Способ дистанционного обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах

Авторы патента:

Кокошкин Александр Владимирович (RU)

Коротков Вадим Андреевич (RU)

Рубцов Игорь Владимирович (RU)

Зражевский Алексей Юрьевич (RU)

Рыков Константин Николаевич (RU)

Козлов Сергей Павлович (RU)

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

Владельцы патента RU 2558745:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

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 областям радиолокации и дистанционного зондирования. Оно может быть применено для обнаружения протяженных неоднородностей в оптически непрозрачных средах. Это могут быть трещины и скрытые от визуального наблюдения внутренние дефекты в строительных конструкциях, кабели электропроводки, телефонные, оптоволоконные линии и др.

В диапазоне радиоволн для обнаружения предметов в оптически непрозрачных средах применяются методы, работающие на просвет или отражение. Возможность применения способа просвечивания ограничивается из-за больших потерь энергии при прохождении электромагнитных вол через объект. При обнаружении аномалий, залегающих на небольших глубинах, применяется радиолокационный метод. На этом методе основана работа радиоволнового интроскопа [1], принятого за прототип. Принцип его действия заключается в том, что объект освещается плоскополяризованным излучением, которое при рассеянии деполяризуется неоднородностью. Приемник излучения оснащен поляризационным фильтром, пропускающим излучение, поляризованное ортогонально к поляризации падающего излучения. Это позволяет избавиться от помех, возникающих из-за интерференции отраженных объектом волн. Основным недостатком интроскопа [1] является то, что такой метод приема не обеспечивает оптимально достижимого отношения сигнал-шум. Поэтому, чтобы зондировать объект дистанционно, потребуется применять источник излучения большой мощности.

Технический результат заключается в том, что способ обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах позволяет избавиться от помех, возникающих из-за интерференции отраженных объектом волн, и увеличить отношение сигнал-шум, что позволит при дистанционном зондировании объектов применять источники излучения меньшей мощности.

Технический результат в способе обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах достигается тем, что область 4 (см. фиг. 1) объекта 3 освещается плоскополяризованным электромагнитным излучением 1, в котором плоскость колебания 2 электрической компоненты поля (вектор E) периодически поворачивается на угол 90°. При взаимодействии с объектом освещающее излучение рассеивается и частично деполяризуется (позиция 6) из-за причин, связанных со структурной неоднородностью 5 и особенностью ее ориентации по отношению к полю (вектору Ē). То есть в излучении 7, рассеянном объектом, все компоненты будут поляризованы с различной степенью. Из этого излучения выделяются компоненты, ориентированные ортогонально к плоскости колебания вектора Ē (выделяется компонента A, если плоскость 2 ориентирована параллельно оси OX, и B, если параллельно OZ). Выделенные излучения преобразуются в пропорциональные им электрические сигналы, по которым определяется разностный сигнал, служащий индикатором наличия или отсутствия анизотропной неоднородности.

Способ может быть реализован устройством, блок-схема которого показана на фиг. 2. Генератор 1 создает высокочастотное плоскополяризованное электромагнитное излучение, поступающее через фидерную линию 2 на вход вращателя поляризации 3. Принцип его работы основан на эффекте Фарадея (вращение плоскости поляризации в магнитном поле). Управляется вращатель 3 однополярными прямоугольными импульсами напряжения, поступающими с генератора звуковой частоты 17. На выходе вращателя в течение полупериода импульса, когда напряжение имеет высокий уровень, плоскость колебания вектора Ē будет ориентирована параллельно оси OX, а при низком уровне параллельно оси OZ. Положение плоскости в зависимости от уровня управляющего напряжения показано позицией 5 в излучении 6, направляемом антенной 4 на зондируемый объект. Излучение после взаимодействия с объектом показано позицией 7. Оно принимается антенной 8 и направляется во вращатель поляризации 9. Принцип его работы аналогичен работе вращателя 3. Управляется он импульсами с генератора 17, прошедшими через инвертор 16. Поэтому импульсы, поступающие на вращатель 9, будут сдвинутыми на половину периода по отношению к импульсам, поступающими на вращатель 3. В результате на входе поляризационного фильтра 10 компонента В будет ориентирована параллельно оси OZ, когда плоскость 5 ориентирована параллельно оси OX, а при ориентации плоскости 5 параллельно оси OZ компонента A будет параллельна этой оси. Фильтром 10 с наименьшим ослаблением пропускается излучение с ориентацией вектора Ē параллельно оси OZ. С выхода фильтра через фидерную линию 11 излучение поступает на детектор 12. Преобразуется им в электрический сигнал, который усиленный усилителем 13 поступает на первый вход логического устройства 18, а на второй - импульсы напряжения с генератора 17. В зависимости от уровня управляющего напряжения сигнал с выхода устройства 18 будет поочередно поступать на интеграторы 19, 20. Один из интеграторов интегрирует сигнал, принятый при ориентации плоскости 5 параллельно оси OX, другой ортогонально к ней. Выходные сигналы интеграторов поступают на устройство 21, которое вычисляет разность между ними. Разностный сигнал регистрируется устройством 22.

Литература

1. Чигряй Е.Е., Хохлов Г.И., Игнатов Б.Г. и др. Радиоволновый интроскоп в миллиметровом диапазоне. // Электронные волны и электронные системы, 2010 г., т. 15, №1, с. 50-54.

Способ дистанционного обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах, заключающийся в освещении зондируемого объекта плоскополяризованным электромагнитным излучением, приеме деполяризованного неоднородностью излучения, выделении из него компоненты, поляризованной ортогонально по отношению к поляризации излучения, освещающего объект, преобразовании ее в электрический сигнал, отличающийся тем, что объект последовательно освещается излучениями поляризации, которыхе взаимно ортогональны, из деполяризованного неоднородностью излучения последовательно выделяются две компоненты поляризации, которыхе ортогональны поляризации освещающего излучения, эти компоненты преобразуются в электрические сигналы, между которыми определяется разностный сигнал, являющийся индикатором наличия или отсутствия неоднородности в зондируемом объекте.

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.

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.

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.

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.

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.

Способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой рлс, установленной на движущемся летательном аппарате // 2528169

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

Система и способ трехмерной визуализации яркостной радиолокационной карты местности // 2513122

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 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.

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской рлс // 2572357

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.

Сканирующее устройство формирования голографического изображения в миллиметровом диапазоне волн для досмотра людей в целях обеспечения безопасности // 2575059

Настоящее изобретение относится к области обеспечения безопасности, а именно к сканирующему устройству формирования топографического изображения в миллиметровом диапазоне волн для досмотра людей. Устройство содержит первый трансивер (40) миллиметрового диапазона с антенной решеткой (41) для передачи и приема первого сигнала миллиметрового диапазона, второй трансивер (40′) миллиметрового диапазона с антенной решеткой (41′) для передачи и приема второго сигнала миллиметрового диапазона, который выполнен с возможностью перемещения в направлении, противоположном направлению движения первого трансивера миллиметрового диапазона, соединительный элемент (26, 27) для соединения между собой первого трансивера (40) и второго трансивера (40′) и приводное устройство (50), приводящее в движение один из двух трансиверов миллиметрового диапазона. Первый трансивер (40) и второй трансивер (40') перемещаются в противоположных направлениях. Достигается высокое качество построения изображения при упрощении конструкции устройства. 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ получения детального радиолокационного изображения ограниченного участка земной поверхности // 2590900

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для решения задач радиолокационного мониторинга ограниченных участков земной поверхности, представляющих интерес. Достигаемый технический результат - упрощение возможности получения высокодетального изображения ограниченного по площади участка земной поверхности и снижение затрат на его получение. Указанный технический результат достигается за счет того, что осуществляют прямой синтез апертуры при когерентной обработке выходных откликов по меньшей мере четырех приемопередатчиков. Приемопередатчики неподвижно установлены по окружности вокруг исследуемого объекта. Главные лучи диаграммы направленности реальной антенны направлены в центр наблюдаемого участка. При этом выходные отклики формируются в течение времени tобр, отводимого на работу отдельно взятого приемо-передающего элемента при последовательном их электронном переключении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Сканирующее устройство для формирования трехмерного голографического изображения в миллиметровом диапазоне волн и способ обследования с помощью такого устройства // 2595303

Сканирующее устройство формирования трехмерного голографического изображения, в миллиметровом диапазоне волн, которое обеспечивает реализацию способа исследования объекта, включает в себя модуль трансивера миллиметрового диапазона, содержащий антенную решетку, направляющее устройство рельсового типа, с которым соединен модуль трансивера. При этом сканирование, выполняемое модулем трансивера миллиметрового диапазона, представляет собой плоскостное сканирование. При этом сканирующее устройство формирования трехмерного голографического изображения выполнено с возможностью осуществления трехмерного сканирования. Направление сканирования может варьироваться путем изменения ориентации направляющего устройства рельсового типа. Технический результат заключается в упрощении конструкции и ускорении процесса сканирования объекта при помощи длин волн миллиметрового диапазона. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ отображения радиолокационной информации // 2596852

Изобретение относится к способам отображения радиолокационной информации на экранах индикаторов радиолокационных станций (РЛС). Достигаемый техническим результат - повышение достоверности и информативности радиолокационной информации о параметрах воздушных, надводных и наземных объектов. Указанный результат достигается за счет приема радиолокационной станцией (РЛС) отраженных от объектов радиосигналов, преобразования принятых от объектов сигналов в цифровую форму, отображения преобразованных сигналов на плоском экране в виде световых меток на плоскости z0y, а азимутальных и дальностных шкал в виде пересекающихся линий также на плоскости z0y, при этом плоскость экрана z0y виртуально наклоняют в плоскостях z0x и y0x, метку от объекта переносят параллельно оси 0z и высвечивают выше наклоненной плоскости экрана на величину высоты объекта и превращают в виртуальную метку, к этой виртуальной метке добавляют черточку параллельно оси 0z, со шкалой высоты на черточке, в направлении наклоненной плоскости экрана, черточку высоты одним концом упирают в виртуальную метку от объекта, а вторым концом упирают в точку реальных значений азимута и дальности объекта на наклоненном экране, на котором высвечивается точка со значениями азимута и дальности объекта относительно точки стояния РЛС, а наклоненная плоскость экрана отображает или плоскость горизонта земли или плоскость поверхности земли относительно точки стояния РЛС (в зависимости от режима работы РЛС), при этом длина черточки высоты, со шкалой высоты, характеризует высоту объекта над горизонтом или над уровнем земли (в зависимости от режима работы РЛС). Скорость и направление перемещения объекта в пространстве отображаются черточкой-вектором скорости, начало которого упирается в высвечиваемую виртуальную метку объекта, а направление черточки-вектора скорости характеризует направление перемещения объекта в пространстве относительно точки стояния РЛС, и кроме этого на черточку-вектор скорости наносят шкалу скорости, которая характеризует величину скорости перемещения объекта в пространстве, а плоскость, характеризующую поверхность земли, отображают в виде части сферической поверхности, радиус которой пропорционален радиусу земли в точке стояния РЛС, а периметр сферической поверхности ограничивают дальностью обнаружения РЛС, в то же время, радиус сферической поверхности оперативно изменяют по желанию оператора, от пропорционального радиуса земли до бесконечности, превращая тем самым кривизну линии земли в прямую линию, то есть в линию горизонта, а наклон плоскостей z0y и y0x изменяют от 0 до 90 градусов, превращая изометрическое изображение обозреваемого РЛС пространства в декартово изображение, а псевдообъемное четырехмерное изображение - в трехмерное плоскостное изображение, то есть в трехмерный индикатор азимут - дальность - скорость или в трехмерный индикатор дальность - высота - скорость, а плоскость, характеризующую поверхность земли, поворачивают по желанию оператора вокруг оси, проходящей через точку стояния РЛС и перпендикулярной в этой точке к плоскости поверхности земли. Рядом с точкой, отображающей объект, отображают по желанию оператора модели-портреты объектов, взятые из банка данных РЛС, конфигурация которых пропорциональна конфигурации и размеру обнаруженных объектов. 4 ил.

Бортовая информационная система с антенной для приема спутниковых данных географического положения // 2598538

Изобретение относится к бортовой информационной системе с антенной (2) для приема спутниковых данных географического положения. Техническим результатом является повышение качества приема слабых сигналов географического положения. Упомянутый технический результат достигается тем, что заявленная бортовая информационная система содержит устанавливаемый во внутреннем пространстве транспортного средства корпус (1) и модуль для обработки спутниковых данных географического положения; антенна (2) для приема спутниковых данных географического положения расположена на корпусе (1) бортовой информационной системы так, что во встроенном состоянии направление приема направлено во внутреннее пространство транспортного средства. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.