Способ повышения разрешающей способности рлс по углу при переднебоковом обзоре
Владельцы патента RU 2416809:
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет (RU)
Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам радиовидения с синтезированной апертурой антенны, позволяющим формировать радиолокационное изображение (РЛИ) контролируемого участка земной поверхности при боковом, переднебоковом обзоре или при обзоре в передней зоне в координатах дальность-азимут в течение допустимого времени синтезирования Тс. Достигаемый технический результат направлен на повышение разрешающей способности РЛС по углу при заданном времени Тс или, что эквивалентно сохранению разрешающей способности, при уменьшении времени Тс. Способ повышения разрешающей способности РЛС по углу при переднебоковом обзоре заключается в формировании на заданном промежутке времени РЛИ земной поверхности в координатах дальность-азимут, при этом синтезирование осуществляют одновременно в нескольких измерительных каналах антенной системы с последующей многоканальной обработкой синтезированных РЛИ.
Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам радиовидения [1] с синтезированной апертурой антенны (РСА), позволяющим формировать радиолокационное изображение (РЛИ) контролируемого участка земной поверхности при боковом, переднебоковом обзоре или при обзоре в передней зоне в координатах дальность-азимут (или дальность-доплеровская частота) в течение допустимого времени синтезирования Tc.
Известен способ повышения разрешающей способности бортовой радиолокационной станции (БРЛС), основанный на синтезировании апертуры антенны методом опорной функции [1, с.145], [2, с.34].
Известен также способ повышения разрешающей способности по угловым координатам [3], основанный на обработке измерений, полученных одновременно несколькими измерительными каналами.
Наиболее близким по технической сущности является способ [2, с.34] повышения разрешающей способности БРЛС по углу (азимуту) при боковом и переднебоковом обзоре, который заключается в следующем.
1. При движении летательного аппарата (ЛА) по траектории со скоростью ν на заданном промежутке времени синтезирования [t1, t2], Тс=t2-t1 принимается траекторный сигнал, который после прохождения тракта первичной обработки в измерительном канале РЛС (на видеочастоте) представлен совокупностью IJN комплексных амплитуд (i, j, n) в i-x элементах разрешения дальности 
- число элементов по дальности), j-х синтезируемых элементах разрешения азимута 
с шагом дискретизации Δφc=Δφ0,5/J, где Δφ0,5 - ширина ДНА на уровне 0,5 мощности; J - число элементов по азимуту, и n-х номерах зондирования 
- число зондирований за время Tc).
2. Независимо в i-х элементах дальности для каждого j-го синтезируемого элемента азимута вычисляются оценки 
комплексных амплитуд методом корреляции принимаемого сигнала 
с опорной функцией 
по формуле:
где 
- весовая (опорная) функция, комплексно сопряженная с сигналом и вычисляемая заранее.
3. Берутся модули комплексных оценок 
совокупность которых 
представляет амплитудное РЛИ в зоне обзора РЛС с повышенным в J раз разрешением по азимуту, которое отображается на экране индикатора.
Однако данный способ обладает следующим недостатком. Разрешающая способность по угловой координате связана обратной зависимостью со временем синтезирования Tc и соответственно с пройденной носителем РЛС дистанцией при заданной скорости движения [1, с.38, 2, с.68]. Следовательно, в условиях ограничения на Tc (например, при маловысотном полете, когда обзор в передней зоне осуществляется при малых углах синтезирования, требующих увеличения Tc), ограничена и разрешающая способность по углу.
Технический результат направлен на повышение разрешающей способности РЛС по углу при заданном времени синтезирования Tc или, что эквивалентно, сохранение разрешающей способности РЛС при уменьшении времени синтезирования Tc.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что способ повышения разрешающей способности РЛС по углу при переднебоковом обзоре заключается в формировании на заданном промежутке времени синтезирования длительностью Tc РЛИ участка земной поверхности в виде совокупности комплексных амплитуд 
сигнала, прошедшего тракт первичной обработки в измерительном канале РЛС, в i-x элементах разрешения дальности 
где I - число элементов дальности) и j-х синтезируемых элементах разрешения азимута 
, где J - число элементов азимута), и отличается тем, что увеличивают число измерительных каналов до Q (Q>1) и одновременно в каждом q-м канале 
осуществляют операции синтезирования, в результате чего формируют матрицы комплексных амплитуд 
затем независимо в i-x элементах дальности 
для каждого значения 
вычисляют оценки 
комплексных амплитуд в k-x элементах дискретизации 
где K - число элементов дискретизации, 
размеры которых в K раз меньше j-го синтезированного элемента, по формуле:
где 
- весовые коэффициенты, вычисляемые заранее для каждого q-го канала, далее берутся модули оценок 
и переписываются в матрицу 
с уменьшенным в K раз шагом дискретизации по азимуту (по j1), которая представляет амплитудное РЛИ зоны обзора РЛС с JK - разрешением по азимуту.
Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.
1. Используется фазированная антенная решетка (ФАР), имеющая Q (Q>1) измерительных каналов. При движении ЛА по определенной траектории со скоростью ν за время синтезирования Tc осуществляется N зондирований контролируемого участка земной поверхности и одновременно в q-х измерительных каналах 
где Q - число таких каналов) принимается траекторный сигнал, который после прохождения тракта первичной обработки представлен на видеочастоте в каждом q-м канале совокупностью IJN комплексных амплитуд 
в i-x элементах разрешения дальности 
j-х синтезируемых элементах разрешения азимута 
и n-х номерах зондирования 
2. Независимо в i-x элементах дальности и q-x измерительных каналах для каждого j-го синтезируемого элемента азимута вычисляются оценки 
комплексных амплитуд методом корреляции принимаемого сигнала 
с опорной функцией 
по формуле:
где 
- весовая (опорная) функция q-го канала, комплексно сопряженная с сигналом 
и вычисляемая заранее [1, 2].
Совокупность 
полученная в (4.9), представляет РЛИ в q-м канале с разрешением по азимуту, повышенным в J раз. Для дальнейшего повышения разрешения по азимуту (по j) выполняются следующие операции.
3. Независимо в i-x элементах дальности для каждого j-го синтезированного элемента азимута вычисляются оценки 
комплексных амплитуд в k-x элементах дискретизации 
K - число элементов дискретизации, K<Q), размеры которых в K раз меньше j-го синтезированного элемента, методом восстановления РЛИ [3] по формуле (2):
,
где 
- весовые коэффициенты, вычисляемые заранее для каждого q-го канала методом МНК.
4. Берутся модули оценок, полученных в (4.10), которые переписываются в матрицу с уменьшенным в K раз шагом дискретизации по азимуту (по j1).
5. Матрица U представляет амплитудное изображение зоны обзора РЛС с повышенным в JK раз разрешением по азимуту, которое отображается на экране индикатора.
Расчет весовых коэффициентов. Весовые коэффициенты 
рассчитываются в соответствии с методом наименьших квадратов. Рассматривается суммарная модель оценок комплексных амплитуд 
в k-х элементах дискретизации азимута:
где 
- нормированные комплексные коэффициенты диаграммы направленности (ДН) q-го канала; 
- комплексные амплитуды поля отражения в k-x элементах дискретизации j-го синтезированного элемента; 
- помеха q-го канала типа белого шума. Или (4) в матричной форме:
где 
- Q-вектор оценок; А - QxK-матрица коэффициентов ДН; 
- K-вектор искомых амплитуд (K<Q); 
- Q-вектор помех.
МНК-оценки X для модели (5), обеспечивающие минимум квадрата нормы 
имеют стандартный вид [3]:
где W - KxQ-матрица весовых коэффициентов; 
- элементы k-й строки матрицы W; "*", "T" - символы сопряжения и транспонирования.
Пример. Если длина волны λ=3 см и требуемое линейное разрешение составляет Δl=0,5 - 0,7 м на дальности R=10-15 км, то при синтезировании с вертолета под углом 30° к направлению полета при скорости вертолета 70 м/с необходимо не менее 8 с, а под углом 15° - не менее 16 с. При синтезировании с самолета скорость движения примерно в 3 раза выше и время синтезирования соответственно меньше. Поскольку вертолет может быть поражен через 6-10 с после появления в зоне видимости, то синтезирование под углами менее 45° малодоступно. Если же для наблюдения скрытых кустарников объектов используется длина волны λ=10-30 см, то из-за возрастания времени Tc в 3-10 раз синтезирование с высоким разрешением с вертолета становится практически недоступным, а с самолета затруднено.
Предложенный способ позволяет сохранить разрешающую способность при вынужденном уменьшении времени синтезирования.
Литература
1. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли: учеб. пособие для вузов / Под ред. Г.С.Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. 368 с.
2. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / А.Н.Антипов, В.Т.Горяинов, А.Н.Кулин и др. Под ред. В.Т.Горяинова. М.: Радио и связь, 1988. 304 с.
3. Патент RU 2316786 С1. Способ наблюдения за поверхностью на базе многоканальной бортовой РЛС / В.К.Клочко. МПК: G01S 13/42, 13/72. Приоритет 24.10.2006. Опубл. 10.02.2008. Бюл. №4.
Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции (РЛС) по углу при переднебоковом обзоре, заключающийся в формировании на заданном промежутке времени синтезирования длительностью Тс, радиолокационного изображения (РЛИ) участка земной поверхности в виде совокупности комплексных амплитуд 
сигнала, прошедшего тракт первичной обработки в измерительном канале РЛС, в i-х элементах разрешения дальности (
где I - число элементов дальности) и j-x синтезируемых элементах разрешения азимута (
где J - число элементов азимута), отличающийся тем, что увеличивают число измерительных каналов до Q (Q>1) и одновременно в каждом q-м канале 
осуществляют операции синтезирования, в результате чего формируют матрицы комплексных амплитуд 
, затем независимо в i-x элементах дальности 
для каждого значения j 
вычисляют оценки 
комплексных амплитуд в k-х элементах дискретизации (
где K - число элементов дискретизации, K<Q), размеры которых в K раз меньше j-го синтезированного элемента, по формуле:
где 
- весовые коэффициенты, вычисляемые заранее для каждого q-го канала, далее берутся модули оценок 
и переписывают их в матрицу 
, с уменьшенным в K раз шагом дискретизации по азимуту (по j1), которая представляет амплитудное РЛИ зоны обзора РЛС с JK-разрешением по азимуту.
