thumb|Zasada działania radaru impulsowego: wysłanie impulsu i odbiór echa radarowego.
Echo radarowe – sygnał odebrany przez radar po wysłaniu impulsu fali elektromagnetycznej i jego odbiciu albo rozproszeniu na obiekcie, powierzchni lub ośrodku. W technice radarowej echo stanowi podstawę wykrywania celów, wyznaczania ich odległości i kierunku, a w teledetekcji radarowej – interpretacji jasności obrazu radarowego jako skutku rozpraszania wstecznego sygnału. Nie każde echo radarowe odpowiada jednak obiektowi będącemu właściwym celem obserwacji; na zobrazowaniach mogą występować także echa od podłoża, budowli, obiektów biologicznych oraz echa pozorne związane z propagacją wiązki.
thumb|Rozszerzanie się wiązki radarowej wraz z odległością.
Mechanizm powstawania Radar wysyła impuls mikrofalowy, po czym odbiera niewielką część energii, która została skierowana z powrotem ku antenie po oddziaływaniu z celem. Na podstawie czasu powrotu echa wyznaczana jest odległość celu, a na podstawie położenia anteny – jego kierunek. W radarach dopplerowskich echo niesie także informację o prędkości radialnej celu dzięki zmianie częstotliwości lub fazy sygnału powrotnego.
Moc odebranego echa zależy od parametrów nadajnika i anteny, właściwości celu oraz odległości. W klasycznym równaniu radarowym dla celu punktowego maleje ona bardzo szybko wraz z odległością, w przybliżeniu proporcjonalnie do .
Czynniki wpływające na echo radarowe thumb|Schemat działania reflektora narożnego, który kieruje część energii z powrotem ku źródłu.
Właściwości celu Podstawową miarą zdolności obiektu do wytworzenia echa jest radarowa powierzchnia skuteczna (RCS), która nie jest tożsama z geometryczną powierzchnią obiektu. RCS zależy od rozmiaru, kształtu, materiału oraz orientacji celu względem radaru.
Duże, płaskie i gładkie powierzchnie mogą dawać bardzo silne echo, jeśli są ustawione niemal prostopadle do wiązki, natomiast po zmianie kąta ustawienia echo może istotnie osłabnąć, ponieważ energia zostaje odbita poza kierunkiem radaru. Silne echo mogą również powodować krawędzie, naroża i wnęki, a także reflektory narożne, które kierują część energii z powrotem ku źródłu.
Dla powierzchni rozległych istotne są także chropowatość, nachylenie lokalne oraz właściwości dielektryczne materiału. Chropowatość jest przy tym pojęciem względnym i zależy od długości fali oraz kąta padania. Znaczenie mają także rodzaj materiału i jego wilgotność; obrazy mikrofalowe niosą informację o właściwościach geometrycznych i dielektrycznych powierzchni lub objętości, zależnych między innymi od chropowatości, rodzaju materiału i zawartości wody. W teledetekcji radarowej wzrost wilgotności gleby lub roślinności często zwiększa rozpraszanie wsteczne, natomiast gładka powierzchnia otwartej wody może dawać słabe echo, ponieważ większość energii odbija się zwierciadlanie poza kierunkiem radaru.
Mechanizmy rozpraszania Na postać echa wpływa również dominujący mechanizm rozpraszania. W radarze obserwacyjnym i w zobrazowaniach SAR wyróżnia się między innymi rozpraszanie zwierciadlane, rozpraszanie od powierzchni chropowatej, rozpraszanie objętościowe oraz efekt podwójnego odbicia. Rozpraszanie zwierciadlane jest typowe dla gładkich powierzchni, rozpraszanie objętościowe dla ośrodków złożonych z wielu elementów rozpraszających, takich jak roślinność lub suchy śnieg, a efekt podwójnego odbicia często występuje w środowisku zurbanizowanym, gdzie sygnał odbija się kolejno od powierzchni poziomej i pionowej.
thumb|Schemat zasady działania radaru z polaryzacją poziomą i pionową.
Parametry fali i układu radarowego Długość fali wpływa na to, z jakimi strukturami sygnał oddziałuje najefektywniej, oraz na zdolność penetracji roślinności, gleby, śniegu czy lodu; dlatego ten sam obiekt lub teren może dawać odmienne echo w różnych pasmach radarowych. Zwykle dłuższe fale penetrują głębiej, natomiast krótsze są bardziej czułe na drobniejsze struktury powierzchniowe.
Istotnym parametrem jest także polaryzacja sygnału. Różne kombinacje nadawania i odbioru w polaryzacji poziomej i pionowej są czułe na odmienne cechy obiektu i różne mechanizmy rozpraszania. W radarach dual-pol porównanie odpowiedzi w obu polaryzacjach pozwala lepiej wnioskować o rozmiarze i kształcie cząstek lub obiektów.
Na siłę i charakter echa wpływa również geometria obserwacji, zwłaszcza kąt patrzenia i kąt padania. Nawet ten sam teren lub obiekt może mieć inną jasność radarową przy innej geometrii oświetlenia. W radarach obserwacyjnych i zobrazowaniach SAR zmiana kąta padania wpływa zarówno na intensywność sygnału wstecznie rozproszonego, jak i na głębokość penetracji w ośrodku.
Długość impulsu i szerokość pasma wpływają na sposób odwzorowania echa w radarze. W prostym radarze impulsowym długość impulsu determinuje minimalny zasięg wykrycia, a także wpływa na rozdzielczość odległościową; krótszy impuls daje lepszą separację blisko położonych ech, natomiast dłuższy zawiera więcej energii i może sprzyjać wykrywaniu słabszych celów na większych odległościach. W radarach z kompresją impulsu kluczowe znaczenie dla rozdzielczości ma szerokość pasma sygnału.
Znaczenie ma również częstotliwość powtarzania impulsów (PRF), która wpływa na kompromis między maksymalnym jednoznacznym zasięgiem a maksymalną jednoznaczną prędkością radialną, określany jako dylemat Dopplera.
Rodzaj emitowanego sygnału decyduje ponadto, jakie informacje mogą zostać odzyskane z echa. Radar impulsowy mierzy odległość bezpośrednio z czasu przelotu sygnału, radar ciągły bez modulacji mierzy zasadniczo składową prędkości dzięki efektowi Dopplera, natomiast radar FMCW umożliwia wyznaczanie odległości na podstawie różnicy częstotliwości między sygnałem nadanym i odebranym.
Propagacja sygnału Na echo radarowe wpływają także warunki propagacji pomiędzy radarem a celem. Sygnał może być tłumiony przez atmosferę lub opad znajdujący się na drodze wiązki, a nietypowy pionowy rozkład temperatury i wilgotności może powodować anomalną propagację, prowadzącą do pojawiania się ech nieopadowych. W radarze meteorologicznym częstym przykładem takich ech jest ground clutter, czyli echo od stałych obiektów terenowych i budowli, szczególnie widoczne przy małych elewacjach wiązki.
thumb|Porównanie odbiciowości bazowej i kompozytowej na zobrazowaniu radarowym.
Echo radarowe w meteorologii W radarze meteorologicznym echo radarowe powstaje głównie wskutek rozpraszania fal przez hydrometeory, dzięki czemu możliwe jest wykrywanie opadu i analiza struktury zjawisk konwekcyjnych. Odbiciowość radarowa jest w takim zastosowaniu wielkością wyprowadzaną z mocy sygnału powrotnego; dla opadu zależy ona między innymi od liczby i rozmiaru cząstek w objętości pomiarowej.
W radarach dual-pol porównanie odpowiedzi w polaryzacji poziomej i pionowej pozwala lepiej oceniać rozmiar, kształt i rodzaj obserwowanych hydrometeorów, a także odróżniać część ech meteorologicznych od niemeteorologicznych. Dzięki temu łatwiejsza jest identyfikacja deszczu, śniegu, gradu, obiektów biologicznych oraz niektórych ech fałszywych.
Nie każde echo radarowe obserwowane na zobrazowaniu pogodowym oznacza opad. Na obrazach radarowych mogą występować echa od powierzchni ziemi i zabudowy, od ptaków i owadów oraz echa pozorne związane z anomalną propagacją. W praktyce interpretacja echa radarowego wymaga więc uwzględnienia nie tylko jego intensywności, ale również geometrii obserwacji, rodzaju radaru, zastosowanej polaryzacji i aktualnych warunków atmosferycznych.
Zobacz też Rozpraszanie wsteczne Dipole odbijające Skuteczna powierzchnia odbicia Stealth
Przypisy
Kategoria:Radiolokacja Kategoria:Teledetekcja