railSAR หรือที่รู้จักกันในชื่อultra-wideband Foliage Penetration Synthetic Aperture Radar (UWB FOPEN SAR) เป็นระบบเรดาร์แบบพัลส์ความถี่ต่ำ ที่ควบคุมด้วยราง ซึ่งสามารถตรวจจับและแยกแยะวัตถุเป้าหมายที่ซ่อนอยู่หลังใบไม้ ได้^{[ 1 ] [ 2 ]}ได้รับการออกแบบและพัฒนาโดยห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐฯ (ARL)ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 เพื่อแสดงให้เห็นถึงความสามารถของSAR บนเครื่องบิน สำหรับการเจาะทะลุใบไม้และพื้นดิน [ ^{3 ] อย่างไรก็ตาม}เนื่องจากการทำการวัดที่แม่นยำและทำซ้ำได้บนแพลตฟอร์มทางอากาศนั้นทั้งท้าทายและมีราคาแพง railSAR จึงถูกสร้างขึ้นบนดาดฟ้าของอาคารสี่ชั้นภายในบริเวณห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกตามรางที่ปรับระดับด้วยเลเซอร์ยาว 104 เมตร^{[ 1 ] [ 4 ]}

ในขณะนั้น railSAR จัดอยู่ในประเภทสูงสุดของ ระบบเรดาร์ UWBซึ่งทำงานในช่วงความถี่กว้าง 950 MHz ตั้งแต่ 40 MHz ถึง 1 GHz ด้วยความแรงของพัลส์ 2.5 เมกะวัตต์^{[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]}ให้ ข้อมูลเรดาร์ความละเอียดสูงแบบ โพลาไรซ์ อย่างสมบูรณ์ และมีแบนด์วิดท์ 185% เมื่อเทียบกับระบบเรดาร์อื่นๆ ที่มีแบนด์วิดท์น้อยกว่า 25% ^{[ 1 ] [ 5 ]}

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี railSAR มีตั้งแต่การใช้งานทางทหาร เช่น การตรวจจับทุ่นระเบิดและเป้าหมายที่ซ่อนตัวอยู่เพื่อวัตถุประสงค์ในการลาดตระเวนไปจนถึงการใช้งานเชิงพาณิชย์ รวมถึงการตรวจจับสายเคเบิลและท่อ การวัดระดับน้ำมันและน้ำใต้ดิน และการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม^{[ 6 ]}

การพัฒนา railSAR เริ่มขึ้นในปี 1988 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยเชิงสำรวจที่มุ่งสร้างเทคโนโลยีที่สามารถตรวจจับเป้าหมายที่พรางตัวหรือซ่อนอยู่หลังต้นไม้และพืชพรรณ^{[ 6 ] [ 7 ]}แม้ว่าความพยายามในช่วงแรกจะเผชิญกับความท้าทายอย่างมาก แต่ความก้าวหน้าใน เทคโนโลยี ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (A/D)เทคโนโลยีแหล่งกำเนิด และ พลัง การประมวลผลสัญญาณทำให้ทีมนักวิจัยของ ARL สามารถสร้างระบบที่ใช้งานได้จริงและเข้าใจเรดาร์ที่ทะลุผ่านพืชพรรณและพื้นดินได้ดียิ่งขึ้น ความสนใจมุ่งเน้นไปที่การวิเคราะห์ปรากฏการณ์พื้นฐานของเรดาร์แบบพัลส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบของการแพร่กระจายของเป้าหมาย สิ่งรบกวน และเป้าหมายที่ฝังอยู่ในสิ่งรบกวน^{[ 6 ]}

railSAR มีเสาอากาศฮอร์น TEM แบบเส้นตรงขนาด 200 โอห์ม ยาว 1.35 เมตร (4.5 ฟุต) จำนวน 4 ต้น โดย 2 ต้นใช้สำหรับส่งสัญญาณ และอีก 2 ต้นใช้สำหรับรับสัญญาณ ติดตั้งอยู่บนโครงหมุนที่ไม่นำไฟฟ้า ซึ่งยึดอยู่บนแผ่นบานพับที่ทำจากอลูมิเนียมรังผึ้งและหุ้มด้วยโฟมกันเสียงสะท้อน เสาอากาศส่งสัญญาณทั้งสองต้นมีโพลาไรซ์เชิงเส้นที่ ±45 องศา และเสาอากาศรับสัญญาณทั้งสองต้นมีพรีแอมป์ เสียงรบกวนต่ำ และ ตัวป้องกันตัวรับสัญญาณ แบบไดโอด PINการออกแบบเสาอากาศนี้เดิมทีผลิตโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST)ส่วนแผ่นขนานที่มีตัวต้านทานโหลดเพิ่มเติมยาว 0.5 เมตรที่ปลายด้านแผ่รังสีของเสาอากาศช่วยปรับปรุงการสูญเสียการสะท้อนกลับที่ความถี่สูงโดยการดูดซับพลังงานบางส่วนที่ช่องเปิด เครื่องส่งสัญญาณแบบพัลส์ที่อยู่ด้านหลังชุดเสาอากาศทำหน้าที่ชาร์จและคายประจุเสาอากาศโดยใช้แคปซูลกกที่อัดด้วยไฮโดรเจนเพื่อสร้างพัลส์ที่ส่งออกไป^{[ 1 ] [ 8 ]}

ระบบที่ ออกแบบโดย ARL ซึ่งใช้ เกตอาร์เรย์ แบบโปรแกรมได้ หรือที่รู้จักกันในชื่อวงจรกำหนดเวลาและควบคุม (T&C) ให้สัญญาณขับเคลื่อนแก่ตัวส่งสัญญาณและตัวป้องกันตัวรับสัญญาณ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ลดการรบกวนจากตัวส่งสัญญาณอื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็ทำให้มั่นใจได้ว่าการรบกวนต่อตัวรับสัญญาณที่อยู่ใกล้เคียงจะลดลงเหลือน้อยที่สุด คอมพิวเตอร์สองเครื่องส่งคำสั่ง GPIB (General Purpose Interface Bus) ไปยังออ ส ซิลโลสโคป ดิจิทัล Tektronix DSA602A สองเครื่อง เพื่อวัดเวลาระหว่างทริกเกอร์และขอบสัญญาณนาฬิกา A/D และจัดเก็บข้อมูลลงในดิสก์แบบเขียนซ้ำได้ด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า คอมพิวเตอร์หลักควบคุมการเคลื่อนที่ของรถเข็นที่ติดตั้งเสาอากาศ^{[ 1 ] [ 8 ]}

ในปี พ.ศ. 2538 การออกแบบ railSAR ได้ถูกรวมเข้ากับการพัฒนา boomSAR เพื่อสร้างเรดาร์ เคลื่อนที่ที่ มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน สูง ^{[ 2 ] [ 9 ]}ภายในปี พ.ศ. 2559 railSAR ได้ถูกย้ายจากดาดฟ้าของอาคารไปยังอาคารภายใน และได้รับการลดน้ำหนักและออกแบบใหม่หลายครั้ง^{[ 10 ]}

โดยทั่วไป ระบบเรดาร์สามารถทะลุทะลวงใบไม้และพื้นดินได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยความถี่ ต่ำ เนื่องจากความยาวคลื่น ที่ยาวกว่า สามารถทะลุทะลวงโครงสร้างทึบแสงได้ลึกกว่าความยาวคลื่นที่สั้นกว่า^{[ 11 ] [ 12 ]}แต่เพื่อแลกกับความสามารถในการทะลุทะลวงที่มากขึ้น ความถี่ต่ำจะให้ความละเอียดของภาพ ที่ ต่ำ กว่า ^{[ 11 ]}

เรดาร์อัลตร้าไวด์แบนด์สามารถเอาชนะข้อจำกัดด้านความละเอียดนี้ได้โดยการส่งพัลส์ที่แคบมาก จึงเรียกว่า “อิมพัลส์” เพื่อให้ได้แบนด์วิดท์ที่กว้างเพียงพอ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}อย่างไรก็ตาม ความสั้นของพัลส์นั้นมาพร้อมกับต้นทุนของกำลังสูงสุดที่ต่ำมาก จนกำลังสูงสุดต่อความถี่ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ของตัวรับสัญญาณแบบเลือกความถี่^{[ 16 ]}แม้ว่ากำลังที่ต่ำจะทำให้ผู้ดักฟังตรวจจับสัญญาณได้ยาก แต่ข้อเสียของการแลกเปลี่ยนนี้ปรากฏออกมาในรูปของต้นทุนการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก^{[ 15 ] [ 17 ]}เพื่อให้สามารถรับสัญญาณ UWB ได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยกำลังต่อความถี่ที่ต่ำเช่นนี้ ระบบเรดาร์ UWB จะต้องเปิดรับสัญญาณรบกวนโดยใช้ ตัวรับสัญญาณที่ มีอัตราการสุ่มตัวอย่าง สูง รวมการเฉลี่ยสัญญาณซึ่งจะลดอัตราข้อมูล หรือเพิ่มกำลังส่งสัญญาณให้สูงขึ้นซึ่งจะรบกวนตัวรับสัญญาณอื่นๆ^{[ 16 ]}นอกจากนี้ แบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้นอาจเพิ่มโอกาสในการเกิดสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด^{[ 15 ]}

อย่างไรก็ตาม การผสมผสานระหว่างความถี่ต่ำและความละเอียดสูงที่มีอยู่ในเรดาร์ UWB พิสูจน์แล้วว่ามีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการทะลุทะลวงผ่านใบไม้และพื้นดิน ซึ่งแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นเป็นข้อได้เปรียบที่ชัดเจนเหนือต้นทุน^{[ 15 ]}เพื่อให้ได้ความถี่ที่จำเป็นสำหรับการทะลุทะลวงที่เพียงพอในขณะที่รักษาสมดุลต้นทุนการประมวลผลที่เกี่ยวข้องกับอัลตร้าไวด์แบนด์ เรดาร์ railSAR จึงได้รับการออกแบบมาเพื่อระบุกลุ่มทุ่นระเบิดในพื้นที่ขนาดใหญ่มาก แทนที่จะตรวจจับทุ่นระเบิดแต่ละลูกที่ซ่อนอยู่ในดินและใบไม้^{[ 9 ]}

ในตอนแรก railSAR ถูกสร้างขึ้นเพื่อมองไปทางทิศเหนือเหนือลานจอดรถทางทิศเหนือของบริเวณ ARL เป็นพื้นที่เป้าหมาย ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยต้นไม้ผลัดใบ [ ^{1 ] ระบบ}เรดาร์ต้องใช้เวลาประมาณ 80 ชั่วโมงในการรวบรวมข้อมูลความละเอียดสูงแบบโพลาไรซ์เต็มรูปแบบหนึ่งช่องรับสัญญาณ กำลังสูงสุดอยู่ที่ 500 กิโลวัตต์ โดยมีความถี่การทำซ้ำพัลส์ 40 เฮิรตซ์ และกำลังส่งเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 20 มิลลิวัตต์ การสร้างภาพเรดาร์ต้องใช้ railSAR เพื่อจำกัดการประมวลผลฟูริเยร์ให้อยู่ในบริเวณเล็กๆ ภายในพื้นที่ภาพ^{[ 4 ]}

แม้จะใช้สัญญาณความถี่ต่ำ แต่ railSAR ก็สามารถให้ความละเอียดสูงได้โดยการเคลื่อนที่ไปตามรางและส่งและรับสัญญาณสะท้อนกลับในทิศทางตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ไปตามราง^{[ 6 ]}ในระหว่างการทดสอบวิเคราะห์ประสิทธิภาพ railSAR บรรลุความน่าจะเป็นในการจดจำที่ 90 เปอร์เซ็นต์ด้วยอัตราการแจ้งเตือนผิดพลาดที่ค่อนข้างต่ำ การตรวจสอบอย่างละเอียดพบว่าการแจ้งเตือนผิดพลาดแต่ละครั้งมักเกิดจากวัตถุในภาพมากกว่าสัญญาณรบกวนแบบสุ่ม^{[ 4 ]}

• อัลตร้าไวด์แบนด์
• บูมซาร์
• เรดาร์ SIRE
• เรดาร์ SAFIRE