Способ определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании



Способ определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании
Способ определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании
Способ определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании
Способ определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании
Способ определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании

 


Владельцы патента RU 2482510:

Самойленко Марина Витальевна (RU)

Способ относится к радиолокационным измерениям. Достигаемый технический результат - повышение достоверности определяемых данных и их информативности и упрощение измерений. Способ заключается в зондировании объекта известным сверхширокополосным сигналом и приеме отраженного объектом излучения множеством приемников, причем до проведения измерений контролируемую область пространства, включающую объект, разбивают на элементы разрешения по объему, нумеруют их и фиксируют координаты каждого элемента разрешения, определяют априори совокупные коэффициенты усиления антенн излучателя и приемников и интервалы запаздывания при прохождении излучения от источника до каждого элемента разрешения и от него - до каждого приемника, по априорным данным формируют зависящую от времени весовую матрицу, в некоторый момент времени фиксируют значения сигналов на выходах приемников и объединяют их в вектор измерений, находят оценку вектора рассеяния из векторно-матричного уравнения измерений, которое отображает зависимость вектора измерений от вектора рассеяния и включает весовую матрицу, выделяют существенно отличные от нуля компоненты этой оценки, определяют отражательные характеристики элементов объема протяженного объекта в виде их ЭПР как значения выделенных компонент и определяют координаты этих элементов объекта как координаты элементов разрешения с номерами, равными номерам соответствующих выделенных компонент оценки вектора рассеяния. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам радиолокационных измерений и может быть использовано для определения эффективных площадей рассеяния (ЭПР) и координат элементов объема протяженного объекта при его зондировании сверхширокополосным (СШП) сигналом.

Знание отражательных характеристик и координат элементов протяженного объекта позволяет строить его трехмерное изображение и судить о структуре и составе объекта. Это является важной информацией в таких актуальных задачах, как распознавание объектов и контроль их состояния, например определение разрушений и дефектов внутренней структуры.

Известен способ (прототип) [1] определения отражательных характеристик элементов протяженного объекта - отдельных его «блестящих» точек - в виде их комплексных коэффициентов отражения, а также определения координат этих «блестящих» точек. Способ является параметрическим и заключается в зондировании объекта СШП сигналом известной формы, приеме рассеянного объектом излучения и формировании комплексного радиолокационного изображения (РЛИ) объекта - зависимости комплексной огибающей принятого радиолокационного сигнала от дальности и угла азимута. При этом априори определяют характеристику направленности антенны по мощности и на основе известных формы сигнала и характеристики направленности антенны определяют двумерный пространственный спектр радиолокационного отклика некоторого центра рассеяния, определяют двумерное преобразование Фурье РЛИ объекта и проводят специальную математическую обработку этого двумерного преобразования Фурье вместе с двумерным пространственным спектром радиолокационного отклика, в результате которой определяют координаты и комплексные коэффициенты рассеяния элементов объекта - его "блестящих" точек.

Способ-прототип обладает следующими недостатками.

1. Существенным недостатком является то, что способ-прототип является параметрическим способом и для его реализации априори должно быть известно число "блестящих" точек объекта. Это делает способ-прототип недостоверным, так как вместо характеристик элементов объема объекта в прототипе определяются характеристики заменяющих эти элементы "блестящих" точек, число которых задано априори.

2. Недостатком является сложность измерений, необходимых для реализации прототипа. Согласно [1] способ-прототип реализуется на основе обработки комплексного РЛИ объекта. Чтобы получить его, необходимо провести достаточно сложные измерения комплексной огибающей принятого радиолокационного сигнала в зависимости от дальности и угла азимута.

3. Способ-прототип является малоинформативным в смысле оценивания истинного трехмерного изображения объекта и его структуры, поскольку реальный объем и реальные элементы объема объекта заменены в прототипе ограниченным фиксированным числом "блестящих" точек.

Технической задачей данного изобретения является создание способа определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его СШП зондировании, который не является параметрическим и, в силу этого, обладает повышенными достоверностью и информативностью в смысле определения трехмерного изображения объекта и его структуры, а также позволяет упростить измерения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании, заключающемся в зондировании объекта известным сверхширокополосным сигналом s(t) и приеме отраженного объектом излучения, согласно изобретению отраженное объектом излучение принимают множеством приемников, расположенных в разных точках пространства, причем до проведения измерений контролируемую область пространства, включающую объект, разбивают на элементы разрешения по объему, нумеруют их и фиксируют координаты каждого элемента разрешения, определяют априори совокупные коэффициенты усиления антенн излучателя и приемников G и интервалы запаздывания сигнала τ при прохождении излучения от источника до каждого элемента разрешения и от него - до каждого приемника, где i - номер приемника, µ - номер элемента разрешения, по априорным данным (формируют зависящую от времени весовую матрицу

,

где , N - число приемников, K - число элементов разрешения в контролируемой области пространства, в некоторый момент времени t' фиксируют значения сигналов на выходах приемников и объединяют их в вектор измерений , где - выходной сигнал i-го приемника в момент t', индекс Т обозначает транспонирование, находят оценку вектора рассеяния из векторно-матричного уравнения измерений , где - вектор ошибок измерений, выделяют существенно отличные от нуля компоненты вектора , определяют отражательные характеристики элементов объема протяженного объекта в виде их эффективных площадей рассеяния как значения выделенных компонент вектора и определяют координаты этих элементов объекта как координаты элементов разрешения с номерами, равными номерам соответствующих выделенных компонент вектора .

Особенностью заявляемого способа является возможность по достаточно просто получаемым измерениям сигналов на выходах приемников определять отражательные характеристики элементов разрешения, составляющих объем протяженного объекта. Положительный эффект достигается за счет специальной обработки измеренных данных с использованием априорной информации. При этом способ оказывается непараметрическим и обладающим повышенной информативностью, поскольку за элементы объема объекта будут приняты все те элементы разрешения из контролируемой области пространства, которые имеют отличные от нуля ЭПР, а также будут определены их пространственные координаты, что позволяет строить трехмерное изображение объекта с гораздо большей информативностью и достоверностью, чем это позволяет делать прототип, сводящий весь объем объекта к заданному априори числу «блестящих» точек.

Обоснование способа.

В теории рассеяния СШП сигналов объект представим как пространственно распределенная цель, состоящая из набора элементарных отражателей. При этом предполагается, что форма падающего и отраженного сигналов для каждого элементарного отражателя остается неизменной, а интенсивность отражения пропорциональна ЭПР элементарного отражателя.

Ставится задача определить ЭПР элементов объема протяженного объекта при его СШП зондировании и определить пространственные координаты этих элементов.

Для решения задачи (см. фиг.1) разобьем контролируемую область пространства 1, включающую объект 3, на элементы разрешения по объему 2. Пронумеруем эти элементы разрешения и зафиксируем их пространственные координаты, которые опишем координатными векторами 6: , где K - число элементов разрешения в контролируемой области пространства. Начало системы координат будем полагать совмещенным с источником излучения СШП сигнала 4. Отраженное объектом излучение будем принимать множеством приемников 5, расположенных в разных точках пространства. Положения приемников зададим координатными векторами 7: , где N - число приемников. Излучаемый сигнал s(t) полагаем известным.

Определим коэффициенты усиления излучателя для каждого элемента разрешения и обозначим их соответственно . Определим также коэффициенты усиления приемников для каждого элемента разрешения в контролируемой области пространства и обозначим их , где i - номер приемника, i=1, 2,…N. Тогда совокупные коэффициенты усиления антенн излучателя и приемников при прохождении излучения от источника до каждого элемента разрешения и от него - до каждого приемника определятся как , где i - номер приемника, µ - номер элемента разрешения.

Определим интервалы запаздывания сигнала при прохождении от источника до каждого элемента разрешения и от него - до каждого приемника:

,

где ν - скорость распространения сигнала в среде, которая по своим свойствам предполагается близкой к свободному пространству.

Обозначим ЭПР µ-го элемента разрешения . Тогда сигнал на выходе i-го приемника определится как

Обозначим и перепишем (1) в векторно-матричной форме:

где - весовой вектор, - вектор рассеяния.

Запишем систему уравнений, аналогичных (2), которая определяет сигналы на выходах всех N приемников излучения:

В системе уравнений (3) весовые векторы известны. Объединим их в весовую матрицу

.

Сигналы на выходах приемников могут быть измерены. Выберем момент измерений t' и зафиксируем в этот момент значения сигналов на выходах всех приемников. Полученные значения объединим в вектор измерений

.

Исходя из (3) и с учетом введенных обозначений запишем векторно-матричное уравнение измерений

.

С учетом ошибок измерений это уравнение примет вид

где - вектор ошибок измерений.

В уравнении измерений (4) неизвестным является вектор рассеяния . Этот вектор включает в качестве компонент ЭПР всех элеменов разрешения в контролируемой области пространства. В этой области часть элементов разрешения составляет элементы объема протяженного объекта, а другая часть является элементами разрешения среды распространения сигнала, которую предполагаем не отражающей сигнал или отражающей в значительно меньшей степени, чем элементы объема объекта. Поэтому те компоненты вектора , которые принадлежат объекту, будут иметь значения ЭПР элементов объекта, а остальные, относящиеся к пространству распространения сигнала, будут значительно меньшими, близкими к нулю. При этом каждая компонента вектора рассеяния соответствует определенному элементу разрешения: значение копоненты равно ЭПР элемента разрешения, а номер компоненты равен его номеру. По этому номеру определяются кооринаты элемента разрешения. Таким образом, i-я компонента определяет и координаты и ЭПР i-го элемента разрешения. При отличном от нуля значении ЭПР естественно полагать, что этот элемент разрешения является элементом объема объекта.

Таким образом, для решения задачи определения ЭПР элементов объекта и их координат достаточно определить вектор .

Существуют разные методы нахождения оценки вектора рассеяния из уравнения измерений (4). При известных статистических данных об ошибках измерения и ЭПР можно использовать винеровское оценивание [2]. При отсутствии такой информации можно использовать менее точный метод псевдообращения [3], согласно которому оценка вектора рассеяния определяется соотношением

где индекс + обозначает псевдообращение матрицы.

Компоненты оценки вектора рассеяния (5) представляют собой оценки ЭПР элементов разрешения контролируемой области пространства. При этом существенно отличные от нуля значения соответствуют отражающим элементам объекта, а близкие к нулю значения соответствуют не попадающим в объем объекта элементам разрешения. Поэтому для решения поставленной задачи определения отражательных характеристик элементов объема протяженного объекта в виде их ЭПР и определения координат этих элементов выделим компоненты вектора , существенно отличные от нуля. Номера этих компонент равны номерам элементов разрешения, лежащих в области объекта и являющихся элементами объема объекта. Координаты этих элементов известны априори по их номерам. Значения же этих компонент равны ЭПР соответствующих элементов объекта. Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом следующие.

1. Заявляемый способ, в отличие от прототипа, является непараметрическим. Для его реализации не требуется знать число отражающих элементов объекта: число это будет определяться числом получившихся существенно отличных от нуля компонент оценки вектора рассеяния и может быть любым в пределах числа элементов разрешения в контролируемой области пространства. Это делает заявляемый способ более достоверным, поскольку в нем отсутствует привязка результата к априори установленному числу отражающих элементов.

2. В заявляемом способе по сравнению с прототипом используются более простые измерения - измерения сигналов на выходах приемников излучения вместо комплексного РЛИ в координатах дальность-азимут, используемого в прототипе.

3. Заявляемый способ обладает по сравнению с прототипом повышенной информативностью в смысле оценивания трехмерного изображения объекта и его структуры, поскольку позволяет выявлять характеристики действительных отражающих элементов объекта (их ЭПР и координаты), а не заменять их характеристиками априори назначенного числа "блестящих" точек.

4. Заявляемый способ позволяет легко изменять степень детализации объекта, которая определяется задаваемым априори размером элементов разрешения по объему.

Источники информации

1. Кузнецов Ю.В., Баев А.Б., Коновалюк М.А. Определение параметров многоточечных целей по спектру радиолокационного изображения // Вестник МАИ, 2010, т.17, №3, с.193-198 (прототип).

1. Самойленко В.И., Пузырев В.А., Грубрин И.В. Техническая кибернетика: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1994, с.130-132.

3. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. 4-е изд. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1988, с.35.

Способ определения отражательных характеристик и координат элементов объема протяженного объекта при его сверхширокополосном зондировании, заключающийся в том, что объект зондируют известным сверхширокополосным сигналом s(t) и принимают отраженное объектом излучение, отличающийся тем, что отраженное объектом излучение принимают множеством приемников, расположенных в разных точках пространства, причем до проведения измерений контролируемую область пространства, включающую объект, разбивают на элементы разрешения по объему, нумеруют их и фиксируют координаты каждого элемента разрешения, определяют априори совокупные коэффициенты усиления антенн излучателя и приемников G и интервалы запаздывания сигнала τпри прохождении излучения от источника до каждого элемента разрешения и от него - до каждого приемника, где i - номер приемника, µ - номер элемента разрешения, по априорным данным формируют зависящую от времени весовую матрицу
,
где , N - число приемников, K - число элементов разрешения в контролируемой области пространства, в некоторый момент времени t' фиксируют значения сигналов на выходах приемников и объединяют их в вектор измерений , где - выходной сигнал i-го приемника в момент t', индекс Т обозначает транспонирование, находят оценку вектора рассеяния из векторно-матричного уравнения измерений , где - вектор ошибок измерений, выделяют существенно отличные от нуля компоненты вектора , определяют отражательные характеристики элементов объема протяженного объекта в виде их эффективных площадей рассеяния как значения выделенных компонент вектора и определяют координаты этих элементов объекта как координаты элементов разрешения с номерами, равными номерам соответствующих выделенных компонент вектора .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам и средствам ближней радиолокации нелинейно-рассеивающих объектов. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных от воздушных объектов сигналов, излучаемых передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к методам и средствам ближней радиолокации нелинейно-рассеивающих объектов. .

Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к радиолокации, в частности, может быть использовано для зондирования квазимонохроматическими и дискретно-частотными сигналами стационарных, линейно рассеивающих электромагнитные волны объектов
Изобретение относится к области активной радиолокации и касается обнаружения объектов, покрытых радиопоглощающим материалом, в частности самолетов типа «стелс». Достигаемый технический результат - повышение чувствительности и дальности действия. Способ заключается в облучении объекта сверхвысокочастотными импульсами передатчика и регистрации отраженного эхо-сигнала приемником, при этом облучение ведут на двух близких частотах, а регистрацию эхо-сигнала на их разностной частоте. Генерация разностной частоты происходит в композиционном материале покрытия ввиду его нелинейности. В связи с тем, что передатчик работает в сантиметровом диапазоне длин волн, а приемник в метровом, то поглощения эхо-сигнала тонким слоем покрытия практически не происходит, причем точность определения координат цели не уменьшается, так как азимут и угол места находятся по направлению коротковолновой и узконаправленной антенны передатчика.

Изобретение относится к методам и средствам радиолокации нелинейно-рассеивающих объектов. В качестве зондирующего сигнала используются три гармоники с соответствующими частотами. В результате совместной корреляционной обработки пар сигналов {r1, r0} и {r2, r0} определяются корреляционные сигналы S1 и S2 соответственно и формируются разностный SΔ=S1-S2 и суммарный SΣ=S1+S2 сигналы, а в качестве выходного сигнала радиолокатора используется либо амплитуда UΔ разностного сигнала, либо амплитуда UΣ суммарного сигнала в зависимости от выбора начальных фаз у гармоник зондирующего сигнала. Достигаемый технический результат - повышение эффективности обнаружения нелинейных объектов, в состав которых входят инерционные элементы - индуктивности и емкости, на фоне потока сигналов от безынерционных нелинейных объектов. 1 ил.

Изобретение относится к областям гидроакустики и радиолокации и может быть применено в автоматических системах вторичной обработки радиолокационных и гидроакустических станций, установленных на подвижном носителе. В нем рассматривается способ снижения вероятности ложной тревоги за счет повышения эффективности классификации ложных целей, вызванных собственными шумами носителя. Сущность способа состоит в том, что при классификации ложных целей используется дополнительный статистический критерий - коэффициент корреляции между курсом носителя и курсовым углом на цель. Для ложных целей, обусловленных собственными шумами носителя, коэффициент корреляции с ростом размера выборки будет стремиться к нулю, а для истинных целей коэффициент корреляции будет стремиться к значению дисперсии курса носителя со знаком минус (так как изменения курсового угла на истинную цель и курса носителя противоположно направлены). Техническим результатом изобретения является снижение вероятности ложной тревоги за счет использования дополнительной информации о параметрах движения носителя станции. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного, наземного и морского пространства с использованием прямых и рассеянных подвижными объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Достигаемый технический результат - повышение вероятности обнаружения далеких и слабо рассеивающих объектов. Повышение вероятности обнаружения далеких и слабо рассеивающих объектов достигается за счет применения новых операций адаптивной и нелинейной обработки радиосигналов, рассеянных контролируемыми объектами. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения подвижных объектов. Повышение эффективности обнаружения достигается за счет применения новых операций адаптивной и нелинейной обработки с обратной связью по полезному радиосигналу. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в импульсно-доплеровских радиовысотомерах (РВ). Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение скрытности излучения и максимальной измеряемой высоты без увеличения излучаемой мощности. Сущность изобретения состоит в том, что в направлении подстилающей поверхности излучают пачку зондирующих радиоимпульсов, причем число излучаемых радиоимпульсов (ИР) и период их повторения программно выбираются так, чтобы обеспечить максимальное количество ИР за время априорной задержки (АЗ), задаваемой контроллером обмена (КО), и одновременно исключить неоднозначность измерения высоты и попадание излученного сигнала в зону неопределенности, в которой производится поиск отраженного сигнала, принимают пачку отраженных от подстилающей поверхности радиоимпульсов, преобразуют видеоимпульсы в последовательность цифровых двоичных сигналов (ЦДС) с частотой дискретизации, запоминают синхронно с началом пачки ИР, и, по окончании излучения, определяют адрес ячейки памяти, соответствующий АЗ отраженного сигнала относительно начала пачки излучения, производят узкополосную доплеровскую фильтрацию ЦДС, считываемых последовательно из ячеек памяти в диапазоне поиска адресов памяти, накапливают суммарный результат фильтрации по всем цифровым двоичным сигналам принимаемой пачки при каждой величине оцениваемой задержки, принимают решение о наличии сигнала по превышению наперед заданного порога накопления, определяют задержку отраженного сигнала относительно начала пачки ИР, выдают информацию об измеренной высоте на выход РВ через КО. 8 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике. Технический результат - обеспечение доступа к узкополосным сигналам в отложенном режиме и повышение числа одновременно функционирующих каналов приема. Многоканальное устройство радиомониторинга содержит антенную решетку, состоящую из N антенн, выходы которых последовательно подключены к N аналоговым приемным блокам, N АЦП и N DDC, а также k блоков хранения данных с управляемой задержкой и в предлагаемом изобретении реализованы этапы, во-первых, предварительной обработки широкополосного сигнала путем его частотной декомпозиции с помощью фильтрбанков анализа с полным восстановлением, снижения избыточности и хранения в течение требуемого времени отложенного доступа, и, во-вторых, выделения узкополосных сигналов путем считывания из блоков хранения данных с управляемой задержкой требуемого частотно-временного фрагмента широкополосного сигнала, его декомпрессии в блоках декомпрессии данных, восстановления с помощью фильтрбанков синтеза, пространственно-временной обработки в блоках пространственно-временной обработки сигнала и передачи пользователю сигналов через интерфейсы с клиентскими средствами обработки сигналов для их оконечной обработки. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения малоразмерных подвижных объектов. Повышение вероятности обнаружения достигается за счет выбора передатчиков, совмещенных в пространстве и излучающих на множестве частот узкополосные и широкополосные радиосигналы, а также применения новой совокупности операций комбинированной обработки прямых и рассеянных объектами радиосигналов выбранных передатчиков. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Достигаемый технический результат - повышение качества обнаружения и пространственной локализации малозаметных объектов. Повышение качества обнаружения и пространственной локализации малозаметных объектов достигается за счет применения в каждом канале N-элементной антенной решетки новых операций адаптивной и нелинейной обработки, обеспечивающих повышение разрешающей способности и динамического диапазона синтеза частотно-временного изображения радиосигналов, рассеянных контролируемыми объектами. 1 ил.
Наверх