Способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой рлс, установленной на движущемся летательном аппарате

Авторы патента:

Чезганов Николай Федорович (RU)

Колтышев Евгений Евгеньевич (RU)

Кондратенков Геннадий Степанович (RU)

Фролов Алексей Юрьевич (RU)

Таганцев Владимир Анатольевич (RU)

G01S13/89 - радиолокационные или аналогичные системы, предназначенные для картографрования или отображения

Владельцы патента RU 2528169:

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

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 радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям летательных аппаратов, применяющим способ синтезирования апертуры антенны, и может использоваться в гражданской и военной авиации.

Известен способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой РЛС, установленной на движущемся летательном аппарате, в котором радиолокационное изображение (РЛИ) поверхности составляется из разнесенных по азимуту отдельных («парциальных») кадров, образующих общее изображение назначенной зоны обзора. Парциальные кадры участков поверхности, отстоящих от направления полета, получают методом синтезирования апертуры (СА) антенны, заключающемся в излучении когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучении суммарной диаграммой направленности (ДН) антенны РЛС соответствующего участка поверхности в течение интервала накопления сигнала, приеме суммарной ДН антенны отраженных сигналов, аналого-цифровом преобразовании принятых сигналов и цифровой обработке полученных данных [В.Н.Антипов и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М. Сов. радио. 1988, гл.2]. Поперечный размер формируемых при помощи синтезирования апертуры парциальных кадров РЛИ близок к азимутальной ширине ДН антенны БРЛС.

Разрешение по азимуту при синтезировании апертуры осуществляется благодаря разнице доплеровских сдвигов частоты сигналов, отраженных от разнесенных по азимуту элементов поверхности, находящихся в луче антенны. Поскольку при одновременном облучении участков поверхности, находящихся слева и справа от направления полета летательного аппарата, доплеровские частоты отраженных от них сигналов не различаются, синтезирование апертуры не применяется для построения РЛИ поверхности, находящейся вблизи направления полета. Для исключения неоднозначности доплеровской частоты принимаемых сигналов азимутальное удаление границ картографируемых при помощи синтезирования апертуры участков поверхности составляет не менее полуширины суммарной диаграммы направленности антенны БРЛС.

Для получения РЛИ местности, близкой к направлению полета, применяют картографирование реальным лучом антенны БРЛС. Полученное реальным лучом изображение объединяют с парциальными кадрами РЛИ, сформированными с синтезированием апертуры. Этот способ, описанный в (M.Skolnik, Radar Handbook, th.ed., McGrow-Hill, 2008,pp.5.34-5.35,fig.5.32), наиболее близок к предлагаемому техническому решению.

В этом способе идентично с аналогом изображение получают в виде парциальных кадров РЛИ, каждый из которых получен излучением когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучением суммарной диаграммой направленности антенны РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, приемом отраженных сигналов, аналого-цифровым преобразованием принятых сигналов и цифровой обработкой полученных данных. Однако для участка поверхности, расположенного по направлению полета, выполняется обработка сигналов, применяемая при картографировании реальным лучом, а не синтезированной апертурой.

Недостатком примененного в прототипе способа является существенное ухудшение (вплоть до полного отсутствия) азимутального разрешения элементов РЛИ, расположенных в картографируемой реальным лучом зоне, по сравнению с элементами, расположенными вне этой зоны. Дополнительным недостатком прототипа является отличие контрастности РЛИ вблизи курса носителя относительно части изображения, полученной с синтезированием апертуры.

Поэтому требуется разработка процедуры формирования РЛИ участков поверхности, близких к направлению полета летательного аппарата-носителя БРЛС, устраняющей существенное отличие их азимутального разрешения и контрастности в сравнении с РЛИ парциальных кадров, сформированных с помощью синтезирования апертуры.

Техническим результатом предлагаемого «Способа формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой РЛС, установленной на движущемся летательном аппарате» является повышение азимутального разрешения и контрастности парциального кадра РЛИ участка поверхности, близкого к направлению полета летательного аппарата, до соответствующих характеристик парциальных кадров участков поверхности, отдаленных от направления полета.

Сущность предлагаемого способа состоит в объединении парциальных кадров РЛИ, каждый из которых получен посредством излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения суммарной диаграммой направленности (ДН) антенны РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, приема отраженных сигналов, аналого-цифрового преобразования принятых сигналов и цифровой обработки полученных данных.

Новым в предлагаемом способе является то, что, в отличие от прототипа, для формирования РЛИ областей поверхности, близких к курсу полета самолета, применяется синтезирование апертуры, а не картографирование реальным лучом. 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.

На фиг.1 приведен пример формирования радиолокационного изображения по техническому решению, принятому в прототипе.

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

На фиг.3а и 3б показано расположение на частотной оси спектров отражений от участков поверхности, расположенных справа и слева от направления полета, соответственно, до и после моноимпульсной обработки. Здесь же показано расположение на частотной оси фильтров, формируемых при обработке сигнала.

На фиг.4а приведено радиолокационное изображение находящейся по курсу полета аэродромной зоны, полученное путем математического моделирования заявляемого способа.

На фиг.4б - РЛИ той же зоны, полученное путем моделирования картографирования реальным лучом, примененного в прототипе.

Формирование РЛИ в азимутальном секторе, центр которого совпадает с направлением полета, в заявляемом способе происходит следующим образом. Антенна, имеющая суммарную и разностную азимутальную диаграммы направленности, устанавливает азимут центра ДН по направлению полета летательного аппарата - носителя БРЛС и облучает суммарной ДН участок поверхности, расположенный по направлению полета, импульсным когерентным сигналом в течение интервала синтезирования. После излучения каждого радиоимпульса антенна принимает отраженные от поверхности сигналы по суммарной и разностной азимутальной диаграммам направленности.

Принятые суммарным и разностным азимутальным каналами сигналы подвергаются аналого-цифровому преобразованию, формирующему комплексные массивы данных A_Σ(n,m) и А_Δ(n,m), соответственно. Здесь: n - номер элемента (строба) дальности, n=1..N, N - общее число стробов;, m - номер отсчета (периода повторения импульсного зондирующего сигнала), m=1..М, М - число периодов повторения зондирующего сигнала в интервале синтезирования.

Массивы комплексных данных А_Σ(n,m) и А_Δ(n,m) подвергаются обработке, состоящей из последовательного выполнения:

цифрового гетеродинирования, т.е. умножения n-ых отсчетов массивов А_Σ(n,m) и А_Δ(n,m) на фазовый множитель е^j2πfdnTп , где fd -доплеровская частота сигнала, отраженного от поверхности, расположенной по вектору скорости носителя, Т_п - период повторения зондирующего сигнала;

спектрального анализа с получением в каждом стробе дальности комплексных величин сигналов суммарного и разностного азимутального каналов А_Σ(n,j) и А_Δ(n,j)=-М/2..М/2 в гребенке из М фильтров (см. фиг.3а);

моноимпульсного формирования (см. фиг..3б) амплитуд сигналов в фильтрах для левой (j=-1…-М/2) части изображения в соответствии с выражением

и правой (j=l…M/2) части изображения в соответствии с выражением:

Здесь: A(n,j) - амплитуда РЛИ n - го строба в j-ом элементе азимутального разрешения; А_Σ(n,j) и А_Δ(n,j - комплексные величины сигнала n - го строба в j-ом фильтре для суммарного и разностного азимутального каналов, соответственно, G_Σ(θ_j) и G_Δ(θ_j) - величины суммарной и разностной азимутальной ДНА для азимутального положения θ_j, соответствующего j-му фильтру, согласно выражению (λ - длина волны зондирующего сигнала, V - путевая скорость, Т_с - время синтезирования).

Сравнение изображений, полученных заявляемым способом (фиг.4а) и прототипом (фиг.4б), показывает существенное повышение азимутальной разрешающей способности и подтверждает возможность получения заявленным способом детального РЛИ местности, расположенной по направлению полета.

Способ формирования изображения поверхности бортовой радиолокационной станцией, установленной на движущемся летательном аппарате, основанный на объединении радиолокационных изображений разнесенных по азимуту парциальных кадров, каждое из которых получено излучением когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучением суммарной диаграммой направленности антенны РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, приемом отраженных сигналов, аналого-цифрового преобразованием принятых сигналов и цифровой обработкой полученных данных, отличающийся тем, что формирование изображения поверхности, находящейся по направлению полета летательного аппарата, производится при помощи синтезирования апертуры, при этом азимут центра диаграммы направленности выставляется по направлению полета, дополнительно производится прием отраженных от поверхности сигналов по разностной азимутальной диаграмме направленности антенны и выполняются цифровое гетеродинирование, доплеровская фильтрация в гребенке фильтров и моноимпульсная обработка сигналов, принятых по суммарной и разностной азимутальной диаграммам направленности антенны.

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.

Способ формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны // 2511216

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям (РЛС) воздушных судов, применяющим метод синтезирования апертуры антенны.

Межобзорное устройство картографирования пассивных помех при использовании лчм сигналов // 2510863

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

Способ и устройство определения координат источников радиоизлучений // 2510044

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).

Способ формирования радиопортрета объекта методом параллельной обработки с частотным разделением // 2504800

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.

Способ создания локационного изображения повышенной яркости и контрастности и устройство для его реализации // 2483323

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.

Устройство радиолокационного контроля // 2469350

Способ ускоренного выделения устойчивых внутрипольных контуров почвенного плодородия на сельскохозяйственных полях // 2455660

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

Радар формирования подповерхностного изображения // 2453864

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.

Многофункциональная радиолокационная станция высокого разрешения с активной фазированной решеткой для пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов // 2429990

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

Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией (брлс) // 2529523

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.

Способ измерения координат элементов земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской рлс // 2534224

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.

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки // 2539558

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.

Способ обнаружения неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах // 2551902

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.

Информационно-аналитическая система мониторинга обстановки, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций // 2558658

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.

Способ дистанционного обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах // 2558745

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.

Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией // 2559203

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.

Способ формирования радиоголограммы объекта и устройство для его реализации // 2559228

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.

Способ получения радиоизображений протяженных объектов // 2561066

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для мониторинга протяженных сред и объектов. Достигаемый технический результат - повышение скорости мониторинга протяженных сред и объектов, а также уменьшение габаритов фокусирующей системы. Способ основан на излучении зондирующих сигналов и последующем приеме отраженных сигналов с помощью зонной пластинки, сфокусированной на точку объекта, положение которой в продольном направлении зависит от частоты, при этом для излучения зондирующих сигналов используют передающую антенну, размещенную на оси системы в пределах непрозрачной для радиоволн первой зоны Френеля осесимметричной зонной пластинки; ширина луча передающей антенны соответствует угловому сектору зоны мониторинга, а ширина спектра излучаемого ею сигнала соответствует глубине этой зоны, причем для одновременного приема сигналов, отраженных от точек протяженного объекта, расположенных на одинаковой дальности, применяют матрицу приемных элементов, помещенную на фокальной поверхности осесимметричной зонной пластинки, после чего используют принятые элементами матрицы приемных элементов сигналы определенной частоты для построения картины сцены, соответствующей конкретному по дальности сечению. 5 ил., 1 табл.

Радар, формирующий изображение сверхвысокого разрешения // 2568286

Изобретение относится к формированию изображения сверхвысокого разрешения. Достигаемый технический результат - получение увеличенного разрешения. Указанный результат достигается за счет того, что радар сверхвысокого разрешения использует генератор импульсного сигнала, распространяющий пакеты импульсов радиочастотной энергии. Один импульс каждого пакета представляет собой служебный импульс, а остальные импульсы распространяются к объекту. Решетчатое секционное распознающее устройство собирает импульсы, отраженные от объекта. Кроме того, служебные импульсы распространяются через виртуальную линзу. Виртуальное сканирующее распознающее устройство распознает виртуальное служебное электрическое поле. Процессор рассчитывает виртуальное служебное электрическое поле, присутствующее на сканирующем распознающем устройстве. Кроме того, схема совпадений рассчитывает кросс-временную корреляционную функцию электрических полей отраженных импульсов, собирающихся посредством решетчатого секционного распознающего устройства и виртуального служебного электрического поля. Схема совпадений использует результаты кросс-временной корреляционной функции для создания пикселей изображения объекта. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.