Gepolariseerd en ingekleurd; Pharus-radar maakt scherpe beelden van het aardoppervlak

De phars-radar is verbeterd. De nieuwe versie, pharus, bepaalt de polarisatierichting van teruggekaatste laserbundels. Jonge en oude bomen zijn niet langer hetzelfde en ook een dalende bodem geeft zich prijs.

PHARUS IS de naam van een geavanceerde radarinstallatie waarmee uit vliegtuigen gedetailleerde beelden van het aardoppervlak kunnen worden gemaakt. TNO, de TU Delft en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium testen het systeem sinds 1995.

PHARUS is een verbeterde versie van zijn voorganger PHARS. De eerste drie letters staan voor phased array, wat aangeeft hoe de radarbundel gericht wordt. Dit gebeurt niet door de antenne in een bepaalde richting te draaien, zoals bij traditionele radars. De PHARUS-antenne, die ongeveer een meter lang is, bestaat uit een groot aantal elementen die elk een signaal uitzenden. De fase van ieder signaal kan via elektronica worden bepaald en veranderd. Elk element kan dus een signaal uitzenden met een fase die verschilt van het signaal van het element ernaast. Uiteindelijk levert dit totaal aan interfererende signalen een radarbundel op. De richting van deze bundel is te sturen door de faseverschillen te wijzigen.

De laatste letter, de S, is een afkorting van SAR. Dat staat voor synthetische apertuur radar, de apparatuur waarmee een maximale resolutie van drie meter gehaald kan worden.

Tenslotte de U. Deze staat voor universal, wat aanduidt dat de nieuwe radar een breder toepassingsgebied heeft dan de PHARS. De brede toepassingen zijn mogelijk door polarimetrie, zeggen Gert-Jan Rijckenberg en Harm van Wimersma Greidanus, werkzaam bij het Fysisch en Elektronisch Laboratorium van TNO.

Met PHARS kunnen zij de polarisatierichting van de gereflecteerde uitgezonden signalen niet bepalen, maar met PHARUS wel. “De polarisatierichting van de ontvangen signalen kan anders zijn dan die van de uitgezonden signalen. Of die richting verandert en hoeveel, hangt af van het oppervlak waaraan de signalen reflecteren. Die verandering kunnen we meten. Dat noemen we polarimetrie. We krijgen dus beelden met meer informatie, dan met PHARS mogelijk is. Je kunt het vergelijken met het verschil tussen zwart-wit- en kleurenfoto's. Op de eerste zie je alleen de intensiteit van gereflecteerde straling en op de tweede ook de kleur. Dat geeft meer informatie over wat er op de foto staat.”

De gebruikers van het systeem moeten een bepaalde kleur toekennen aan een bepaalde mate van polarisatie. Oppervlakken die veel horizontaal gepolariseerde straling reflecteren worden blauw afgebeeld. Verticale polarisatie wordt rood weergegeven. Groen staat voor oppervlakken die de polarisatierichting draaien.

De verandering in polarisatierichting geeft extra informatie over het reflecterende oppervlak. Daardoor is een beter onderscheid mogelijk tussen bijvoorbeeld jonge en oude planten van dezelfde soort. Verder is een object makkelijker te onderscheiden van de achtergrond. “Wat we precies op de beelden zien, is ons nog niet altijd direct duidelijk”, zegt Greidanus. “Je ontkomt er dan niet aan om op de grond te gaan kijken wat de radar precies heeft gezien.”

Rijckenberg wijst daarnaast op de zogeheten automatic change detection. “Dat betekent dat je beelden van hetzelfde gebied vergelijkt, die met enige tussentijd zijn gemaakt. De computer kan ze vergelijken en een beeld produceren waarop bepaalde kleuren aangeven op welke plaatsen iets is veranderd. Dat kunnen veranderingen in vegetatie zijn, maar ook nieuwe of verbrede wegen.”

Een mogelijkheid die nog onderzocht wordt is interferometrie. Hierbij worden de fasen van weerkaatste signalen gebruikt van twee beelden die met een tussentijd van bijvoorbeeld een maand zijn gemaakt. Het blijkt dat hieruit hoogteverschillen van slechts enkele centimeters kunnen worden gemeten. “Dit is ideaal om vast te stellen of de bodem daalt door bijvoorbeeld aardgaswinning”, zegt Rijckenberg. “We zijn op dit moment bezig om te onderzoeken hoe we deze techniek het beste kunnen gebruiken.”

    • Jan van den Berg