. 2. 2 Landsat-7 uydu görünt üsü 77 5. 2. 3 Hava Fot oğrafı 78 5. 3 Uygul a ma 79 6. SONUÇ VE ÖNERĠ LER 83 KAYNAKLAR 85 ÖZGEÇMĠ ġ 87 v
KI SALT MALAR ABD TV RADAR NASA Mhz Ghz ERS JERS RAR SAR ESA SI R GPS : Ameri ka BirleĢi k Devl etleri : Televizyon : RAdi o Det ecti on And Rangi ng : Nati onal Aerospherics and Space Ad mi nistration : Mega Hertz : Gi ga Hertz : Europe Re mot e Sensi ng : Japan Eart h Re mot e Sensi ng : Real Apert ure Radar : Synt hetic Apert ure Radar : Avr upa Uzay Aj ansı : Shuttle I magi ng Radar : Gl obal Positioni ng Syste m vi
TABLO LĠ STESĠ Sayfa No Tabl o 2. 1 El ektromanyetik Spektrumda yer alan alanlar ve açı kla mal arı... 12 Tabl o 3. 1 Radar dal gaları... 18 Tabl o 5. 1 RADARSAT SAR görünt ü özellikleri... 76 Tabl o 5. 2 Öl çül en koordinatlardan el de edilen farklar... 81 vii
ġekġ L LĠSTESĠ Sayfa No Şekil 2. 1 V- 2 Roketi il e alı nmı ş bir gör ünt ü... 6 Şekil 2. 2 Ni mbus uydu gör ünt üsü... 6 Şekil 2. 3 El ektromanyetik dal ga özelli kl eri... 9 Şekil 2. 4 El ektromanyetik enerji ni n madde il e et kil eşi ml eri... 10 Şekil 2. 5 El ektromanyetik spektrum... 11 Şekil 2. 6 Farklı dal ga boyl arı nı n at mosf er et kil eşimi... 14 Şekil 2. 7 At mosf er geçirgenli k or anl arı... 14 Şekil 3. 1 İl k radar uydu gör ünt ül eri nden biri... 17 Şekil 3. 2 Radar gör ünt üleme bil eşenl eri... 19 Şekil 3. 3 Radar gör ünt üleme geometri si... 20 Şekil 3. 4 Geli ş açı sı... 22 Şekil 3. 5 Lokal geli ş açı sı... 22 Şekil 3. 6 Uçak ve uydu si st eml eri bakı ş açıl arı... 23 Şekil 3. 7 uzunl uk çözünürl ül üğü... 24 Şekil 3. 8 Azi mut çözünürl ül üğü... 25 Şekil 3. 9 Radar si nyall eri ve ar azi şekill eri ar ası ndaki ili şki... 27 Şekil 3. 10 St er eo radar gör ünt ül eri... 27 Şekil 3. 11 Mayı s, Haziran ve Temmuz ayl arı nda alı nmı ş radar gör ünt ül eri... 28 Şekil 3. 12 Çok boyutl u radar sonuç gör ünt ül eri... 29 Şekil 3. 13 Çok frekanslı gör ünt ü ör nekl eri... 29 Şekil 3. 14 Çok pol ari zasyonl u gör ünt ül er... 30 Şekil 3. 15 Çok al gıl ayı cılı gör ünt ü... 31 Şekil 3. 16 Radar gör ünt ül eme pr ensi bi... 32 Şekil 3. 17 Eği k ve ar azi düzl emi ndeki radar gör ünt ül eri... 33 Şekil 3. 18 Eği k uzunl uk ve ar azi uzunl uğu ar ası ndaki ili şki... 33 Şekil 3. 19 Eği k düzl emile Ar azi düzl em bağı ntıl arı... 34 Şekil 3. 20 Yer yuvarl aklığı nı n et ki si... 34 Şekil 3. 21 Radar si st emi ve geri yansı ma... 37 Şekil 3. 22 L bandı kull anıl arak alı nmı ş bir radar gör ünt üsü... 38 viii
Şekil 3. 23 Sahr a Çöl ü ne ait Landsat ve radar görünt ül eri... 39 Şekil 3. 24 El ektromanyeti k enerji ni n el ektri k al anını n pol ari zasyonu... 39 Şekil 3. 25 Farklı pol ari zasyon modu il e alı nmı ş görünt ül er... 40 Şekil 3. 26 Yüzey yapı sı ve dal ga boyuna gör e pürüzl ül ük... 41 Şekil 3. 27 Deği şi k yüzeyl er de yansı ma... 42 Şekil 3. 28 Farklı dal ga boyu il e alı nmı ş gör ünt ül er... 42 Şekil 3. 29 Radar gör ünt ül eri nde nemli yüzeyi n et ki si... 43 Şekil 3. 30 Uçakt an ve uydudan alı nmı ş radar görünt ül eri... 44 Şekil 3. 31 Farklı geli ş açıl arı il e alı nmı ş radar gör ünt ül eri... 45 Şekil 3. 32 Farklı uçuş doğr ult usu il e alı nmı ş gör ünt ül er... 45 Şekil 3. 33 Farklı uçuş doğr ult usunun gör ünt ü üzeri nde et ki si... 46 Şekil 3. 34 Geli ştiri ci ve bozucu par azitl er ve et kil eri... 47 Şekil 3. 35 Tek ve çok bakı şlı radar gör ünt ül eri... 48 Şekil 3. 36 Lopez filtresi uygul anmı ş gör ünt ü... 49 Şekil 3. 37 Ant en yapı sı ndan kaynakl anan et ki... 50 Şekil 3. 38 Göl gel eme... 51 Şekil 3. 39 Radar gör ünt üsünde göl gel eme... 52 Şekil 3. 40 Uzunl uk kı salması... 53 Şekil 3. 41 Radar ve Spot gör ünt ül eri... 53 Şekil 3. 42 Bi ndir me... 54 Şekil 3. 43 Radar gör ünt üsünde bi ndir me... 54 Şekil 4. 1 Aktif ve pasif radar si st eml eri... 55 Şekil 4. 2 Di ğer radar si ste ml eri... 56 Şekil 4. 3 Radar gör ünt üleme... 61 Şekil 4. 4 Yapay açı klıklı ant en si st emi... 62 Şekil 4. 5 İ nt erf er ometri k SAR uygul aması... 71 Şekil 5. 1 Uygul ama böl gesi... 72 Şekil 5. 2 Uygul ama böl gesi n üç boyutl u gör ünt üsü... 73 Şekil 5. 3 RADARSAT SAR oper asyon modl arı.... 75 Şekil 5. 4 RADARSAT SAR gör ünt üsü... 77 Şekil 5. 5 Landsat uydu gör ünt üsü... 78 Şekil 5. 6 Ort of ot o harit a... 79 Şekil 5. 7 Kull anıl an kontrol ve bağl ama nokt al arı nı n dağılı mı... 80 Şekil 5. 8 Seçil en nokt al arı n dağılı ml arı... 81 Şekil 5. 9 Koor di nat f arkl arı nı n gr afi k göst eri mi... 82 ix
SEMBOL LĠ STESĠ c λ f n Ca, Cs E h H n ß Ø n, Ø f R n, o, k R e : IĢı k hızı : Dal ga boyu : Frekans : Yansı ma katsayısı : El ektromanyeti k enerjini n değiģi k orta ml ardaki hı zı : Kuant umenerjisi : Planck sabiti : UçuĢ yüksekli ği : BakıĢ açısı : GeliĢ açıları : Palsi n süresi : BakıĢ açısı : Eği k uzunl ukl ar : Tara ma açısı : Dünya yarıçapı : Mer kezi açı <P R > : Pi ksel baģı na ortala ma güç G( θ i ) : Ant en gücü C T : Siste msabiti x
RADARSAT GÖRÜNTÜLERĠ KONUMS AL DOĞRULUKLARI NI N ARAġTI RI LMASI Yer yüzünün uzaydan gör ünt ülenmeye baģla ması ile birlikte, uydu görünt ül eri ni n kullanı mı na ol an il gi artarak deva m et mekt edir. Uzakt an al gıla ma verileri nin baģı nda gel en uydu gör ünt üleri nin en öne mli özelliği, geniģ yeryüzü al anları na ait büyük çaplı konu msal veri i çer mesi dir. Büyük çapt a konu msal verileri n etkili ol arak kullanılabil mesi ise ancak bu verileri n a maca uygun iģlenmesi ve sunul ması ile mü mkündür. Geç mi Ģi çok eski ye dayanan ancak uzakt an algıla ma al anı nda kullanı mı yeni sayılabilecek ol an radar gör ünt üle me siste ml eri, günü müzde her al anda kullanıl maya baģla mı Ģtır. At mosferi k koģullardan et kilenmeyen, aktif bir siste m ol ması dol ayısı yla za mandan bağı msı z ol arak gör ünt ü al abilen radar siste ml eri artı k alternatif veri kaynağı ol arak t erci h edil mekt edir. Kl asik uzakt an al gıla ma siste ml eri ni n kullanıla madı ğı koģullarda radar gör ünt üle me siste ml eri t ek alternatif çözüm kaynağı ol arak kullanıl makt adır. Radar gör ünt üle me siste ml eri i çerisi nde en çok t erci h edilen siste m Synt hetic Apert ure Radar ( SAR) siste ml eri dir. SAR gör ünt üle me siste ml eri günü müzde teknol oji k geliģ mel ere paralel ol arak büyük bir geliģ me göst er mi Ģ ve çok çeģitli al anl arda kullanıl maya baģlanmı Ģtır. Kullanı m al anl arı bu kadar geniģleyen SAR görünt üleri nden el de edilen sonuçl arı n güvenirliliği de kullanıcılar t arafı ndan il gi odağı ol muģt ur. Bu konuda bir çok çalıģ mal ar yapıl mıģtır. Bu çalıģ ma da yapılan çalıģ mal ara benzer bir çalıģ madır ve RADARSAT uydusundan el de edilen SAR gör ünt üsünün konu msal doğr ul uğu araģtırıl mıģtır. Uygul a ma sırası nda 1: 5000 öl çekli ort ofot o harita ve Landsat-7 uydu gör ünt üsü kullanıl mıģtır. Gör ünt üler üzeri nde ortak nokt alar bul unarak sayısallaģtırıl mı Ģ daha sonra bunl ar karģılaģtırılmı Ģtır. El de edilen sonuçl ara göre RADARSAT uydusundan el de edilen SAR verileri orta öl çekli uygul a mal arda, güncelleģtir me, veri t abanı ol uģt ur ma veya arazi analizi gi bi iģlerde kullanılabileceği ortaya çı kmı Ģtır. Ancak henüz büyük öl çekli kullanı ml ar içi n uygun değil dir. xi
THE SPATI AL ACCURACY I NVESTMENT OF RADARSAT I MAGERY SUMMARY The usage of sat ellite images has been more and more fa mous si nce t he Eart h beca me t o be i maged fro m t he space. The i mportant specification of the satellite i mages, whi ch are t he mai n re mot e sensi ng dat a sour ce, is t hey pr ovi de huge a mount of spatial dat a f or very wi de areas. To use t hese dat a effecti vel y, t hey shoul d be pr ocessed and present ed appr opriatel y. The radar syste ms, whi ch are hist oricall y ol d but as a re mot e sensi ng method ne w, are wi del y used i n many disci pli nes nowadays. They are preferred as an alternat e dat a source si nce t hey are not affected by t he at mospheric conditions i n whi ch cl assical re mot e sensi ng syste ms cannot be used. The most preferred one of t he radar syste ms is Synt hetic Apert ure Radar ( SAR). Wi t h t he t echnol ogi cal impr ove ments, t he SAR syste ms beco me t o be used i n many different areas. The dependability of t he results of SAR i mages is greatl y i nterested by t he users. Ma ny researches were done on t his subj ect. In t his st udy, t he spatial accuracy of t he Radarsat i magery was i nvesti gat ed. I n t he research, 1: 5000 scal e orthophot o maps and Landsat-7 sat ellite i mages were used. The common poi nts on these i mages are di gitized and compared. The results show t hat SAR dat a from Radarsat satellite can be used f or r evisi on, dat abase generati on and topographi cal anal ysis in medi um scal e j obs. But t hey are not appropriate for larger scale jobs. xii
1. GĠ RĠ ġ Bili msel bir araģtır manın t e mel kaynağı veri dir. Her t ürl ü araģtır ma i çin gerekli bil gi ye, el de edilen verileri n belirli bir siste m i çerisi nde analizi ve yoru ml an ması sonucu ul aģılır. Yakı n za mana kadar bil gi ye klasi k yollardan ul aģılırken, artı k günü müzün geliģen t eknol ojisi ve i nsanoğl unun düģünce uf ukl arı nı n geniģle mesi sonucu, bil gi ye ul aģ ma da uzakt an al gıla ma t eknol ojisi ile yeni bir boyut kazanıl mıģtır. Öncel eri uçakl arla baģlayan geniģ alanları n yukarı dan gör üntül enmesi, 1960 yılından sonra uzaya t aģı nmı Ģ ve uydul ara yerleģtirilen çok bandlı algılayıcılar ile çok hızlı ve daha geniģ alanl arı n görünt ülenmesi olanağı na kavuģ muģt ur. Yer yüzünde nüf usunun gün geçti kce art ması ve geliģen t eknol ojilerle birli kte sanayileģ me al anı nda bir patla manı n yaģanması sonucu ortaya çı kan ha mmadde ihtiyacı nı n art ması ile birlikte doğal kaynaklardaki azal ma, i nsanoğlunu yeni arayıģlar i çi ne sok muģt ur. AĢırı sanayileģ me ve bilinçsiz kullanı ml ar sonucu çevre kirliliği ve tahri batı günümüzde büyük bir sorun hali ni al mıģtır. KarĢılaĢılan bu sorunl ar beraberi nde, doğal kaynakl arı n bul unup ortaya çıkarıl ması, tehdit sı nırı na gel en çevre t ahri batı nı n t espit edilip kontrol altına alı nması konul arı nda, uzakt an algıla ma siste ml eri ni n sağladı ğı ol anakl ardan et ki n bir Ģekil de yararlanma gerekliliği ni günde me getir miģtir. Uzakt an al gıla ma sisteml eri ndeki baģ döndürücü geliģ mel er, bu t eknol ojileri n kullanı m al anl arı nı da geniģlet miģtir. Günü müzde uzakt an al gıla ma t eknol ojisi, yal nızca doğal kaynakl arı n araģtırıl ması veya çevreni n kontrolü a maçlı kullanı ml arı nı n yanı sıra okyanuslardaki buzul hareketleri ni n i ncel en mesi nden uzayda yaģa mbelirtisi ara maya kadar geniģ bir yelpazeye yayıl mıģtır. Uzakt an al gıla ma sistemi nde baģtan beri askeri a maçlı da olsa yer al an radar siste ml eri, günü müzde geliģen t eknol ojisi ile sivil a maçl ara da hi z met et meye baģla mı Ģtır. Radar al gılama siste ml eri, özellikle klasi k uzakt an al gıla ma siste ml eri ni n et kisiz kal dı ğı özel duruml arda ön pl ana çı kmı Ģ ve al gıla ma özellikl eri ndeki farklılıklar ve de kullanı cı ya sağl adı ğı esnek gör ünt üle me yet enekl eri sayesi nde kendisi ne bu alanda et kili bir yer bul muģt ur. 1
Öncel eri yal nızca istihbarat ve hava araçları nı n kontrol ünde kullanılan, ancak son za manl arda geliģtirilen teknol ojiler ve al gılayıcı siste ml eri ile radarları n, nispet en yüksek sayılabilecek bir ayır ma gücü ile harita yapı m a macı yla kullanıl ması konusunda yoğun bir çaba bul unmakt adır. Radar siste ml eri ni n aktif bir siste m ol ması nedeni yle kesi ntisiz gece ve gündüz gözl e m yapabil me kapasitesi, değiģken frekanslar kullanarak il gilenilen detayı n farklı özellikleri ni ortaya çı karabil me özelliği gi bi bir çok üst ünl ükl eri var dır. Bu üst ünl ükl er radar siste ml eri ni n çok değiģi k uygul ama al anl arı nda kullanı mına i mkan sağla mı Ģ ve vazgeçile meyecek bir veri kaynağı olmuģt ur. Radar siste ml eri bir aracı n hı zı nı n kontrol edil mesi i Ģle mi gi bi en basit anla mda kullanı mı nı n yanından, hava araçları nı n trafi k kontrol ü, hava t ahmi ni, gi bi günl ük yaģantı mı zda sı kça kullanıl makt adır. Ancak radar siste ml eri nin kullanı m al anl arı yal nızca bu kadar küçük kapsa mlı ve basit anl a mda kullanı ml ar değil dir. GeniĢ bir bölgeyi kapl ayan radar görünt ül eri, 2 ile 150 metre ci varı nda ol an ayır ma gücü ile arazi kullanı m grafi kl eri ni n ol uģt urul ması, tarı msal alanları n i zlenmesi, yerkabuğu hareketleri ve erozyon riski bul unan al anları n gözl enmesi, sel baskı nları nı n izl enmesi, su kullanı m haritaları nı n çı karıl ması, buzul hareketleri ni n i zlenmesi, deniz kirliliği ni n araģtırıl ması ve harita üreti mi gi bi birçok al anlarda kullanıl makt adır. Özellikle at mosferi k koģullardan di ğer al gılayıcı siste ml ere nazaran daha az et kilenmesi nedeni yle, kl asi k uzakt an al gıla ma siste ml eri kullanılarak alınan gör ünt ülerde ol uģan gör ünt ü kayı pları radar gör ünt üleri ile en aza i ndiril miģtir. Bu böl gel erde bul unan ve kart ografi k ol anakl arı sı nırlı ol an ül keler içi n radarlar çok öne mli bir veri kaynağı ol muģt ur. Radar siste ml eri ne özgü i nt erferometre özelliği sayesi nde özellikle yüksekli k modelleri ol uģt ur mada radar gör ünt üleri kullanımı gi derek yaygı nlaģ makt adır. Son za manl arda kullanılan geliģ miģ i nterferometre tekni ği ile yapılan çalıģmal ar da 1 c m.li k yer değiģtir mel er dahi belirlenir duruma gel miģtir. Radar siste ml eri nde, arazi yapısı nı n üç boyutl u gör ünt üsünün el de edil mesi ile yeni bir uf uk açıl mıģtır. Derinli ği ni n al gılanması, detayı n t opl anması esnası nda daha i yi yor uml anması na yardı met mekt edir. Dünyada bu kadar çok a maçlı kullanılan radar gör ünt üleri ni n ül ke mi zde kullanı mı ise henüz t a m anl a mı ile et ki nli k kazana mamı Ģtır. Henüz t est çalıģ mal arı nda kullanılan veriler, genellikle di ğer al gıla ma siste ml eri nden el de edilen bil gileri destekl e mek a macı ile kullanıl makt adır. Bunun bir ör neği ni, ül ke mi zi deri nden et kileyen ve özellikle Mar mara böl ge mi zde etkisi ni gösteren depre ml er sonrası nda 2
yerkabuğu hareketleri nin i ncelenmesi ve arazi yapısı ndaki değiģi kli kleri n belirlenmesi a macı yla kullanıl ması ol arak verebiliriz. Bu a maçl a, özelli kle depre mden en fazla et kilenen Göl cük böl gesi ne ait depre m öncesi ve depre m sonrası el de edilen radar gör üntül eri kullanıl mıģtır. Bu veriler yardı mı ile böl gede ol uģan yerkabuğu hareketi ni n i zlenmesi ve arazi de ol uģan değiģi ml eri n t espiti konul arı nda di ğer al gılayıcılardan el de edilen bil gilere ek olarak destek veril miģtir. Radar verileri kullanı mı nı n yaygı nlaģ ması nı n ardı ndan, bu verilerden elde edilen bil gileri n konu msal ol arak doğr ul uğunun hangi öl çül erde ol duğu konusu günde me gel mi Ģtir. Çünkü el de edilen bil gileri n, bağı msı z ol arak kullanılabilirliği nin yanı nda belirli bir referans sistemi ne uyarlanarak sunumu, kullanı cılara he m daha anl a mlı he m de di ğer çalıģ malardan el de edilen sonuçl ar ile karģılaģtırılabilir bir bil gi kaynağı na sahi p ol ma imkanı ver mekt edir. Bu çalıģ mada, gerçekt e sonsuz bir bil gi ve araģtırma pot ansi yeli ne sahi p olan uzakt an al gıla ma bili mi i çerisi nde kendisi ni n hak ettiği yeri bul maya çalıģan radar siste ml eri ele alı nmı Ģtır. Radar siste ml eri, di ğer uzakt an al gıla ma siste ml eri di kkat e alı ndı ğı nda aslı nda kullanı mı yeni sayılabilecek bir siste mdir. Her ne kadar askeri a maçl arla kullanı mı çok geç mi Ģe uzansa da gerçek anl a mda bili me hi z met ver mesi, teknol ojisi ndeki geliģ melere paralel olarak son yıllara dayanmakt adır. Radar siste ml eri kendi içerisi nde sahi p ol dukl arı t eknol ojiler ve kullanı m al anl arı na göre çok çeģitlilik arz et mekt edir. Yapay açı klıklı radar siste ml eri de bunl ardan birisi dir. Bu çalıģ mada yapay açı klı klı radar siste ml eri ve t eknol ojisi ile ilgili ol arak ancak çalıģ maya ıģı k t utacak ve kullanıcıları bir parça da olsa aydı nlatacak kadar belirli konul ara deği nil mi Ģtir. Bu çalıģ mada t e mel olarak, RADARSAT uydusundan alı nmı Ģ ol an bir SAR gör ünt üsünün, değiģi k konu msal doğr ul uğa sahi p verilerle karģılaģtırılarak konu msal doğr ul uğu hakkı nda bir fi kir sun mak a maçl anmı Ģtır. Bu çalıģ manı n sonucunda, RADARSAT uydusundan alı nacak bir SAR gör ünt üsünün iģlenmesi sonucunda el de edilecek ol an coğrafi bilgileri n konu msal doğr uluğunun, mevcut siste m i çerisi nde hangi kat egori ye dahil edilebileceği ve veriler yor uml anırken ne öl çüde güvenilebileceği hakkı nda bir yorumgetiril miģtir. ÇalıĢ manı n i ki nci böl ümünde; konunun öncesi ni n ve kullanılan kavra ml arın daha i yi anl aģıl ması a macı yla genel ol arak uzakt an al gılama ve t ari hsel geliģi mi hakkı nda bil gilere ve uzakt an al gıla ma t ekni ği ni n t e mel dayanağı ol an el ektromanyeti k enerji ve özellikleri hakkı nda açı kla mal ara yer veril miģtir. 3
Üçüncü böl ümde; uzaktan al gıla ma ve el ektromanyeti k enerji konsepti biraz daha daraltılarak radar sisteml eri el e alı nmı Ģtır. Radar siste ml eri hakkı nda t ari hsel geliģi mden baģlayarak det aylı bil giler veril mi Ģ ve bu siste ml eri n t emeli ol an mi kr odal ga tekni ği ve özellikleri hakkı nda açı klamal arda bul unul muģt ur. Dör düncü böl ümde; önceli kle radar siste ml eri ni n uzakt an al gıla ma bili mi ndeki yeri hakkı nda bil giler sunulmuģt ur. Daha sonra radar siste mi nde öne mli bir yere sahi p ol an ve beni m bu çalıģ mada esas i ncele me konu m ol an yapay açı klıklı radar siste ml eri ve bunl arı n detaylı açı kla mal arı na yer veril miģtir. BeĢi nci böl ümde; uygul ama böl gesi ni n genel ol arak t anıtı mı nı n ardı ndan, kullanılan veriler hakkı nda t ekni k bil giler veril miģtir. Yapılan uygul a ma ve bunl arı n sonuçl arı yi ne bu böl ümde sunul muģt ur. Son böl üm ol an altıncı böl ümde; uygul a ma sonunda el de edilen sonuçl ara dayanarak yor uml ar yapılıp, bu konuda ileri de yapılacak ol an çalıģ mal ara ıģık t ut ması bakı mı ndan karģılaģılan sor unl ar ve önerilere yer veril miģtir. 4
2. UZAKTAN ALGI LAMA 2. 1 Ge nel Uzakt an Al gıla ma, bir t eknol oji ol arak il k f ot oğrafın alı nması ile birlikte 19. yüzyılı n baģları nda ortaya çı kmı Ģ ve bu a maca yöneli k olarak atılan il k Landsat uydusuna kadar öne mli geliģ mel er kaydedil miģtir. Fot oğrafik ka meralar 150 yıl dan fazl adır temel uzakt an al gılayıcı ol arak görev yap mı Ģtır. Bu i Ģle m genel ol arak uzakt aki bir cis mi n gör ünt üsünü, mercekl erden geçen el ektromanyeti k enerjiyi t opl ayı p bir mat eryal üzeri ne ( genelde gü müģ bazlı fil m) gri değer veya renkli t onl arda kaydedil mesi ol arak t anıml anabilir [1]. Ancak ilk f ot oğraf yeryüzünde sabit ol arak alı nı yordu. Yer yüzünü gör ünt üle me daha sonra hava f ot oğrafı ol arak anılacak Ģekil de ilk defa 1840 larda bal onl ardan alı nan f ot oğraflarla ol muģt ur. I. Dünya savaģı ile birlikte ka meralar uçakl ara t akıl mak sureti yle ol dukça geniģ al anları n askeri istihbarat a maçlı fot oğraflanması sağl anmı Ģtır. Bu günden 1960 lara kadar hava fot oğrafçılığı yeryüzünü gör ünt üle me de tek araç ol arak kal mı Ģtır. At mosfer üzeri nden uzakt an al gıla ma uzay çağını n baģlangı cı na dayanır. Ġl k ol arak 1946 da II Dünya savaģından sonra Al manl ardan el de edilen V- 2 r oketleri, ABD or dusu t arafı ndan Whit e Sands- Ne w Me ksi co dan yüksek yör üngel ere yerleģtiril miģlerdir. Bu pr ogra m o dönemde Vi ki ng pr ogramı ol arak isi ml endiril miģtir. Bu aletlerle yör üngede değil de r oket yükselirken üzeri nde bul unan ot omati k veya fil m ka meraları yardı mı yla fil ml er çekil miģtir. ġekil 2. 1 de yer al an resi m böyl e bir görünt üdür. Burada Ari zona ve Calif ornia körfezi nden yeryüzü ufkuna doğru bir görünt üsü alınmı Ģtır. Ġlk Fot oğrafi k ol mayan ka meralar bul utları gözl e mek a macı yla i nsansı z uzay araçları na yerleģtiril miģtir. Bu t ürde il k met eorol oji k uydu ABD' ni n TI ROS- 1 uydusu, 1 nisan 1960 da atlas r oketleri ile yör üngeye ot urt ul muģ, bunu di ğer TI ROS uydul arı i zle mi Ģtir. 9 Ni san 1960 da il k Vi di kon ka meraları kullanan t el evi zyon I R 5
gözl e m uydusu atıl mıģtır [2]. Daha sonra 1960 larda i nsanoğl u uzay araçlarını n i çi ne gir mesi ile birlikte astronotlar uzay araçl arı nı n pencereleri nden resi m çek meye baģla mı Ģtır. ġekil 2. 1 V- 2 Roketi ile alınmı Ģ bir görünt ü Za manl a bu uzay f ot oğrafçılığı belirli hedeflere ve belirli bir za man pl anı na ot urt ul maya çalıģ mal arı ile birlikte düzenli gör ünt üle me aygıtları yör üngede ol an uydul arla birleģtiril meye baģlandı. Ġlk baģta bunl ar basit TV ka meraları i di ve Dünya yüzeyi nde açı k ol an al anl arı n ve bul utları n düģük çözünürl ükt e ve si yah beyaz gör ünt üleri ni alı yorlardı. Bu t ür de alı nmı Ģ bir Ni mbus uydu gör ünt ü ör neği o zama n ki gör ünt üleri n nasıl ol duğu hakkı nda bilgi ver mesi açısı ndan ġekil 2. 2 de veril miģtir. ġekil 2. 2 Ni mbus uydu gör ünt üsü 6
Bu uydul ardan alı nan görünt üleri n kapl adı ğı al anlar genel de 100x100 k m. ci varı nda ol muģt ur. Bu t ürl ü geniģ al anl arı n t ek bir gör üntüde gör ünt ülenmesi, özellikle hava tahmi ni ve fırtınaları n önceden t espitini yapmaya çalıģan met eorol oji kur uml arı i çi n büyük öne me sahi ptir. Bu yüzden il k uydul ar genel de met eorol oji k a maçl arla hava tahmi ni bul utları n incelen mesi a maçlı olarak kullanıl mıģlardır. Za manl a al gılayıcı ti plerinde meydana gel en geliģ mel erle birlikte el ektromanyeti k enerjini n gör ünen böl geleri dıģı nda yakı n ve t ermal I R böl geleri nde de gör ünt ül er alı nmaya baģlanmı Ģtır. Günü müzde ise birden fazla al gılayıcı ti pi ve çok geliģ mi Ģ öl çüm ve kayıt siste ml eri ile donatıl mıģ çok sayı da uzakt an al gıla ma amaçlı uydu uzayda hiz met ver mekt edir. 2. 2 Uzakt an Al gıl ama Prensi bi Günl ük yaģa mı mı zı n her anı nda etrafı mı zda ol an ol ayları beģ duyu or ganı mı z yardı mı yl a al gılar ve bilgi sahi bi ol uruz. Bu duyu or ganı mı zdan t at al ma veya dokun ma gi bi duyul arı mı zı, ancak arada bir fizi ksel t e mas ol ması hali nde kullanabil mekt eyiz. Ancak yaģantı mı zda gör me veya duy ma duyul arı mızı sürekli ol arak kullanmakt ayı z. Bu duyul arı mı z i çi n yakın bir t e mas gerek me mekt edir. Bir baģka deyiģle günl ük hayatı mı zda sürekli olarak uzakt an al gıla makt ayı z. Hayatı mı zda çok büyük bir öne me sahi p ol an uzakt an al gıla ma, baģlangıçt a bir alt bili m dalı gi bi kabul edilse de günü müzde baģlı baģı na bir bili m dalı ol arak hayatı mı zı n her alanı nda et ki n bir Ģekil de kullanım al anı bul muģt ur. Uzakt an al gıla ma, uçak veya uydul ardan el de edilen ve cisi m ile el ektro manyeti k radyasyonun et kileģi ml erini n kaydedil di ği görünt üleri n veya verileri n; -toplanması -iģlenmesi -yoruml anması iģle ml eri ni n gerçekl eģtirildi ği bili m dalı ol arak kabul edil mekt edir. Aslı nda uzakt an al gıla ma al anı nda kullanılan bu iģle m adı ml arı nın hepsi kendi prensi pleri i çi nde bir bili m dalı ol arak el e alınabileceği ni de göz ardı et me mek gerekir [3]. Ancak 7
çağı mı zda kullanılan t eknol oji ve yönt e ml er birbirleri ile o kadar sı kı bir iliģki içerisi nde i ken, bili m dalları nı birbiri nden kesi n bir Ģekil de ayır mak veya bağı msı z ol arak tanı ml a mak çok zor dur. Uzakt an al gıla ma a maçlı verileri t opl anması ndan, uçak veya uydul ardan faydalanılarak, bunl ar üzeri ne mont e edil miģ çeģitli ti p ve özellikteki al gılayı cı siste ml er ve bunl arı oluģt uran t eknol ojiler kastedil mekt edir. Bir baģka deyiģle, kullanı m a maçl arı na uygun ol arak seçilecek bir algılayıcı siste m ile il gi alanı na giren böl ge veya cisi mhakkı nda gerekli olan verileri n topl anması dır. El de edilen veriler, ham verilerdir. Bu veriler çoğu za man il k alı ndıkl arı anda kullanıcı ya fazla bir Ģey ifade et mezl er. Bu veriler ancak belirli iģle m adıml arı ndan geçirildi kten sonra anl amlı hal e gelirler. Öncelikl e el de edilen veriler bir gör ünt ü hali ne getirilir ve daha sonra bu gör ünt ü, a maca uygun ol arak i yileģtir me i Ģle mi ne tabi t ut ul urlar. Gör ünt ülerden el de edilecek bilgileri n daha anl a malı bir ort a mda sunul ması veya mevcut ol an bil gilerle karģılaģtırılabil mesi a macı yla, bu gör ünt ül er mevcut bir referans sistemi ne göre uyuml u hale getirilirler. Gör ünt ül er bu iģle m adıml arı ndan sonra kullanılmaya el veriģli hal e gelir. Artı k il gi al anı na göre bu gör üntül erden gerekli ol an bilgiler t opl anabilir. Buralardan el de edilen ol an bil giler artık anl a mlı bir veri dir ve bili msel ol arak bir değere sahi ptir. Topl anan bu bil giler, kimi za man bir harita, bir arazi kul anı m grafi ği veya hava dur umraporu olarak karģı mı za çı kar. 2. 3 El ektro manyeti k Enerji El ektromanyeti k enerji; ıģı k hı zı nda ve uyu ml u dal galar Ģekli nde hareket eden enerji Ģekli nde ifade edilir. Uyu ml u dal gal arla, enerjiyi ol uģt uran birbiri ne di k iki t e mel bileģenlerden el ektri k ve manyeti k al anl arı n bir za man süreci nde gör üldüğü eģit aralı klar ifade edil mek istenmekt edir. Dal galar kura mı ile bir el ektromanyetik enerji n nasıl hareket ettiği açı klanabilir, ancak bu dal gaları n varlığı bir cisi m ile et kileģi me girdi ği za man anl aģılabilmekt edir [4]. Bu et kileģim sırası nda el ektromanyeti k enerji, enerji ve mo ment um özelliği ne benzer ol an ve fot on ol arak adl andırılan küçük parçacı klardan ol uģan bir yapı özelliği gösterir. Ör neği n bir ıģı k değiģi k yoğunl uğa sahi p ol an opti k mat eryaller i çi nden geçerken dal ga özelliği Ģekli nde bir davranıģ 8
gösterir. IĢı k öl çen bir al etle ıģı ğı n yoğunl uğunu öl ç meye çalıģtığı mı zda aslı nda öl ç meye çalıģtığı mı z değer, öl çü al eti ile et kileģi me giren ve f ot on sayıları ile orantılı ol arak belirli bir elektri k si nyali dir [5]. 2. 3. 1 El ektro manyeti k dal ga özelli kleri El ektromanyeti k dal galar hı z, dal ga boyu ve frekans t eri ml eri ile ifade edilmekt edir. Büt ün el ektromanyeti k dal galar uzayda aynı hızla hareket ederler. IĢı ğı n da el ektromanyeti k enerjinin bir t ürü ol ması nedeniyle genellikle ıģı k hı zı ol arak da bilinen bu değer, havasız bir orta mda c = 299, 793 km/sn olarak belirlenmi Ģtir. Bi r dal ga üzeri ndeki bir nokt adan, bir sonraki dal ga üzeri ndeki aynı nokt aya ol an mesafeye dal ga boyu ( λ ) denir. Biri m za manda bir nokt adan geçen dal ga sayısı na ise frekans ( f ) denir (ġekil 2. 3). El ektrik al anı Dal ga boyu Manyetik al an Dal ga yönü ġekil 2. 3 El ektromanyetik dal ga özellikleri 2. 3. 2 El ektro manyeti k et kileģme özelli kleri Katı,sı vı veya gaz hal deki madde ile et kileģen el ektromanyeti k enerji, et kileģen yayılı m ol arak adl andırılır ve et kileģi m sonucunda el ektromanyeti k enerji ni n aģağı daki özellikleri değiģebilir; - Gücü - Yönü - Dal ga boyu -Pol arizasyonu -Fazı 9
Uzakt an al gıla ma bili mi bu değiģi kli kleri al gılar ve kaydeder [ 6]. Daha sonra bu veriler ile yoruml ar yapılır ve maddeni n karakteri ortaya çı karılır. El ektromanyeti k yayılım il e madde arası ndaki bu et kileģi m sırası nda yoğunl uk ve enerji, te mel fizi ksel prensi pler gereği kor unur. ġekil 2. 4 de genel ol arak en çok karģılaģılan et kileģi ml er gösteril mekt edir. ġekil 2. 4 El ektromanyetik enerjini n madde ile et kileģi ml eri Yansıt ma : Gel en el ektromanyeti k enerjini n değiģ meden yayılı m ortamı na geri dön mesi dir. Özellikle dalga boyuna göre pür üzl ülüğü az ol an yüzeyl erde gör ül ür ve enerjini n geliģ açısı na eģit ve t ers yönde yansı ma ol ur. Yansı yan enerji ni n pol arizasyonunda veya titreģi myönünde değiģi klikl er olabilir. Yayıl ma : Özellikle uzun dal ga boyl arı nda cis mi n yapısı ve ısısı nı n bir fonksi yonu ol arak soğurulan enerjinin aynı veya farklı dal ga boyl arı nda tekrar yayıl masıdır. Geçir me : Enerji cisi m i çinde yayılı mı na deva m etmesi dir. Bu yayılı m sırasında hava ile su gi bi değiģi k yoğunl ukt a ol an orta ml ardan geçerken el ektromanyetik enerji ni n hı zı nda değiģi kli kler ol ur. Bu i ki hı z arası ndaki oran yansı ma katsayısı (n) ol arak adl andırılır ve Denkl e m2. 1 de ol duğu gi bi ifade edilir. n = Ca/ Cs (2. 1) Burada, Ca = El ektromanyeti k enerjini n havasız orta mdaki hızı Cs = El ektromanyeti k enerjini n cisi miçi ndeki hızı 10
Soğur ma : gelen enerjinin ta ma men ısı gi bi enerjini n di ğer Ģekilleri ne dönüģ mesi dir. Saçıl ma : Gel en el ektro manyeti k enerjini n bütün yönl ere yayıl ması dır. Ci s mi n yüzeyi, özellikle dal ga boyu ile aynı ol an pürüzl ül üğe sahi p ol ması dur umunda ortaya çı kar. Ör neği n atmosferden geçerken ıģı ğın dal ga boyu ile aynı olan küçük parçacı klar veya mol eküllerden dol ayı ıģık saçılır [7]. Her hangi bir cisi mde meydana gel en ve yukarıda açı klanan et kileģi mler, cis mi n at omi k, mol ekül er ve kristal yapısı na ve gelen enerjini n dal ga boyuna bağlıdır. Yayıl ma, saçıl ma ve yansı ma yüzey ol gusu ol arak adl andırılır. Çünkü bu et kileģi ml er, bir cis min yüzeyi ni n önceli kle pür üzl ül üğü, rengi gi bi yüzey özellikleri ni belirlemek amacı yl a kullanılırlar. Geçir me ve soğur ma ise bir cis mi n yoğunl uğu gibi i ç yapısı ile il gili özellikleri ni belirle mesi nedeni yle haci m ol gusu ol arak adlandırılır. Her i ki olgunun bir ko mbi nasyon ol arak kullanıl ması ise maddeni n özelliği ve el ektromanyetik enerji ni n dal ga boyuna bağlı dır [8]. 2. 3. 3 El ektro manyeti k spektru m El ektromanyeti k spektrum, havasız bir orta mda ı Ģı k hı zı nda hareket eden enerji ni n metreden nano metreye kadar dal ga boyl arı nı n gösterildi ği bir cet vel dir. Spektrum cet veli enerjini n dal ga boyl arı na göre veya frekansları na göre çeģitli böl gel ere ayrıl mıģtır. ġekil 2. 5 te dal ga boyl arı nı t e mel alı narak ol uģt urul muģ el ektro manyeti k spektrumgör ül mekt edir. ġekil 2. 5 El ektromanyetik spektrum 11
Burada i nsan gözüyl e gör ül ebilen böl üm çok küçük bir al an kaplamakt adır. Spektrumda belirtilen al anl ara kesi n bir sı nır ver mek zor dur. Bu yüzden al an sı nırları yakl aģı ktır ve ko mģu sı nırlar arası nda bi ndir mel er var dır. Cet veli n anl aģılabilirliği ve kullanı m kol aylı ğı ol ması bakı mı ndan sı nırlar l ogarit mi k ol arak oranl anarak düzenl enmi Ģtir. ġekil 2. 5 te gösterilen böl geler t e mel alı narak Tabl o 2. 1 de böl geleri n özellikleri veril miģtir. Tabl o 2. 1 El ektromanyetik Spektrumda yer alan alanlar ve açı kla mal arı BÖLGE DALGA ÖZELLĠ KLERĠ Ga ma ıģı nları <0. 03 nm Gel en ıģı nı m at mosfer tarafı ndan t a ma men e milir ve uzaktan al gıla ma içi n uygun değil dir. X ıģı nları 0. 03-30 nm At mosfer t arafı ndan t ama men e milir ve al gıla mada kullanıl ma maktadır. uzakt an Mor ötesi ıģınlar Fot oğrafi k mor öt esi 0. 03-0. 4 μm 0. 3-0. 4 μm 0. 3 μm den daha küçük olan dal ga boyl arı at mosferdeki ozon tabakası tarafı ndan tama men e milir. At mosferden geçer ancak at mosferi k saçıl madan et kilenir. Ancak özel fil mve al gılayıcılar tarafı ndan görülebilir. Gör ünen ıģık 0. 4-0. 5 μm Ġnsan gözüyl e de gör ülebilen dal ga boyl arı dır. 0. 5 μ m sevi yesi yeryüzünün yansıttığı enerji sevi yesi dir. Kı zıl ötesi böl ge Yansı yan kızıl öt esi Ter mal kızıl öt esi 0. 7 100 μm 0. 7 3. 0 μm 3-5 μm, 8 14 μm Dal ga boyl arı na göre maddeyl e et kileģi myapar. GüneĢ ıģı ğı nı n yansı ması dır ve madde ile il gili hi çbir ısı özelliği bil gisi taģı maz. 0. 7 0. 9 μ m aralı ğı özel filml er tarafı ndan al gılanabilir ve Fot oğrafi k kı zıl öt esi band di ye adl andırılır. Ma ddeni n t er mal özelli kleri il e bil gil er t aģır. Opti k- mekani k t arayıcılar ve özel vi dicon siste ml er t arafından al gılanır. Fil ml er tarafından algılana maz. Mi kr o dal ga 0. 1 100 c m Radar 0. 1 100 c m Bul ut,sis ve yağ mur dan sız ma yet eneği ol an uzun dal ga boyuna sahi p böl gedir. Aktif ve pasif siste ml erle görünt ü el de et mek mü mkündür. Mi kr odal ga böl gesi ni n aktif for mu ol up değiģi k dal ga boyunda görünt ü el de edilebilir. Radyo > 100 c m Spektrumun en uzun dal ga boyuna sahi p böl gesi dir. 12
El ektromanyeti k yayılımı n birçok özelliği dal ga kura mı ile ol dukça kol ay açı klanması na karģı n, bir di ğer kura mda el ektromanyeti k enerji et kileģi mi ndeki yönü el e alır. Bu kura m parçacı k veya f ot on ( phot on) ol arak isi ml endirilen birçok farklı biri ml eri n birleģi mi nden ol uģan el ektromanyetik enerjiyi anl atır [ 9]. Kuant um fizi ği ne göre el ektromanyeti k dal gaları n enerjileri belirli ni celi klerine göre ayrılabilir. Bir el ektro manyeti k dal ganı n t emel enerji biri mi ni foton ol arak adl andırılır. Bir fot onun enerjisi dal ganı n frekansı ile orantılıdır ve Denkle m 2. 2 ile bul unur. E = h f (2. 2) Burada; E = Kuant umenerjisi ( J ) h = Planck sabiti ( 6. 626 x 10-34 J sn ) f = Dal ganı n frekansı (e=hf) eģitliği nde frekans yeri ne ( f =c/ λ) eģitliği ndeki değeri konul ursa; denkl en 2. 2 eģitliği E= hc/ λ (2. 3) Ģekli ni alır. Böyl ece kuant um kura mı nı n dal ga boyu ile t ers orantılı ol duğu gör ül ür. Sonuç olarak daha kısa dal ga boyl arı daha yüksek enerji taģırlar. El ektromanyeti k enerji madde ile et kileģi mi sonucu al gılanmakt adır. Bu nedenden dol ayı enerjini n maddelerle et kileģ mesi sırası nda kullanılan dal ga boyunun öne mi art makt adır. Uzakt an al gılama bili mi nde bu özellik kull anılarak madde etkileģi ml eri ve dol ayısı yla maddeni n ayırt edici özellikleri ortaya çı kartıl makt adır. 2. 3. 4 At mosferi k et ki ve at mosferi k pencere Uzakt an al gıla ma uygula mal arı nda, el ektromanyeti k enerji al gılayıcı ve yer yüzü arası ndaki mesafeyi kat ederken at mosfer t abakası nı geç mek zor undadır. At mosfer tabakası değiģi k yoğunl ukl ara sahi p çeģitli kat manl ardan ol uģmakt adır. El ektromanyeti k enerjini n i çi nden geç mek zor unda ol duğu atmosfer; gaz mol ekülleri, su buharı, t oz zerreci kleri gi bi çok değiģi k parti küller i çerdi ği nden enerji ile et kileģ me özelliği ne sahi ptir. Özellikle uçakl ara göre at mosferden daha çok et kilen uydu siste ml erinde bu et ki yi di kkat e al mak gerekir. Yer yüzü etrafı nı çevreleyen at mosferi n et kisi, al gılanan enerji si nyali ni n büyükl üğü, mevcut 13
at mosferi k koģullar ve dal ga boyuna bağlı ol arak değiģir ve enerjini n atmosferde bir doğr ult u boyunca yayılımı nda, kat edeceği yol un uzunl uğunu engeller. At mosfer ve el ektromanyeti k enerji et kileģi mi nde genellikle i ki değiģi k sonuç ort aya çı kar. ġekil 2. 6 da basit anl a mda gösterildi ği Ģekilde enerji at mosfer i çi nde ilerlerken bir kıs mı saçıl maya uğrar veya soğurul ur. Kı sa dal ga boyu Uzun dal ga boyu ġekil 2. 6 Farklı dal ga boyl arı nı n at mosfer et kileģimi Saçıl ma; at mosferde bulunan ve çeģitli büyüklükl ere sahi p partiküller nedeni yl e enerjini n önceden t espit edile meyen yönl erde dağıl ması dır. Kullanılan enerji ni n dal ga boyunun at mosferde bul unan partikülleri n boyutları ndan daha kısa ol ması dur umunda, enerji bu partiküllere çarparak değiģik yönl ere dağılır. Saçılmanı n bir gör ünt ü üzeri nde en büyük et kisi gör ünt ünün pusl u ol ması dır. Ancak bu t ürl ü saçıl ma et kileri filtreler kullanılarak önl enebilir. Soğur ma; enerjini n at mosfer i çi nde t a ma men kaybol ması dır. Özellikle at mosfer içi ndeki su buharı, ozan ve karbondi oksit belirli dal ga boyuna sahi p enerjileri yut ma eğili mi ndedirler. At mosfer t abakası, gelen enerjileri n dal ga boyl arı na göre değiģi k geçirgenli k özelliklere sahi ptir. At mosferi n dal ga boyl arı na göre geçirgenli k oranl arı ġekil 2. 7 de veril miģtir. ġekil 2. 7 At mosfer geçirgenli k oranları 14
Uzakt an al gıla ma sisteml eri nde kullanılacak ol an dal ga boyl arı, atmosferden geçebil me özellikleri di kkat e alı narak el ektromanyeti k spektrumda uygun al andan seçilirler. Bu al anlar, atmosferi n gel en enerjilere göre geçirgenl eģtiği dal ga boyu al anl arı dır ve at mosferi k pencere ol arak adl andırılır [10]. Uzakt an al gıla ma siste ml eri genellikle bir veya birkaç at mosferi k pencere i çerisi nde faali yet göst erecek Ģekil de düzenl enirler. Bu pencereler, mi krodal ga böl gesi, kı zıl ötesi bölgesi ni n bir böl ümü, gör ünen ıģı k böl gesi ni n t a ma mı ve yakı n mor öt esi bölgesi ni n bir böl ümüdür. At mosfer X ı Ģı nları i çi n kıs men de olsa geçirgendir ancak bu böl ge uzakt an al gıla ma a macı yla kullanıl ma makt adır. 15
3. RADAR SĠSTEMLERĠ 3. 1 Ge nel Radar ( RAdi o Det ecti on And Rangi ng) el ektro manyeti k spektrumda mi kr odal ga band aralı ğı nda bul unur ve mili metreden metreye kadar dal ga boyuna sahiptir. Ġlk ol arak Hertz t arafı ndan 1886 yılında el ektromanyeti k dal ganı n t aģı nabileceği ve bu dal ganı n bir cisi ml e et kileģ mesi sonucunda yansı yacağı nı ispatlanmı Ģtır. Bu geliģ meden sonra 1903 yılında Hul s meyer t arafı ndan dal gaları n ge mi leri n t espit edil mesi nde kullanılabileceği ni ispatlanmı Ģtır. Radarı n gerçek anl a mda i cadı ise 1920 de ABD Donan ması AraĢtır ma Laborat uarı nda Tayl or ve ar kadaģları tarafı ndan ge mi ve uçakl arı i zle mek a macı yla geliģtirilen siste m ile ol muģt ur [ 6]. Daha sonra 1930 da Ġngiltere de Sir Wat son- Watt pratik bir uçak izle me radarı geliģtirmi Ģtir. II. Dünya SavaĢı sırasında radar gör ünt üle me siste ml eri geliģ me kaydet mi Ģ ve navi gasyon ve gece bombar dı manı na yardı m amacı yl a kullanıl mıģtır. O döne mde döner ant en kullanılarak t opl anan si nyaller bir kat ot ıģı n t üpünün üzeri nde gör ünt ülenirdi. Gör ünt üle me kalitesi çok düģük ol ması na karģı n savaģ sırası nda kullanı ma macı na göre radarlar ol dukça kullanıģlı ol muģt ur. Sürekli kol on gör ünt üleme kapasitesi ni n geliģimi ile birlikte 1950'lerde Ameri kan Or dusunda uçakl ara yan bakıģlı radar siste ml eri mont e edil miģtir. Bu siste m il e uçağı n uçuģ r ot ası na paralel ol arak bir Ģerit radar sinyalleri ile t aranarak buradan geri yansı yan si nyaller t opl an mı Ģ ve bir fil m üzeri ne kaydedil miģtir. Ġl k baģlarda arazi gözl e ml eri i çi n kullanılan gerçek açı klı klı radarları n çözünürl ül ükl eri düģükt ü. Çözünürl ül üğün i yileģtiril mesi ancak çok büyük boyutl arda ant en uzunl uğuna i hti yaç göster mekt e i di. Bu dezavant aj daha sonra gene yan bakıģlı ol an ancak mesafeden bağı msı z ve ant en uzunl uğunun yükseltil mesi ne gerek ol maksızı n nispet en daha yüksek bir çözünürl ül ük sağlayan yapay açı klı klı radar siste ml eri ile gi deril mi Ģtir. O döne ml erde radar gör üntüle me siste ml eri düģ man hatları nda veya politik ol arak girile meyen böl gelerde i sti hbarat a maçlı veri t opl a ma a maçl arı yla uzun süre kullanıl mıģtır. 16
II. Dünya SavaĢı sırasında kullanılan radar siste ml eri nde band aralıkl arı na o döne mdeki güvenli k politikası gereği, hangi dal ga boyunun kullanıl dı ğı anlaģıl ması n di ye geliģi güzel ol arak isi ml er veril miģtir. Daha sonraki böl ümde açı klanacak ol an bu dal ga boyl arı na verilen bu isi ml er günü müzde de aynı Ģekil de halen kullanıl makt adır. Uzayda kullanılan radar siste ml eri il k ol arak askeri a maçlı ol arak 1960'lı yılları n sonl arı nda uygul anmaya baģla mı Ģtır. Bu siste ml er askeri a maçlı ol dukları i çi n o döne mde alı nan gör ünt üler gi zli ol arak sı nıflandırıl mıģtır. Ġl k askeri a maçlı ol mayan uyduya mont e edil miģ radar kullanı mı 26 Haziran 1978 t ari hi nde NASA tarafı ndan yür üt ülen Seasat siste mi pr ojesi ile baģla mı Ģtır. Seasat uydusu göl gele meyi önl e mek a macı yl a yüksek bir depresyon açısı yla 790 k m. yüksekli kte bir yör üngeye yarleģtiril miģtir. L bandı kullanan radardan 25 k m.li k bir geniģlikle 4 kol on olmak üzere gör ünt üler alı nı p daha sonra bu kol onl ar birleģtirilerek 100 k m.li k bir al anı n gör ünt üsü el de ediliyordu. Uydu bir t am t ur unu 24 günde t a ma ml a makta i di. Uydudan el de edilen gör ünt üleri n çözünürl ül üğü verileri n iģlenmesi ne bağlı ol arak değiģ mekt e i di. Çözünürl ül ük opti k düzelt me ile 70-80 m. kadardı. Ancak sayısal ol arak düzelt meler uygul anması ile 25 m. ci varı nda bir çözünürl ül ük el de edil mekt e i di. Uydu yörüngeye yerleģtiril mesi nden 99 gün sonra uydu ve al gılayı cıları n çalıģ mal arı nı engelleyen bir devre arızası nedeni yl e devre dıģı kal mı Ģtır. Ancak 99 günl ük faal ol duğu süre i çerisi nde dünyanı n büyük bir böl ümünün görünt ülen mesi gerçekl eģtiril miģtir. Genel ol arak, özellikle tropi kal böl gelerde at mosferi k koģulları n ve havanı n bul utl ul uğunun di ğer pasif siste ml erle gör üntü alı nması na i mkan ver me mesi nedeni yle, özellikleri dolayısı yla ıģı k ve at mosferi k koģullardan et kilenmeden ve geniģ al anlarda gör ünt ü al ması, radar siste ml eri nin kullanıl ması nı yaygı nlaģtır mıģtır. O döne ml erde okyanus yüzeyl eri ni n gözl e ml enmesi, yüzey suyunun sıcaklı ğı nı n belirlenmesi, rüzgar durumu ve dal ga yükseklikleri ni n gözl e ml e mesi nde, ayrı ca buzul hareketleri ve geniģ al anl arda t e mati k harita üreti mi a macı yla et kin Ģekil de kullanıl mıģtır. ġekil 3. 1 Ġlk radar uydu gör ünt üleri nden biri 17
ġekil 3. 1 de sayısal ol arak düzelt me uygul anmı Ģ böyl e bir uydu radar gör ünt üsü gör ül mekt edir. Al aska nın güney sahilleri nde Yakut at böl gesi ne ait ol an gör ünt üde, böl gedeki okyanus dal gaları ve karadaki buzullar açı kça görül mekt edir. 1990' lı yıllarla birlikte r adar t eknol ojileri ndeki geliģ mel ere paralel olarak radar siste ml eri ni n çoğal ması ve bunun sonucu al gılayıcı çeģitliliği ni n art ması ile birli kte uzun süreli ve planlı radar görünt üle me görevl eri baģarı ile yürüt ül meye baģlanmı Ģtır. 3. 2 Mi krodal ga Prensi bi Radarlar genel anl a mda, ant enden yayı ml anan ve bir yüzeyden geri yansı yan mi kr odal ga si nyalleri ni n gi diģ-dönüģ za manl arı nı ve Ģi ddeti ni ölçerler. Bi r radar ant eni 300 MHz. ile 30 GHz. frekanslarına karģılık gel en ve 1 cm. ile 1 m. arası nda değiģen uzunlukt a sani yede yakl aģı k 1500 yüksek enerjili ve 10-15 mi kr osani ye geniģliğe sahi p mi kr odal ga palsleri ni gör ünt ülenecek al ana gönder mekt e ve geri yansı yan palsleri topla makt adırlar [11]. Si nyaller genellikle radar frekans aralı ğı nda küçük bir band aralı ğı nı kapsa makt adır. Tabl o 3. 1 de radar sisteml eri nde kullanıl makt a ol an band isi ml eri, dal ga boyl arı ve frekansları ile birlikte gösteril mekt edir. Tabl o 3. 1 Radar dal gaları Band Adı Frekans Dal ga Boyu P band 0. 3-1 GHz. 30-100 c m. L band 1-2 GHz. 15-30 c m. S band 2-4 GHz. 7. 5-15 c m. C band 4-8 GHz. 3. 8-7. 5 c m. X band 8-12. 5 GHz. 2. 4-3. 8 c m. Ku band 12. 5-18 GHz. 1. 7-2. 4 c m. K band 18-26. 5 GHz. 1. 1-1. 7 c m. Ka band 26. 5-40 GHz. 0. 75-1. 1 c m. 18
Frekans, dal ga boyundan daha st abil bir özellik göst erdi ği nden dol ayı, el ektro manyeti k enerjini n değiģi k yoğunl ukt aki cisi ml er i çi nden geçerken dal ga boyu ve hı zı nda bir değiģi kli k olur ancak frekansı sabit kalır. Kullanı mı ve anl aması daha kol ay ol duğu i çi n genellikle dal ga boyu ifadesi daha çok kullanıl maktadır [11]. Frekans ve dal ga boyu arası nda iliģki yi ise Denkl e m 3. 1 de ol duğu gi bi kur mak mü mkündür. = c/ f (3. 1) Burada; c: IĢı k hızı ( 3x10 8 m/sn) : Dal ga boyu ( m) f: frekans ( Hertz) 3. 3 Radar Siste m BileĢenl eri Bi r radar gör ünt üle me siste mi ni n bileģenl eri ġekil 3. 2 de göst eril mekt edi r. Basit anl a mda gösterilen Ģekilde, pals üreteci i ki a maç i çi n kullanıl makt adır. Biri ncisi verici deki enerjiyi kontrol altında t ut maktır. Bir di ğer görevi ise antene dönen enerjini n kaydedil mesi dir. Aynı ant en he m r adar dal gal arı üretir he m de yansı yan dal gaları t opl a makt adır. Dupl exer yayı cı ve alıcı arası ndaki geçiģi sağl ayarak, enerji yay ma esnası nda alıcı yı, al ma esnası nda ise yayı cıyı kapat makt adır. ġekil 3. 2 Radar görünt üle me bileģenleri 19
Ant en, bir reflekt ör gi bi r adar dal gaları nı istenilen yere yoğunl aģ ması nı sağl ar ve geri dönen enerjini n t oplanması görevi ni yür üt ür. Bir alıcı gel en zayıf dal gal arı n enerjileri güçl endir mek i çi n kullanılır ve geri dönen palsleri n yoğunl uğundaki değiģi ml eri düzenl er. Alıcı aynı za manda geri dönen ve cis mi n yerini gör ünt ü üzeri nde te msil edecek olan palsleri n za manı nı da kaydet mekt edir [9]. 3. 4 Görünt ül e me Geo metrisi Fot oğrafi k siste ml eri n, di ğer t arayı cı siste mleri n ve radarları n, gör ünt ül e me siste ml eri ol dukça farklıdır. Fot oğrafi k siste mler veya di ğer t arayıcı siste ml er genel de düģey ve si metrik geometri ye sahi p ol duğu hal de radarlar yan bakıģlı ve si metri k ol mayan bir yapıya sahi ptir. ġekil 3. 3 te bir radar siste mi ni n bir arazi parçası nı görünt üle mesi ni gösterilmekt edir. ġekil 3. 3 Radar görünt üle me geo metrisi Burada; H n = UçuĢ Yüksekli ği Y = UçuĢ Doğr ult usu ( Azi mut doğrult usu) X = BakıĢ doğrult usu ß = BakıĢ açısı ( DüĢ me açısı) Ø n = Yakı n geliģ açısı 20
Ø f = Uzak geliģ açısı s = Eği k uzunl uk g = Arazi uzunl uğu a = Arazi uzunl uğu çözünürl ül üğü (x doğrult usunda) b = Azi mut çözünürl ülüğü (y doğrult usunda) e = Eği k uzunl uk çözünürl üğü Ar azi üzeri nde bir kol on Ģekli nde t ara ma yapan radar siste mi ant eni radar palsleri ni bakıģ doğr ult usu ( X ) boyunca gönderir. BakıĢ doğr ult usu, uçuģ doğr ultusu veya azi mut doğr ult usuna göre di ktir. Uçak veya uydunun i zi ne en yakı n bölge yakı n kenar, palsleri n ulaģabil diği en uzak mesafe ise uzak kenar olarak adlandırılır. Aktif bir siste m ol ması ndan dol ayı radarlar, el ektromanyeti k enerjiyi açısal mesafeden zi yade za manın bir fonksi yonu ol arak kaydederler. Bu yüzden di ğer opti k veya t arayıcı siste ml erden farklılık göst erirler. Zaman, açısal mesafeden daha hassas öl çül üp, kaydedilebilir ve bu özelliği sayesi nde radar siste ml eri uzak mesafelerden opti k siste ml ere göre daha hassas ve yüksek çözünürl ül ükt e gör ünt üler al abil me yet eneği ne sahi ptirler. 3. 4. 1 Bakı Ģ açısı He m bakıģ doğr ult usunda he m de azi mut doğr ultusunda uzaysal çözünürlül ük, radar siste ml eri ni n karakt eristik özellikleri nden faydal anılarak belirlenir. Bi r radar siste mi nde dal ga boyuna ek olarak bir di ğer karakteristik özellik ise bakıģ açısı dır. BakıĢ açısı; yeryüzü ile gönderilen radar dal gası arası ndaki iliģki ol arak tanı ml anabilir. Bu açı, yat ay düzl e m ile cis me gönderilen radar dal gası arası ndaki açı dır ve cis mi n gör ünt ü üzeri ndeki gör ünümünü belirle meye yarar. Bi r di ğer tanı ma ml a ise, cis me gönderilen radar dal gası ile cis mi n nor mali ni n yaptığı açı dır. GeliĢ açısı ol arak t anı ml anan bu açı bakıģ açısı nın geo metri k ol arak t üml er açısı dır. Teori k ol arak gör ünt ülenen yüzeyi n yat ay ol ması dur umunda t üml er açı geo metri k bağı ntısı kullanılır, aksi hal de arazi ni n eği mi de bu bağı ntı ya dahil edil mesi gerekmekt edir ( ġekil 3.4). Gerçekt e cisi m ile gönderilen radar dal gası arası ndaki iliģki yi tanı ml a ma da geliģ açısı kavra mı nı kullanmak daha doğrudur. 21
ġekil 3. 4 GeliĢ açısı BakıĢ açısı yakı n kenarda büyür, uzak kenarda ise küçül ür. Bir gör ünt üde ort ala ma bakıģ açısı ol arak, gör ünt ünün orta nokt ası ndaki bakıģ açısı ol arak alı nır. Ancak gör ünt ü üzeri nde her noktada bakıģ açısı kavra mı kullanılabilir. BakıĢ açısını n t üml er açısı ol an ve bir nokt ada o nokt anı n nor mali ile bakıģ doğr ult usunun yaptı ğı açı ya geliģ açısı denir. Gör ünt ü üzeri nde her pi ksel i çi n belirlenen geliģ açısı na lokal geliģ açısı denir ( ġekil 3. 5). GeliĢ açısı nı n art ması veya azal ması cis mi n yüzeyi nden yansı yan si nyalleri n yansı ma değerleri ni n değiģimi ne neden ol ur. Bu da gör ünt ü üzeri nde değiģi k pi ksel parlaklı ğı na sebep ol ur. ġekil 3. 5 Lokal geliģ açısı Uydul arı n irtifaları nı n çok yüksek ol ması sebebi yle geliģ açıları, uçaklara t akılı siste ml ere göre daha büyükt ür ( ġekil 3. 6). Uçakl ara t akılı siste ml erde yaklaģı k irtifa 5-10 k m ol ması sebebi yle, alı m açısı t ara ma geniģliği boyunca di kkate değer bir değiģi m göst ererek 45-85 dereceleri arası nda bir değer alır. Uydu sisteml eri nde i se yakl aģı k irtifa 250-800 km arası nda değiģ mekt e ve alı m açıları aynı t ara ma geniģliği boyunca yakl aģı k 2 derece gi bi küçük bir mi kt ar değiģi mgöster mekt edir. 22
ġekil 3. 6 Uçak ve uydu siste ml eri bakıģ açıları Uydu siste ml eri nden alınan gör ünt ülerde l okal geliģ açıları ortala ma geliģ açısı değeri ne yakı n değerlerdir. Uçakl ara t akılı siste ml erde ise özellikle dal galı arazilerden alı nan bir gör ünt ü üzeri nde çok farklı l okal geliģ açıları mevcutt ur. Bu özelliklerden dol ayı uydudan el de edilen görünt üler daha homoj en ol makt adır. 3. 4. 2 Radar siste ml eri nde uzaysal çözünürl ül ük Uzaysal çözünürl ül ük, bir gör ünt ü üzeri nde al gılanabilen en küçük det ayı n yeryüzündeki boyut u olarak t anı ml anmakt a ve bir gör ünt ü üzeri nde ise pi ksel boyut una karģılık gel mekt edir. Sayısal bir gör üntü üzeri nde pi ksel boyutundan daha küçük ol an cisi ml eri n t anı ml anması mü mkün değil dir. Yüksek çözünürl ülüğe sahi p bir gör ünt üde pi ksel boyutları küçükt ür ve det ayları n gör ünebil mesi ve t anı ml an ması kol aydır. DüĢük çözünürlül üğe sahi p bir gör ünt ü de ise pi ksel boyutları büyükt ür ve det ay tanı ml a ması zordur. Ancak çok kaba detaylar görülebilir. Bi r radar gör ünt üsünde uzaysal çözünürl ül ük, diğer uzakt an al gıla ma siste ml eri ne göre değiģi kli k göst erir. Radar gör ünt üsünün çözünürl ül üğü bakıģ doğr ultusu ve uçuģ doğr ult usu boyunca farklıdır. Uzunl uk ve azi mut çözünürl ül ükl eri ol arak t anı ml anan iki çözünürl ül üğün ko mbi nasyonu ile bir radar gör ünt üsünün genel çözünürl ül üğü belirlenebilir. 3. 4. 2. 1 Uzunl uk çözünürl ül üğü Radar siste ml eri ni n bakıģ doğr ult usu üzeri nde bulunan birbiri ne çok yakı n i ki cis mi n ayırt edilebil me özelliğidir. Uzunl uk çözünürlül üğü yada bakıģ doğr ultusundaki çözünürl ül ük, bakıģ açısı ve pals uzunl uğu ile belirlenir. Pals uzunl uğunu bul mak içi n palsi n süresi ni n ıģık hı zı ile çarpı mı kullanılır. Genel anl a mda uzunl uk 23
çözünürl ül üğü yakl aģı k ol arak pals uzunl ul uğun yarısı kadardır di yebiliriz. Ar azi de uzunl uk çözünürl ül üğünü ise Denkl e m3. 1 ile bulabiliriz. R P. c r 2. Cos 2. Cos veya R P. c r 2. Sin 2. Sin (3. 1) Burada; R r : Uzunl uk çözünürl ül üğü P : Pals uzunl uğu : Palsi n süresi c : IĢı k hızı : BakıĢ açısı : GeliĢ açısı ġekil 3. 7 de prati k ol arak bu iliģki gösteril mekt edir. P pals uzunl uğu kullanan bir radar siste mi ile arazi yüzeyi t aranmakt adır. 1 ve 2 nu maralı det ayl ar birbiri ne pals uzunl uğunun yarısı mesafeden daha yakı n ol duğu i çi n gör ünt ü üzeri nde birbiri nden ayırt edile mezl er. 3 ve 4 nu maralı det aylar ise birbiri nden yet eri kadar uzakt a ol duğu içi n ayırt edilebilirler. 1 ve 2 nu maralı det ayl arın ayırt edilebil mel eri içi n en az araları ndaki mesafeni n iki katı kadar uzunl uktaki bir pals uzunl uğu kullanmak gerekir. ġekil 3. 7 uzunl uk çözünürlül üğü Uzunl uk çözünürl ül üğünü artır mak i çi n mü mkün ol duğu kadar pals uzunl uğunun azaltıl ması gerekmekt edir. Pals uzunl uğunun azaltıl ması ise gönderilen palsi n t opl a m 24
enerjisini n azal ması anlamı na gel mekt edir. Enerji ve pals uzunl uğu, yüzeye gönderilen palsi n al gılanabilecek güçl ül ükt e geri dön mesi ne yet ecek sevi yeden daha düģük ol a maz. Bu duru mda t opl a m enerji yi kor umak i çi n genli ği n artırıl ması gerekmekt edir. Bu t ürde bir pals üretecek bir cihaz yapıla ması nı n çok zor ol ması nedeni yle alternatif çözü ml er kullanıl makt adır. Sabit bir frekanslı kısa pals uzunl uğu yeri ne değiģtiril miģ frekanslı uzun palsler kullanılır [12]. 3. 4. 2. 2 Azi mut çözünürl ül üğü Azi mut çözünürl ül üğü yada uçuģ doğr ult usu boyunca ol an çözünürl ülük, radar siste mi ni n hareket yada uçuģ doğr ult usuna paralel doğr ult uda bul unan ve birbiri ne yakı n i ki cis mi n ayırt edilebil me özelliği dir. Radar uçuģ doğr ult usunda bul unan i ki cis mi n ayırt edilebil mesi ancak bu i ki cisi m arasındaki mesafeni n gönderilen radar ıģın de meti ni n geniģliği nden daha fazla ol ması dur umunda mü mkündür. Bir radar siste mi nde, radar ıģı n demeti ni n geniģliği aynı zamanda azi mut çözünürl ülüğü ol arak da kabul edilir [13]. ġekil 3. 8 de gör ül düğü gi bi bir radar ıģı n de meti kaynakt an hedefe doğru açılarak gi der. Bu özellik ise yakın kenarda azi mut çözünürlül üğün yüksek, uzun kenar da i se düģük ol ması na sebep olur. 1 ve 2 nu maralı cisi ml er arası ndaki mesafe, 3 ve 4 nu maralı cisi ml er arası ndaki mesafeye eģittir. Ancak kullanılan radar ıģı n de meti ni n geniģliği nden dol ayı 1 ve 2 nu maralı cisi ml er birbiri nden ayırt edilebilirken, 3 ve 4 nu maralı cisi ml eri birbirinden ayırt et mek i mkansızdır. ġekil 3. 8 Azi mut çözünürlül üğü Radar ıģı n de meti geniģliği mesafeye göre bir açısal sabit değerdir. IĢın de meti geniģliği gönderilen dal ga boyu ile doğr udan, anten uzunl uğu ile t ers orantılıdır. Bu yüzden kısa dal ga boyu veya uzun ant enl er ile yüksek bir çözünürl ül ük elde et mek mü mkündür. Kı sa dal ga boyu kullanıl ması, sistemi n hava koģulları ndan daha fazl a et kilenmesi ne ve gör ünt ü kalitesi nde bozul mal ara sebep ol makt adır. Ant en boyu i se prati k ol arak belirli bir sı nırda kal mak zor undadır. Uzun ant en boyl arı siste mi n kullanıģlılığı nı ve mali yetini et kile mekt edir. 25
Bi r radar siste mi ni n azi mut çözünürl ül üğü içi n aģağı daki eģitlik kullanılır. R a 0.7 S (3. 2) D R a : Azi mut çözünürl ül üğü S : Eği k uzunl uk : Dal ga boyu D : Ant en uzunl uğu Dal ga boyu 3 c m, ant en uzunl uğu ise 500 c m, yakı n kenarda eği k uzunluğun 8 k m, uzak kenarda eği k uzunluğun 20 k m ol duğu ti pik bir X band radar siste mi nde azi mut çözünürl ül üğü, yukarı daki eģitlik kullanılarak, yakı n kenarda 33. 6 m, uzak kenarda ise 84 m ol arak bul unur. Buradan ġekil 3. 8 de yer al an nokt alar arası ndaki mesafe 35 m ol ması dur umunda 1 ve 2 nu maralı cisi ml er ayırt edilebilir. 3 ve 4 nu maralı cisi ml eri n birbirleri nden ayırt edilebil mel eri içi n arları ndaki mesafeni n en az 84 mveya daha fazla ol ması gerekir. 3. 5 Radar Görünt üsü ve Özelli kleri Radar gör ünt üleri pek çok nokt adan veya resim el e manl arı ndan ol uģur. Gör ünt ü üzeri ndeki her bir pi ksel veya resi m el e manı, yeryüzündeki bir alanı n radar si nyalleri ni n geri yansıması nı göster mekt edir. Gör ünt üde parlak ol arak gör ünen pi kseller, güçl ü bir geri yansı mayı, koyu al anlar i se zayıf bir geri yansımayı ifade et mekt edir. Gör ünt üle me geo metrisi ve el ektromanyeti k dal ga özellikleri iti barı yla, radar görünt üleri di ğer uzakt an al gıla ma görünt üleri nden çok farklı görünümdedir. Yüzeye gönderilen radar si nyalleri ni n yansı ma değerleri belirli coğrafi konu m ve al anl ar i çi n sayı yla ifade edilen resi m el e manl arına dönüģt ürül ür. Her yansı manı n kuvveti sayısal bir öl çekt e t anı ml anır. Bu öl çek i ndirgenmi Ģ ol arak 0 il e 255 arası ndaki değerlere karģılık gelir. Tekni k ol arak bu resi m el e manl arı nın değerleri yansı yan si nyalleri n kuvveti yle veya gücüyl e ifade edilir. Al gılanan kuvvet değerleri radarı n dal ga boyu, polarizasyonu gi bi et menlere bağlı dır. El de edilen sayısal gör ünt üler, radar anteni ne geri dönen birçok si nyalin ortala ması ile el de edilir. ġekil 3. 9 da değiģi k arazi yapısı na sahi p bir alanı n radar si nyalleri ile t aranması sonucu si nyalleri n yüzeylere göre yansı ma Ģekilleri ve geri yansı yan si nyalleri n bir radar görünt üsünde nasıl bir et kisi ni n ol duğunu gösteren grafi k yer al maktadır. 26
YÜZEY DÜZ OR MAN ÇALI DAĞ PÜRÜZLÜ ġehġ R RADAR GÖRÜNTÜS Ü ġekil 3. 9 Radar si nyalleri ve arazi Ģekilleri arası ndaki iliģki 3. 5. 1 Stereo radar görünt üsü Bi r gör ünt ü çifti stereo olarak gör ünt ülenmek istenirse, bu gör ünt üleri n aynı böl geyi iki farklı pozisyondan gör ünt üle mesi gerekmektedir. Ġki farklı pozisyondan alı nan gör ünt ülerde ol uģan st ereo paralaksı yardı mı ile gör ünt üler stereo ol arak gör ül mesi mü mkündür. St ereo görünt üle mede i yi bir geo metri el de et mek i çi n, kesiģ me açısı büyük ol malı dır [14]. Bu sayede st ereo paralaks değeri büyüyecek ve daha i yi bir gör üģ el de et mek mü mkün ol acaktır. Radar görünt üle me siste ml eri de bi ndir meli gör ünt üler al mak a macı yla, ko mģu kol ondaki aynı böl geyi farklı açı dan gör ünt ülerler. Bu özellik sayesi nde radar görünt ü çiftleri ile stereo gör ünt ü ol uģt ur mak mü mkün olmakt adır. ġekil 3. 10 da i ki farklı kaynakt an elde edil mi Ģ stereo radar görünt üleri gör ül mekt edir. ġekil 3. 10 Stereo radar gör ünt üleri Ancak radar gör ünt ülerindeki radyo metri k ve geo metri k özellikler dol ayısı yl a el de edilen st ereo gör ünt üler alıģıl madı k bir gör ünt üdür. Özellikle farklı bakıģ doğr ult uları ve farklı bakıģ açıları ile alı nan stereo çiftleri nden ol uģan gör ünt üleri birbirleri ile 27
uyu ml andır mak ve daha iyi bir gör üģ el de et mek i çi n özel gör ünt ü iģle me yönt e ml eri kullanıl malı dır. Ör neği n f arklı bakıģ doğr ult ularından dol ayı aynı yeri n gör ünt üleri radyometri k olarak farklı özellikte olacaktır ve stereo gör meyi zorlaģtıracaktır. 3. 5. 2 Çok boyutl u görünt ü Çok boyutl u gör ünt ü; bir gör ünt ünün birden fazla gör ünt ünün bileģi mi nden ol uģ ması anl a mı na gel mekt edir. Sonuç gör ünt üyü ol uģt uran di ğer gör ünt üler de yöneltil mi Ģ gör ünt üler ol duğu içi n karģılıklı pi kseller arazi de de aynı yerleri temsil et mekt edir. Üç boyutl u gör ünt üler, genellikle t e mel gör ünt üleri kır mı zı, yeģil ve maviye karģılı k gel ecek Ģekil de renkli gör ünt üler gi bi gör ünt ülenir. Renkl erdeki değiģi m mi kt arları, gör ünt üler arası ndaki farklılıkları ifade et mekt edir. Bu farkl ar, bit kileri n büyü mesi, su mi kt arı ndaki değiģi m gi bi arazi de meydana gel en değiģi ml erden kaynakl anan farklılıklardır. Çok boyutl u gör ünt üler değiģi k yönt e ml erle el de edilebilir. AĢağı da bu yönte ml erden birkaçı açı klanmı Ģtır. 3. 5. 2. 1 Çok za manlı görünt ül er Aynı böl geye ait gör üntüler değiģi k za manl arda alı nmı Ģtır. Bu sayede böl gedeki za mansal değiģi ml er hakkı nda bil gi edi nmek mü mkündür. Özellikle uzakt an al gıla mada za mana bağlı ol an değiģi ml eri i zle mek a macı yla kullanıl makt adır. Bu yönt e m geliģ mi Ģ gör ünt ü iģle me t ekni kleri nin ve siste ml eri ni n kullanıl dı ğı günü müzde çok fazl a t erci h edilen bir yönt e mdir. ġekil 3. 11 de bir böl gedeki piri nç üreti mi ni n kontrol ü a macı yla yapıl mıģ bir çalıģ mada, bir böl geni n aynı yıl i çerisi nde Ma yı s, Haziran ve Te mmuz ayları nda alınmı Ģ radar görünt üleri görül mekt edir. Mayıs Haziran Te mmuz ġekil 3. 11 Mayıs, Haziran ve Te mmuz ayları nda alınmı Ģ radar görünt üleri 28
ġekil 3. 12 de ise farklı ayl arda alı nmı Ģ bu görünt üler, t ek bir gör üntü üzeri nde kır mı zı, yeģil ve mavi bandl ara karģılık gel ecek Ģekil de uyarlanı p yeni bir gör ünt ü ol uģt urularak renkl ere göre sı nıflandır ma yapıl mıģ ve yapılan bu sı nıflandır ma ayrı ol arak gösteril miģtir. ġekil 3. 12 Çok boyutl u radar sonuç görünt üleri 3. 5. 2. 2 Çok frekanslı görünt ül er Gör ünt ü değiģi k frekanslarda alı nmı Ģ radar gör üntül eri nden ol uģt urul muģt ur. DeğiĢi k dal ga boyu ile alı nmı Ģ gör ünt üleri n birleģtiril mesi ile radar gör ünt ülerinde dal ga boyundan dol ayı ol uģan noksanlı klar gi deril meye çalıģıl makt adır. Uzun dal ga boyu kullanıl ması dur umunda gör ünt üde det ay kayı pları ol acaktır,ancak görünt üde gri renk değerleri böl gesel ol arak daha ho moj en olacaktır. Ör neği n bir t arla aynı renk değerleri nden ol uģacaktır. Kı sa dal ga boyu kullanıl ması dur umunda i se det ay al gıla ma özelliği art acak ancak bu defa da gri değerleri çok farklılık göstereceği nden gör ünt üde bir kar maģa meydana gel ecektir. Bu i ki gör ünt ünün birleģtiril mesi dur umunda, aynı özelliğe sahi p ol an büyük al anl ar daha ho moj en bir yapı ya kavuģacak ayrıca detay tanı ma özelliği ise kaybedil me mi Ģ olacaktır. Uz un dal ga boyu Ort a dal ga boyu Kı sa dal ga boyu ġekil 3. 13 Çok frekanslı gör ünt ü örnekl eri 29
Bi r baģka deyiģle, dal ga boyundan küçük ol an cisi ml er gör ünt üle medi ği nden dol ayı bu yönt e m ile el de edilen gör ünt ülerle gör ünt ü üzeri nde değiģik yor u ml ar yapıl ması na i mkan sağl anacaktır. ġekil 3. 13 te farklı frekansta alı nmı Ģ aynı böl geye ait gör ünt üler yer al maktadır. Uzun dal ga boyu ile alı nmı Ģ gör ünt ü ile kısa dal ga boyu ile alı nmı Ģ gör üntü arası nda det ay t anı ml a ma özelliği açı kça görül mekt edir. Ancak kısa dal ga boyu ile alı nmı Ģ gör ünt üde ise gri değerlerde çok fazla değiģi ml er gör ül mekt edir. 3. 5. 2. 3 Çok pol arizasyonl u görünt ül er IĢı k gi bi radar dal gaları da yat ay veya düģey eksenl erde yayılırlar. Yat ay veya düģey düzl e mde gönderilen dalgalar yi ne yat ay veya düģey düzl e mde geri t opl anırlar. Böyl ece gör ünt ü ol uģt urmak i çi n dört farklı veri el de edil miģ ol ur. Bu Ģekil de çok pol arizasyonl u görünt ülere pol ari metri k görünt ü de denmekt edir [13]. Bu t ür gör ünt üler özellikle sı nıflandır ma a maçl arı ile kullanıl makt adır. Ağaç yaprakl arı veya çalılıkl arı n gel en radar dal gası nı farklı düzl e mlerde geri yansıt ması ndan dol ayı, bunl ardan geri dönen radar geri yansı maları farklı düzl e ml erde kaydedil mesi ile el de edilen gör ünt ülerden ağaçlar hakkında bil gi toplanması mü mkün ol makt adır. ġekil 3. 14 deki birinci gör ünt ü or manlı k bir böl gede ağaçları n sağlı klı ol up olmadı ğı ile il gili bir çalıģmadan alı nmı Ģtır. Bu çalıģ mada çok pol arizasyonl u gör ünt üler kullanıl mıģtır. El de edilen sonuç gör ünt üde, kır mı zı böl geler sağlı klı ağaçl arı, yeģil böl geler yangı nda zar ar gör müģ al anları, gri al anl ar ise kıs men zarar gör müģ ağaçları göster mekt edir. (a) (b) ġekil 3. 14 Çok pol arizasyonl u görünt üler 30
ġekil 3. 14 deki i ki nci gör ünt üde ise, ABD de San Francisco kenti nin değiģi k pol arizasyonl u gör ünt ülerin bileģi mi ile el de edilen bir gör ünt üsü yer almakt adır. Ġnsan gözüne daha i yi hitap eden ve Ģehri n yerleģi mi ni açı kça ortaya koyan bir gör ünt üdür. Gör ünt üde körfez kı yıları nı n daha fazla yerleģi m al anı ol arak t erci h edil di ği ni rahatlıkla görebiliriz. 3. 5. 2. 4 Çok al gıl ayıcılı görünt üler Uzakt an al gıla ma gör üntül eri el ektromanyeti k spektrumda gör ünen, kı zılötesi, t er mal ve mi krodal ga gi bi çok geniģ bir alanı kapl arlar. Her bir gör ünt ü böl gesi nin kendi ne özgü bir yapısı ve al gılama yet eneği vardır. Bu değiģi k spektrum böl gesinden alı nan gör ünt ülerde il gi alanı mıza ve bekl entileri mi ze uygun ol anl arı n birleģimi il e el de edilen yeni bir gör ünt ü ile spektrumun bir bölgesi ni n eksi kli ği ni veya avant ajı nı di ğeri ile desteklenmektir. Radar gör ünt üleri benek pr obl e mi yüzünden uzun süre bu t ürl ü uygul a mal arda yer al a ma mı Ģtır. Ancak kaydedilen geliģ mel er sonucunda, özellikle radar gör ünt ül eri ni n hava ve at mosfer koģulları ndan et kilenme mesi özelliği radar gör ünt ülerin özelli kle terci h edil mesi ni sağla mı Ģtır. ġekil 3. 15 te or manlı k bir böl geye ait gör ünt ü yer al makt adır. Gör üntü Landsat gör ünt üsü ile radar görünt üsünün bileģi mi nden ol uģt urul muģt ur. Aradaki farkı n anl aģılabil mesi i çi n sağ üst kenarı yal nızca Landsat gör ünt üsü ol arak bırakıl mıģtır. Ar azi ni n yapısı radar gör ünt üsünün yar dı mı ile daha belirgi n ortaya çıkmı Ģ ve Landsat görünt üsü ile renkl endirilerek görselliği arttırıl mıģtır. ġekil 3. 15 Çok al gılayıcılı görünt ü 31
3. 5. 3 Görünt ü geo metrisi Bi r radar siste mi, veri topl a ma özelliği nden dolayı yeryüzünü perspektif bir bakıģ hattı ile al gılar ve radar ant eni ile al gılanan cisim arası ndaki eği k düzl em üzeri ne doğr usal bir geo metri ile gör ünt üler [ 13]. Radar ant eni nden yayılan ve arazi yüzeyi nden geri dönen palsler geliģ za man sırası na göre kaydedilir. Bu yansı yan palsler gör ünt ünün di k bileģeni ni ol uģt urur. Ant eni n uçuģ istika meti nde hareketi ile el de edilen di ğer gr up palsler ise gör ünt ünün diğer bileģeni ni ol uģt ururlar. Her i ki bileģeni n sonucu bir böl geye ait görünt ü el de edilir. Radar palsleri ni n ant en ile yeryüzü arası ndaki gi diģ-dönüģ süresi, yakın kenar dan uzak kenara doğr u gi dildi kçe artar. Bunun sonucu el de edilen gör ünt üde, yakı n kenara ait pi ksel değerlerini n arazi karģılığı uzak kenara nazaran bakıģ doğrult usunda daha sı kıģ mı Ģ Ģekil de görünür. ġekil 3. 16 da bir radar siste mi ni n gör ünt üle me prensi bi ni n, arazi ve eği k düzl e mde nasıl ol duğunu grafi k olarak göster mekt edir. RADAR EĞĠ K DÜZLE M GÖRÜNTÜSÜ ARAZĠ DÜZLE MĠ GÖRÜNTÜSÜ ġekil 3. 16 Radar görünt üleme prensi bi ġekil 3. 17 de ise bir radar siste mi nden el de edilen aynı böl geye ait arazi ve eği k düzl e mdeki radar görüntül eri yer al makt adır. 32
Eği k düzlem görünt üsü Arazi düzlemi görünt üsü ġekil 3. 17 Eği k ve arazi düzl e mi ndeki radar görünt üleri 3. 5. 4 Arazi uzunl uğu ile eğik uzunl uk arası ndaki bağı ntı Bi r radar siste mi, radar sinyalleri ni n gi diģ ve dönüģ za man farkları nı kaydeder. Bu za man farkı nı n hı z ile çarpı mı ile ant en ile hedef arası ndaki mesafe bul unabilir. Aynı Ģekil de arazi uzunluğu ile eği k uzunl uk arası nda da doğr udan bir iliģki vardır. ġekil 3. 18 bu iliģki yi grafik olarak göster mekt edir. Ant en Eği k Uzunl uk Ar azi Uzunl uğu ġekil 3. 18 Eği k uzunl uk ve arazi uzunl uğu arası ndaki iliģki Radar gör ünt üleri nde daha anl a mlı ol arak arazi uzunl ukl arı nı gör mek maksadı yl a el de edilen gör ünt üler arazi düzl e mi ne i ndirgenir. Gör ünt ü alı mı sırası nda bakıģ veya geliģ açıları bilindi ği ne göre, tri gono metri k bağıntı kullanılarak arazi uzunl ukl arı 33