Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией (брлс)



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

 


Владельцы патента RU 2529523:

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

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

Известен способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией, основанный на излучении и приеме антенной отраженных от земной поверхности сигналов при перемещении луча антенны в заданном секторе углов по азимуту и формировании радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности Земли (Многофункциональные радиолокационные системы под ред. Б.Г. Татарского, М., ООО «Дрофа», 2007 г., стр.167-174). Такой способ формирования радиолокационного изображения земной поверхности называется «Картографирование реальным лучом». Данный способ обеспечивает невысокое разрешение по азимуту, которое определяется шириной главного луча диаграммы направленности антенны (ДНА) по азимуту.

Для получения более качественного радиолокационного изображения используют методы Доплеровского обужения луча (ДОЛ) или фокусированной синтезированной апертуры (ФСА) антенны. Эти методы позволяют получить РЛИ с разрешением на порядки выше, используя зависимость доплеровского смещения частоты отраженного сигнала от углового положения отражающего элемента поверхности, что обеспечивает разделение целей, попадающих в один луч ДНА (Многофункциональные радиолокационные системы под ред. Б.Г. Татарского, М., ООО «Дрофа», 2007 г., стр.174-195). Однако синтезирование апертуры антенны в зоне углов ±10° в горизонтальной плоскости (по азимуту) относительно вектора скорости летательного аппарата известными методами представляется невозможным ввиду уплотнения спектра сигнала, усложняющего условия синтезирования апертуры антенны, а также наложения «зеркальных» спектральных составляющих. Эти факторы не позволяют с помощью традиционного радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) получить необходимой разрешающей способности в переднем секторе для решения задач навигации и целеуказания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является «Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией» (RU 2423724 C1 опубл. 10.07.2011 МПК G01S 13/89). Он 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 радиолокационного изображения поверхности Земли, причем перемещение луча антенны от границы заданного сектора углов по азимуту осуществляется при изменении курса летательного аппарата от начального значения Ф0 с соблюдением определенных условий, а при достижении углового положения луча антенны значения ≥Ф0 осуществляется его мгновенный переброс в азимутальной плоскости до другой границы заданного сектора, после чего продолжается перемещение луча антенны по азимуту в противоположном направлении с изменением курса летательного аппарата до исходного значения Ф0.

Недостатками известных способов являются создание дополнительной нагрузки на летчика, либо введения в пилотажный комплекс самолета соответствующих алгоритмов движения. Так же при формировании РЛИ требуется мгновенная переброска луча ДНА с одного края сектора на другой, что можно реализовать только антенной с электронным управлением лучом.

Технический результат заключается в том, что заявляемый способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией предлагает получение повышенного разрешения исключительно за счет обработки сигнала, не требуя дополнительных маневров, и может быть реализован в БРЛС как с механическими, так и электронными антенными системами.

Сущность предлагаемого способа картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией (БРЛС) заключается в том, что он 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.

Новым в предлагаемом способе является то, что 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.

На фиг.1 изображена структурная схема бортовой радиолокационной станции (БРЛС), реализующей предлагаемый способ.

На фиг.2 изображена зона обзора, построенная относительно направления движения носителя α=0°, начиная от крайне правого положения α = Δ α 2 , до левого положения α = Δ α 2 , с постоянной скоростью сканирования wск, a также представлена приближенная геометрическая схема, поясняющая основные физические процессы, происходящие при переднебоковом обзоре со сканированием лучом реальной антенны.

Способ картографирования может быть реализован с помощью БРЛС (фиг.1), состоящей из антенны 1, выход которой соединен с приемником 2, а вход с передатчиком 3, бортовой цифровой вычислительной системы (БЦВС) 4, управляющий выход которой соединен с антенной 1, сигнального процессора (СП) 5, соединенного по входу с приемником 2 и по выходу с индикатором 6.

Режим картографирования запускается соответствующей командой из БЦВС 4. Луч диаграммы направленности (ДНА) выставляется антенной 1 на правую границу зоны обзора. После установки луч ДНА начинает перемещаться в азимутальной плоскости, проводя обзор зоны по азимуту. Определение положения зоны обзора осуществляется по информации, получаемой из навигационной системы самолета носителя. В угломестной 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.

На фиг.1 изображена структурная схема бортовой радиолокационной станции (БРЛС), реализующей предлагаемый способ.

На фиг.2 изображена зона обзора, построенная относительно направления движения носителя α=0°, начиная от крайне правого положения α = Δ α 2 , до левого положения α = Δ α 2 , с постоянной скоростью сканирования wск, a также представлена приближенная геометрическая схема, поясняющая основные физические процессы, происходящие при переднебоковом обзоре со сканированием лучом реальной антенны.

Способ картографирования может быть реализован с помощью БРЛС (фиг.1), состоящей из антенны 1, выход которой соединен с приемником 2, а вход - с передатчиком 3, бортовой цифровой вычислительной системы (БЦВС) 4, управляющий выход которой соединен с антенной 1, сигнального процессора (СП) 5, соединенного по входу с приемником 2 и по выходу с индикатором 6.

Режим картографирования запускается соответствующей командой из БЦВС 4. Луч диаграммы направленности (ДНА) выставляется антенной 1 на правую границу зоны обзора. После установки луч ДНА начинает перемещаться в азимутальной плоскости, проводя обзор зоны по азимуту. Определение положения зоны обзора осуществляется по информации, получаемой из навигационной системы самолета носителя. В угломестной плоскости устанавливают положение зоны обзора по дальности в процессе полета. Антенна 1 излучает сформированный передатчиком 3 когерентный радиолокационный сигнал (простые радиоимпульсы, фазокодоманипулированные (ФКМ) или линейно частотно модулированные (ЛЧМ) сигналы) с периодом повторения, обеспечивающим перекрытие доплеровского диапазона частот, попадающих в зону обзора, и однозначное перекрытие зоны по дальности, например для зоны обзора с параметрами: дальность центра зоны обзора (ЦЗО) 50 км, азимут ЦЗО α=0°, размер по дальности 20 км, размер по азимуту Δα=20°, период повторения составляет TP=0.5 мс (фиг.2). Отраженный от земной поверхности сигнал принимается антенной 1, обрабатывается в приемнике 2 и накапливается в сигнальном процессоре 4. Процесс излучения/приема радиолокационного сигнала осуществляется в ходе сканирования ДНА земной поверхности в заданном секторе обзора по закону, заданному вычислительной системой 6. По завершении сканирования с накоплением в сигнальном процессоре 5 запускается обработка радиолокационного сигнала. В ходе сигнальной обработки осуществляется оценка и компенсация фазового набега за период повторения принятого когерентного радиолокационного сигнала, приводящая к компенсации нестабильности приемного тракта и доплеровского сдвига частоты сигнала. Затем формируются два сигнала с разными знаками крутизны частотной модуляции. Определяются знак и величина крутизны, определяемые азимутальным направлением облучения и приема. Положительной крутизной выделяется сигнал, накопленный справа относительно направления движения летального аппарата, с отрицательной крутизной - слева. Далее проводится спектральный анализ полученных сигналов. Полученные спектральным анализом изображения левой и правой половин объединяются в одно радиолокационное изображение. РЛИ, сформированное в СП 5, выводится на индикатор 6 для демонстрации летчику или оператору.

Применение когерентной обработки радиолокационного сигнала, накопленного при сканировании антенной в переднем секторе с разделением сигналов слева и справа относительно направления движения летательного аппарата, позволяет сформировать РЛИ с высоким разрешением по азимуту, что дает возможность повысить точность определения координат наземных объектов, нежели в режимах «Картографирования реальным лучом».

Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией (БРЛС), основанный 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, отличающийся тем, что 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, компенсации фазового набега, формирование двух сигналов из скомпенсированного 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, величины которых пропорциональны азимутальному направлению луча, спектральный анализ полученных сигналов, объединение полученных изображений из двух сигналов в одно радиолокационное изображение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бортовым радиолокационным станциям (БРЛС) летательных аппаратов, применяющим синтезирование апертуры антенны, и может использоваться в гражданской и военной авиации.

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.

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

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 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.

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.

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.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью на базе доплеровской радиолокационной станции (РЛС) с четырехэлементной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения поверхности в зоне видимости РЛС в виде совокупности пространственных координат отражающих элементов поверхности с повышенной точностью определения координат и расширением зоны видимости РЛС. Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской РЛС заключается в определении пространственных координат отражающих элементов поверхности, расположенных в элементах разрешения дальности и доплеровской частоты, и основан на совместном применении селекции по доплеровской частоте и фазового метода измерения координат. 4 табл.
Наверх