Способ формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны



Способ формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны
Способ формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны

 


Владельцы патента RU 2511216:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" (RU)

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям (РЛС) воздушных судов, применяющим метод синтезирования апертуры антенны. Достигаемый технический результат изобретения - сокращение времени формирования радиолокационного изображения (РЛИ). Заявленный способ заключается в объединении радиолокационных изображений разнесенных по азимуту К парциальных кадров, полученных посредством излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения антенной РЛС парциальных участков поверхности, аналого-цифрового преобразования принятых сигналов, формировании двумерных массивов оцифрованных принятых сигналов путем их распределения по каналам дальности и периодам излучения и определенной цифровой обработке сформированных двумерных массивов. При этом облучение антенной РЛС К парциальных участков поверхности и суммирование амплитуд элементов разрешения N РЛИ производится скользящим способом, причем величина азимутального шага скольжения диаграммы направленности антенны РЛС равна или близка к ее азимутальной полуширине, а сложение амплитуд сигналов N РЛИ, N=3, 4, производится поэлементно в массивах размером M/2N-2, где M - число формируемых азимутальных элементов, со скольжением массивов суммируемых элементов на шаг M/2N-2. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям воздушных судов, применяющим способ синтезирования апертуры антенны, и может быть использовано в гражданской и военной авиации, радиолокационной фотограмметрии.

Известен способ формирования радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности с помощью синтезированной апертуры (В.Н.Антипов и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М.: Сов. радио. 1988), основанный на объединении РЛИ разнесенных по азимуту K парциальных кадров, каждое из которых получено путем излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения антенной РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, аналого-цифрового преобразования принятых отраженных сигналов, образования двумерных массивов оцифрованных сигналов путем их распределения по каналам дальности и периодам излучения и цифровой обработки содержащихся в массивах данных.

В этом способе РЛИ парциальных кадров формируется в виде двумерных массивов «азимут-дальность» цифровых амплитуд элементов разрешения, выводимых на индикацию в форме градаций яркости пикселей двумерного видеоизображения. Облучение К парциальных участков поверхности производится при азимутальном сканировании антенны в необходимой зоне обзора.

Наиболее близким к предлагаемому способу формирования РЛИ в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны является способ цифровой обработки, описанный в (M.Skolnik, Radar Handbook, th.ed., McGrow-Hill, 2008, ch.5.4, fig.5.34).

Этот способ состоит из последовательного выполнения следующих цифровых операций:

а) N-кратного выполнения:

- коррекции расположения по дальности и зависимости фазы от дальности,

- азимутального предсуммирования, сжатия по дальности,

- записи результатов сжатия по дальности в буферную память,

- азимутальной фазовой коррекции,

- формирования азимутальных элементов разрешения посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ),

- автофокусировки,

- амплитудного детектирования и усреднения;

б) наложения полученных раздельно N РЛИ путем суммирования амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности;

в) сжатия динамического диапазона амплитуд элементов разрешения РЛИ, полученного после суммирования амплитуд азимутальных элементов.

Наложение N видеоизображений применяется для подавления т.н. «спекл-шума», проявляющегося на сформированном РЛИ поверхности в виде случайного изменения яркости различных пикселей. Чтобы сгладить проявляющуюся таким образом мозаичность РЛИ, выполняют N-кратную радиолокационную съемку поверхности на разных несущих частотах с последующим суммированием амплитуд элементов разрешения изображений. При этом в прототипе для построения РЛИ парциального кадра используется центральная часть сформированного БПФ массива азимутальных элементов разрешения. N облучений k-го, k=1…K, парциального участка поверхности производятся при направлении биссектрисы диаграммы направленности антенны в центр этого парциального участка.

Основным недостатком описанного способа наложения видеоизображений является существенное увеличение времени формирования РЛИ. Согласно теоретическим оценкам и экспериментальным результатам для приемлемого подавления спекл-шума число N накладываемых кадров РЛИ должно составлять не менее 3-4-х. Соответственно, в прототипе во столько же раз возрастает время формирования РЛИ. Известно, что время формирования РЛИ парциального участка поверхности при синтезировании апертуры бортовыми РЛС с разрешением несколько метров составляет 2-4 сек. При трех-четырехкратном наложении формирование парциального кадра РЛИ может занять около 15 сек и более. Для большинства применений такая продолжительность формирования РЛИ парциального кадра неприемлема.

Техническим результатом предлагаемого способа формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны является сокращение времени формирования РЛИ поверхности, состоящего из нескольких парциальных кадров.

Сущность предлагаемого способа формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны состоит в объединении радиолокационных изображений разнесенных по азимуту K парциальных кадров, полученных посредством излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения антенной РЛС парциальных участков поверхности, аналого-цифрового преобразования принятых сигналов, формировании двумерных массивов оцифрованных принятых сигналов путем их распределения по каналам дальности и периодам излучения и цифровой обработки сформированных двумерных массивов, состоящей из: a) N-кратного выполнения:

- коррекции расположения по дальности и зависимости фазы от дальности,

- азимутального предсуммирования,

- сжатия по дальности,

- записи результатов сжатия по дальности в буферную память,

- азимутальной фазовой коррекции,

- формирования азимутальных элементов разрешения посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ),

- автофокусировки,

- амплитудного детектирования и усреднения;

б) наложения полученных раздельно N РЛИ путем суммирования амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности и в) сжатия динамического диапазона амплитуд элементов разрешения полученного после наложения РЛИ.

Новым в предлагаемом способе является то, что облучение антенной РЛС K парциальных участков поверхности и суммирование амплитуд элементов разрешения N РЛИ производится скользящим способом, причем величина азимутального шага скольжения ДНА равна или близка к ее азимутальной полуширине, а сложение амплитуд сигналов N РЛИ, N=3, 4, производится поэлементно в массивах размером M/2N-2, где M - число формируемых БПФ азимутальных элементов, со скольжением массивов суммируемых элементов на шаг M/2N-2.

На фиг.1 приведен пример формирования радиолокационного изображения по наиболее близкому техническому решению для наложения 3-х изображений 3-х парциальных кадров.

На фиг.2 приведен пример формирования радиолокационного изображения такой же зоны обзора по заявляемому способу.

Формирование радиолокационного изображения в заявляемом способе происходит следующим образом: антенна начинает сканирование зоны обзора, выставляя биссектрису ДНА на левую азимутальную границу назначенной зоны обзора. В каждом азимутальном положении частота повторения импульсов зондирующего сигнала выбирается равной 1,7-1,9 ширины спектра отражений по центральному лепестку ДНА. РЛС облучает картографируемый участок необходимым числом радиоимпульсов и принимает отраженные сигналы, переводя их в цифровой вид. Система обработки сигнала формирует в каждом канале дальности азимутальные элементы разрешения и заносит в буферную память амплитуды правой половины сформированных азимутальных элементов разрешения. Далее производится перевод ДНА по азимуту на угол скольжения, составляющий около полуширины ДНА, формирование массива азимутальных элементов и занесение в буферную память центральной части этого массива. После следующего перевода ДНА на такой же азимутальный угол скольжения в буферную память заносится левая половина элементов массива. По завершении обработки 3-х массивов сигналов, полученных в разных положениях ДНА антенны, производится формирование РЛИ парциального кадра путем суммирования амплитуд элементов разрешения, занесенных в буферную память. Формирование РЛИ последующих парциальных кадров производится сходным образом. Из фиг.2 следует, что по этой же схеме можно производить суммирование 4-х полученных раздельно РЛИ, отводя на суммирование по ¼ массивов элементов разрешения, сформированных процедурой БПФ.

Как следует из описания, применение предложенного способа по сравнению с прототипом существенно сокращает требуемое число накладываемых парциальных изображений NПК. Из приведенного примера следует, что это число составляет NПК=2K+1=7, где K=3 - общее число парциальных кадров в итоговом РЛИ, в то время как в прототипе NПК=3K=9. Таким образом, по сравнению с прототипом достигается примерно полуторное сокращение времени формирования кадра РЛИ.

Способ формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны, основанный на сложении радиолокационных изображений разнесенных по азимуту парциальных кадров, каждое из которых получено излучением когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучением антенной РЛС парциальных участков зоны обзора картографируемой поверхности, аналого-цифровым преобразованием принятых отраженных сигналов, образовании двумерных массивов оцифрованных сигналов и цифровой обработке содержащихся в массивах данных путем N-кратного выполнения коррекции расположения по дальности и зависимости фазы от дальности, азимутального предсуммирования, сжатия по дальности, записи результатов сжатия по дальности в буферную память, азимутальной фазовой коррекции, формирования азимутальных элементов разрешения посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ), автофокусировки, амплитудного детектирования и усреднения, далее наложения полученных раздельно N РЛИ суммированием амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности и сжатия динамического диапазона амплитуд элементов разрешения РЛИ, полученного после суммирования амплитуд азимутальных элементов, отличающийся тем, что облучение антенной РЛС парциальных участков зоны обзора картографируемой поверхности и суммирование амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности производится скользящим способом, причем величина азимутального шага скольжения диаграммы направленности антенны РЛС равна или близка к ее азимутальной полуширине, а сложение амплитуд сигналов N РЛИ, N=3,4, производится поэлементно в массивах размером M/2N-2, где M - число формируемых быстрым преобразованием Фурье азимутальных элементов, со скольжением массивов на шаг M/2N-2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях для улучшения обнаружения радиолокационных сигналов на фоне пассивных помех.

Заявляемые изобретения могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС), в частности беспилотного летательного аппарата (БЛА).

Изобретение относится к области радиовидения и может быть применено: для обнаружения предметов в миллиметровом диапазоне волн под одеждой человека, в таможенном контроле грузов, в радиоастрономии для картографирования области неба и протяженных небесных объектов, в дистанционном зондировании земной поверхности, в охранных системах, работающих в условиях плохой видимости.

Изобретение относится к области локации и может быть использовано в радиолокации, в акустической локации, в гидролокации, в оптической локации, включая лазерную локацию, для обнаружения различных объектов, измерения их координат и параметров движения, а также для контроля состояния водной среды, земной и водной поверхности, воздушного пространства.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к технологиям точного земледелия. .

Изобретение относится к устройству радара формирования подповерхностного изображения, содержащему узел передачи и узел приема, узел передачи является выполненным с обеспечением возможности передавать первый радиоволновый сигнал в лепестке на выбранный участок земли под выбранным углом места к участку земли.

Изобретение относится к летательным аппаратам с радиолокационной аппаратурой для дистанционного зондирования земной (морской) поверхности. .

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к обработке изображения Земной поверхности и передаче полученной информации на Землю, и предназначено для приема данных от бортовой информационной аппаратуры космического аппарата (КА), предварительной обработки этой информации и передачи преобразованной информации на пункты приема информации.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям, устанавливаемым на летательных аппаратах. .

Изобретение относится к радиолокационным системам отображения данных, а именно к системам и способам трехмерной визуализации яркостной радиолокационной карты местности, и может применяться в охранных радиолокационных системах. Достигаемый технический результат - улучшение визуализации, а именно увеличение степени детализации радиолокационной информации. Указанный результат достигается за счет визуального трехмерного отображения уровня мощности радиолокационного сигнала, отраженного как подстилающей поверхностью, так и объектами, расположенными на ней, и расширение динамического диапазона за счет дополнительного использования псевдоцвета для визуального цветного отображения уровня мощности радиолокационного сигнала. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к бортовым радиолокационным станциям (БРЛС) летательных аппаратов, применяющим синтезирование апертуры антенны, и может использоваться в гражданской и военной авиации. Достигаемый технический результат - повышение азимутального разрешения и контрастности парциального кадра радиолокационного изображения (РЛИ) участка поверхности, близкого к направлению полета летательного аппарата. Указанный результат достигается за счет того, что заявленный способ состоит в объединении парциальных кадров РЛИ, каждый из которых получен посредством излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения суммарной диаграммой направленности (ДН) антенны БРЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, приема отраженных сигналов, аналого-цифрового преобразования принятых сигналов и цифровой обработки полученных данных. При этом для устранения неоднозначности доплеровской частоты сигналов, отраженных от областей поверхности, расположенных слева и справа от вектора путевой скорости носителя БРЛС, в заявляемом способе дополнительно применяются прием отраженных сигналов разностной азимутальной диаграммой направленности антенны и двухканальная моноимпульсная обработка отраженных сигналов. 6 ил.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат изобретения - получение повышенного разрешения за счет обработки сигнала. Указанный результат достигается за счет того, что заявленный способ основан на излучении сигналов, приеме антенной отраженных от земной поверхности сигналов и их накоплении при перемещении луча антенны в переднем секторе углов по азимуту, синтезировании апертуры антенны и формировании радиолокационного изображения, при этом излучение и прием отраженного сигнала во всем секторе обзора осуществляется когерентно при сканировании луча вблизи нулевого ракурса, когда реальный луч, плавно перемещаясь, охватывает весь передний сектор, при этом создавая за счет сканирования дополнительное расширение спектра принимаемого сигнала. Затем осуществляют определение фазового набега за период повторения принятого когерентного радиолокационного сигнала, компенсацию фазового набега, формирование двух сигналов из скомпенсированного по фазе сигнала с разными знаками крутизны частотной модуляции, выделение сигнала с положительной и отрицательной крутизнами, соответствующим сигналам, принятым справа и слева относительно направления движения летательного аппарата, пропорциональными азимутальному направлению сигнала, спектральный анализ полученных сигналов, объединение полученных изображений из двух сигналов в одно радиолокационное изображение. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью (радиовидению) на базе четырехканальной доплеровской радиолокационной станции с четырехэлементной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - измерение координат элементов земной поверхности при формировании трехмерного изображения поверхности в зоне видимости РЛС. Сущность заявленного способа заключается в формировании на заданном промежутке времени синтезирования радиолокационного изображения участка земной поверхности в виде совокупности комплексных амплитуд сигналов отражения в элементах разрешения дальности на доплеровских частотах одновременно в четырех измерительных каналах, способ отличается тем, что для каждой четверки амплитуд соответствующих элементов изображений, полученных на одной и той же частоте, моноимпульсным методом измеряют угловые координаты соответствующего элемента поверхности и пересчитывают их в прямоугольные координаты антенной системы.

Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью и воздушной обстановкой, работающим в режиме реального луча на базе плоской антенной решетки. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения объектов отражения в зоне обзора с применением экономичной двухэтапной процедуры повышения разрешающей способности антенной решетки по угловым координатам. Указанный результат достигается за счет того, что способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки заключается в последовательном сканировании зоны обзора со смещением луча антенны на ширину диаграммы направленности и формировании при каждом положении луча трехмерного изображения объектов отражения за счет двухэтапной обработки матрицы комплексных измерений, принятых в каналах антенной решетки, позволяющей оценить амплитуды поля отражения в угловых элементах дискретизации зоны видимости антенны во всех элементах разрешения дальности и получить пространственные координаты всех отражающих элементов в зоне обзора. 1 ил.
Изобретение относится к области радиовидения и может быть применено для обнаружения в миллиметровом диапазоне волн неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах. Достигаемый технический результат изобретения - определение точной формы линейных неоднородностей и повышение надежности их обнаружения при наличии мешающих факторов. Указанный результат достигается за счет того, что исследуемый объект освещается плоскополяризованной радиоволной и для каждой элементарной площадки на поверхности объекта исследования проводятся измерения, при которых угол поворота плоскости поляризации падающей волны к оси X принимает значения φ=180°·i/n, где i=0,…, n-1, n - число измерений. Если на рассмотренном участке расположена неоднородность линейной формы, то параметры отраженной волны зависят от угла φ, что позволяет обнаружить наличие неоднородности в области, соответствующей данной площадке. Способ может быть реализован аппаратурой, в состав которой входит генератор линейно поляризованного СВЧ излучения, поляризационная отражающая решетка, антенный блок с системой сканирования, приемник СВЧ излучения, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и обработки результатов измерений. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться для определения состояния морской поверхности, а также для решения задач экологического контроля и раннего предупреждения о развитии чрезвычайных ситуаций, связанных с разливами нефти. Достигаемый технический результат - обеспечение экологического контроля и раннего предупреждения о развитии чрезвычайных ситуаций, связанных с разливами нефти. Указанный результат достигается за счет того, что информационно-аналитическая система содержит антенный пост, расположенный на берегу и соединенный по цифровым коммуникационным каналам с программно-аналитическим центром (ПАЦ), выполняющим цифровую обработку, при этом антенный пост выполнен в виде навигационной радиолокационной станции (НРЛС) с возможностью работы в двух режимах: в режиме импульсной модуляции с помощью магнетронного или твердотельного передатчика, в зависимости от дальности наблюдаемой зоны, и режиме фазоманипулированной модуляции с помощью твердотельного передатчика, при этом НРЛС выполнена с возможностью осуществления непрерывного кругового или секторного обзора надводной обстановки, автоматического захвата и сопровождения обнаруженных целей, выходы «первичной локационной информации» и входы «управления» НРЛС являются портами цифровых коммуникационных каналов, программно-аналитический центр соединен с диспетчерским пунктом и потребителями локационной информации. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к областям радиолокации и дистанционного зондирования и может быть использовано для обнаружения протяженных неоднородностей в оптически непрозрачных средах. Достигаемый технический результат - уменьшение влияния помех, возникающих из-за интерференции отраженных объектом волн, и увеличение отношения сигнал-шум. Указанный результат достигается за счет того, что зондируемый объект освещается электромагнитным излучением, в котором плоскость колебаний электрической компоненты периодически поворачивается на девяносто градусов. При взаимодействии с объектом освещающее излучение рассеивается и частично деполяризуется из-за причин, связанных со структурной неоднородностью, расположенной в объекте, и особенностью ее ориентации по отношению к полю. Из деполяризованного излучения последовательно выделяются компоненты, поляризованные ортогонально по отношению к поляризации освещающего объект излучения. Эти компоненты преобразуются в электрические сигналы, между которыми определяется разность. Ее величина является индикатором наличия или отсутствия неоднородности в объекте. 2 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям, устанавливаемым на летательных аппаратах. Достигаемый технический результат - стабилизация положения зоны картографирования по курсу летательного аппарата. Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией основан на излучении и приеме антенной отраженных от земной поверхности сигналов при перемещении луча антенны в заданном секторе углов по азимуту, синтезировании апертуры антенны и формировании покадрового радиолокационного изображения поверхности Земли, причем перемещение луча антенны от границы заданного сектора углов по азимуту осуществляется при изменении курса летательного аппарата, а граница, с которой начинает формироваться каждый последующий кадр, меняется на противоположную. Способ может быть реализован радиолокационной станцией, состоящей из бортовой цифровой вычислительной машины, блока управления лучом, антенны, передатчика, приемника, блока формирования радиолокационного изображения земной поверхности, индикатора. 4 ил.

Группа изобретений относится к области радиовидения и может быть использована при проектировании радиотехнических систем. Достигаемый технический результат - снижение уровня помех на выходе отдельного канала формирования радиоголограммы без качественного увеличения его стоимости. Указанный результат достигается за счет разноса частот электромагнитной волны W1, которой облучают объект, и электромагнитной волны W2, которой облучают пространственную плоскость или некоторую криволинейную поверхность, на величину Δf, формирования радиоголограммы объекта в виде амплитудно-фазового распределения сигнала биений с разностной частотой Δf амплитуды суммы отраженной от объекта электромагнитной волны W3 и электромагнитной волны W2 по области регистрации радиоголограммы, зафиксированного относительно сигнала с частотой f0=Δf. При этом на выходе отдельного канала регистрации радиоголограммы отсутствуют фликкер-шум и постоянная составляющая, обусловленная мощностью электромагнитной волны W2, что позволяет повысить чувствительность регистрирующей матрицы без качественного увеличения ее стоимости. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх