Способ оптимального восстановления изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования земли

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли. Техническим результатом изобретения является повышение разрешающей способности восстанавливаемого радиолокационного изображения наблюдаемого участка земной поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что процесс формирования изображений заключается в обработке радиосигналов, отраженных от земной поверхности, при формировании изображений производят дополнительную пространственную фильтрацию данных, поступающих с выхода согласованного приемника, корректирующим фильтром, сужая результирующую аппаратную функцию и, тем самым, уменьшая сглаживание восстанавливаемого радиолокационного изображения, при этом систематическая ошибка восстановления уменьшается. Регуляризация решения с помощью корректирующего фильтра минимизирует неоднозначность восстановления радиолокационного изображения. 5 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли.

Известен способ восстановления радиолокационных изображений, который предполагает получение оценки поля изображения земной поверхности в виде выходного сигнала согласованного фильтра [1]. Однако, процедура согласованной фильтрации принадлежит к классу некорректно поставленных задач, что, помимо наличия систематической и флуктуационной ошибок, приводит к неустойчивости решения задачи восстановления радиолокационных изображений (РЛИ). Так, например, даже при больших отношениях сигнал/шум решение может быть неустойчивым из-за наличия нулей в спектре функции неопределенности, лежащих в пределах полосы пространственных частот изображения, а так же из-за траекторных нестабильностей в процессе движения носителя радиолокатора с синтезированной апертурой антенны (PCA) [2]. Это приводит к снижению разрешающей способности восстанавливаемого РЛИ наблюдаемого участка земной поверхности или вообще делает формирование РЛИ невозможным.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявленному изобретению является способ восстановления радиолокационного изображения, при котором в РСА реализуется алгоритм согласованной обработки траекторного сигнала [3. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие для вузов / Под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: «Радиотехника», 2005. с. 135-159]. Его недостатком является снижение разрешающей способности РЛИ при уменьшении отношения сигнал/шум, траекторных искажениях в процессе движения носителя РСА и воздействии других дестабилизирующих факторов.

Целью заявленного изобретения является повышение разрешающей способности восстанавливаемого РЛИ наблюдаемого участка земной поверхности.

Сущность изобретения состоит в следующем. При восстановлении изображений производят дополнительную пространственную фильтрацию данных, поступающих с выхода согласованного приемника, корректирующим фильтром. При этом сужается результирующая аппаратная функция и тем самым уменьшается сглаживание восстанавливаемого радиолокационного изображения. При этом уменьшается систематическая ошибка восстановления.

Исследуемый объект облучается с помощью специального источника. Процесс формирования изображений в таких системах заключается в обработке сигнала, отраженного объектом. На фиг. 1 представлена геометрия задачи приема отраженных сигналов, где So - источник зондирующего излучения, Р - плоскость регистрирующего устройства (апертура антенной системы), Ω - область облучения. Выбор того или иного способа задания точек рассеивающей поверхности является вопросом удобства и зависит от конфигурации поверхности и ее ориентации относительно апертуры антенны P.

Рассеивающую поверхность можно задавать параметрически R(ϑ) и соответственно координаты точек (элементов) поверхности определять вектором направляющих косинусов ϑ=(ϑx, ϑy), где , где .

Отраженный областью Ω сигнал принимается в каждой точке ρ=(х, у) раскрыва антенной системы Р. При отражении от элемента поверхности Δϑ с координатами ϑ=(ϑx, ϑy), т.е. от элемента поверхности, расположенного в телесном угле (ϑ, ϑ+Δϑ), принимаемый сигнал будет иметь вид

Здесь u(t, ϑ) характеризует рассеивающие (отражающие) свойства поверхности и называется удельным коэффициентом рассеяния поверхности; F[⋅] - некоторая функция, учитывающая влияние диаграммы направленности приемной и передающей антенных систем, а также неоднородностей среды распространения; τ(ϑ) - время запаздывания сигнала, отраженного от элемента с координатами ϑ в точке раскрыва ρ=0 (если источник излучения So находится в точке ρ=0, то ; ΔR(ϑ, ρ) - разность хода лучей, отраженных от элемента поверхности с координатами ϑ, в произвольной точке раскрыва ρ по отношению к точке ρ=0. Для дальней зоны

Сигнал S(t, ρ), принимаемый на раскрыве антенны и рассеянный всей облучаемой поверхностью Ω, представляет собой суперпозицию (сумму, в пределе интеграл) элементарных отражений (2):

Учитывая наличие внешних и внутренних шумов в каждой точке приема ρ, приходим к обобщенной модели формирования

в которой S является линейным функционалом (4) относительно пространственных реализаций удельного коэффициента рассеяния u(t, ϑ), n(t, ρ) - аддитивный гауссовский шум.

В данном случае задача формирования изображения облучаемого объекта сводится к восстановлению поля u(t, ϑ). Как следует из [4], одним из условий качественного решения задачи восстановления является широкополосность ядра F[⋅], т.е., если это возможно, необходимо использовать зондирующие сигналы, эффективная ширина спектра которых превышала бы ширину пространственного спектра удельного коэффициента рассеяния u(t, ϑ).

Без потери общности продемонстрируем обоснованность изложенных выше рассуждений на характерной для практики задаче восстановления изображений в однопозиционной радиолокационной системе дистанционного зондирования Земли.

Характерной особенностью однопозиционных систем является то, что источник зондирующего сигнала (передающая антенна) и регистрирующее устройство (приемная антенна) совмещены в пространстве, и область наблюдения в этом случае вырождается в одну точку с координатами [0, 0, H]. В качестве зондирующего излучения используется сигнал радиочастотного диапазона , где s(t) - огибающая высокочастотного гармонического колебания, - несущая частота сигнала.

Введем ряд ограничений, которые несколько упрощают модель формирования входного сигнала, однако не являются принципиальными при использовании разработанной процедуры синтеза алгоритмов обработки. В соответствии с реальными условиями функционирования систем зондирования временные флуктуации функции рассеяния u на интервале наблюдения t∈[0, Tз] полагаются медленными, так что u(t, r)=u(r), где r - вектор пространственных координат в области Ω.

В случае допущения наличия статистически однородной среды распространения наблюдение примет вид

где Y(t, r) - некоторая функция, учитывающая влияние диаграммы направленности антенной системы и неоднородность среды распространения; Sз(t) - зондирующий сигнал, τD(r) - время запаздывания сигнала.

В большинстве случаев данная модель вполне адекватно отражает реальные условия функционирования систем зондирования [2]. Поэтому, если неоднородность среды распространения не является информационным параметром и стабильна на интервале времени t∈[0, Tз], то ее влияние и влияние диаграммы направленности антенны зондирующей системы можно учесть при описании функционального ядра преобразования исходного изображения и компенсировать их совместное влияние известными способами [5]. Поэтому их совместное влияние здесь будем учитывать некоторым детерминированным множителем Y(r).

В этом случае принимаемый сигнал представляет собой суперпозицию рассеянных составляющих зондирующего сигнала с различными амплитудой и временными задержками. При этом полезная информация, как правило, содержится в пространственно распределенных параметрах принимаемого сигнала.

С учетом выше изложенного, модель сигнала на входе однопозиционной радиолокационной системы может быть представлена в виде

Сигнал на выходе синхронного детектора приемного устройства можно представить в виде

где

Здесь n(t) - гауссовский белый шум (ГБШ) с нулевым средним и корреляционной функцией , - круговая частота.

Время запаздывания τD(r) отраженного сигнала от элемента с координатами (x, y, z) в соответствии с геометрией задачи определяется дальностью D(х, у, z) до этого элемента

Из выражения (10) видно, что пренебрежение пространственной динамикой изменений рельефа исследуемой поверхности, которое допускается в современных системах зондирования, приведет к существенной погрешности определения τD(r) для каждой из точек Ω. В результате нарушится когерентность системы и увеличится ошибка восстановления.

Восстановление рельефа как стабильного геофизического поля с хорошей картографической обеспеченностью широко используется на практике [6, 7]. Одним из эффективных способов его получения является применение стереограмметрических систем, которые предполагают зондирование одного и того же участка местности с двух различных точек пространства. Однако на практике это сопряжено с проблемами синхронизации, временными и аппаратурно-вычислительными затратами.

Более простым способом учета рельефа является использование постоянно обновляемых баз данных в составе географических информационных систем, содержащих цифровые карты рельефа исследуемой местности и другую априорную информацию [6, 7]. Для географической привязки к ним используется сопряжение с навигационными системами. В результате каждой точке зондируемой поверхности с географическими координатами r=(х, у) ставится в соответствие высота земной поверхности z относительно уровня моря.

Зависимость значения самого удельного коэффициента рассеяния и от рельефа является существенной только при большом перепаде высот зондируемой области, когда образуются зоны радиолокационной тени. Однако при использовании априорных карт рельефа данный фактор также можно учесть [6]. Поэтому в связи с тем, что координата z влияет только на точность измерения дальности до каждой из точек области Ω, в дальнейшем будем считать, что вектор r является двумерным.

На фиг. 2 представлена геометрия задачи восстановления изображений в однопозиционной радиолокационной системе дистанционного зондирования Земли.

Выражение (10) для временной задержки можно также упростить:

Облучаемая область Ω будет представлять собой плоскость, размеры которой определяются срезом диаграммы направленности приемопередающей антенны. При наличии на борту летательного аппарата точной навигационной информации об его географических координатах, высоте над уровнем моря и известной антенной ориентации системы зондирования использование рельефометрических баз данных совместно с измерителем дальности до центра поверхности Ω позволит достаточно точно измерять величину τD(r).

На основе наблюдаемого сигнала (8) и имеющихся априорных сведений необходимо обеспечить оптимальное восстановление изображения зондируемой поверхности.

Для этих целей широко используются радиолокационные станции бокового обзора (радиолокационные станции с синтезированием апертуры (РСА)) [1], которые предполагают движение носителя системы зондирования. В качестве основного метода обработки траекторного сигнала в РСА используется субоптимальный метод согласованного приема [1].

Данный метод предполагает получение оценки поля изображения земной поверхности в виде выходного сигнала согласованного фильтра

Представим выходной сигнал согласованного фильтра Q в виде двух слагаемых

где

В этом случае получаемое изображение полностью характеризуется функцией неопределенности,

которая представляет собой (в отсутствие помех) изображение точечного отражающего объекта. Протяженность функции неопределенности по пространственным координатам характеризует разрешающую способность системы зондирования. Так, например, размер элемента разрешения вдоль направления синтезирования определяется протяженностью раскрыва антенны в этом направлении и равен ее половине, а в перпендикулярном направлении (по дальности) - обратно пропорционален ширине спектра зондирующего сигнала [3].

Сигнальная составляющая QS представляет собой восстанавливаемое изображение u(r), сглаженное функцией неопределенности (аппаратной функцией) Ψ(t, r, r'). Следовательно, эта составляющая характеризует систематические ошибки восстановления изображения на выходе согласованного фильтра (обусловленные сглаживанием). Шумовая составляющая Qn - это флуктуации на выходе согласованного фильтра, обусловленные помехой n(t) на входе. Эта составляющая характеризует флуктуационную ошибку восстановления изображения на выходе согласованного фильтра. Кроме того, процедура согласованной фильтрации является некорректной, что, помимо систематической и флуктуационной ошибок, приводит к неустойчивости решения задачи восстановления радиолокационных изображений (РЛИ). Так, например, даже при больших отношениях сигнал/шум решение может быть неустойчивым из-за наличия нулей в спектре функции неопределенности, лежащих в пределах полосы пространственных частот изображения, а так же из-за траекторных нестабильностей в процессе движения носителя РСА [2]. Следовательно, процедура согласованной фильтрации в общем случае нуждается в регуляризации, которая сводится к дополнительной пространственной фильтрации выхода согласованного приемника, т.е., с учетом (13)-(15),

Здесь [1] K(t, r, r') - импульсная характеристика корректирующего фильтра

где Р(r, r') - функция, определяемая способом регуляризации, Ψ0(t, r, r') - обобщенная функция неопределенности

Корректирующий фильтр K оказывает двоякое воздействие на выход согласованного фильтра Q. Во-первых, он сужает результирующую аппаратную функцию Ψ0(t, r, r') (соответствующая частотная характеристика расширяется) и тем самым уменьшает сглаживание восстанавливаемого радиолокационного изображения. При этом уменьшается систематическая ошибка восстановления. Во-вторых, корректирующий фильтр увеличивает помеховую составляющую в выходном эффекте и соответственно увеличивает флуктуационную ошибку восстановления.

При статистической оптимизации с использованием критерия минимума среднего квадрата ошибки (СКО) выбор импульсной характеристики корректирующего фильтра К минимизирует результирующую ошибку воспроизведения (геометрическую сумму флуктуационной и систематической ошибок). Кроме того, регуляризация решения с помощью корректирующего фильтра минимизирует неоднозначность восстановления РЛИ.

В [8] синтезированы общие алгоритмы восстановления неподвижных изображений методами пространственной фильтрации статических случайных полей. Конкретизируя данные алгоритмы применительно к задаче восстановления изображений в системах активного зондирования, получим уравнение для оптимальной по критерию минимума СКО оценки

и выражение для корреляционной функции ошибки восстановления

где mu(r) и Ru(r, r') - априорные математическое ожидание и корреляционная функция модели исходного изображения u(r) соответственно [9].

Более того, сравнивая (18) и (21), можно сделать вывод, что при статистической регуляризации решения задачи восстановления на основе критерия минимума СКО в качестве регуляризирующей функции P(r, r') используется априорная корреляционная функция восстанавливаемого изображения Ru(r, r'). Тогда импульсная характеристика корректирующего фильтра будет определяться корреляционной функцией ошибки восстановления, т.е. в общем случае K(t, r, r')=R(t, r, r'). При этом оценки (17) и (20) совпадают, а обобщенная функция неопределенности (19) примет вид

Таким образом, согласованная фильтрация является частным случаем наиболее общего байесовского метода и используется тогда, когда погрешности формирования траекторного сигнала незначительны.

Данное изобретение является промышленно применимым при разработке перспективных радиолокационных систем с синтезированной апертурой антенны предназначенных для дистанционного зондирования Земли.

Для проверки результатов реализации изобретения было проведено математическое моделирование алгоритмов (12) и (20), (21) для задачи восстановления неподвижной во времени строки изображения в системе активного зондирования земной поверхности на фоне меняющегося ГБШ:

где S(t, u(x)) - сигнал на входе приемника с мощностью PS, L - длина строки изображения, Т - время наблюдения, n(t) - ГБШ с нулевым математическим ожиданием и корреляционной функцией . В качестве зондирующего сигнала F(t) использовался шумоподобный сигнал. Для априорного описания строки изображения использовалась гауссовская модель с нулевым математическим ожиданием и корреляционной функцией

где Du - дисперсия строки изображения.

Основные качественные показатели системы восстановления РЛИ, реализующей процедуру согласованной фильтрации (разрешающая способность, число разрешаемых элементов изображения, точность оценки координат элементов изображения и др.) полностью определяются видом функции неопределенности [2]. На фиг. 3 представлены функция неопределенности Ψ(Δх), Δх=х21, (согласованная фильтрация) и обобщенная функция неопределенности Ψ0(Δх) (оптимальная фильтрация) для наблюдения, описываемого выражением (23).

Разрешающую способность систем активного зондирования характеризует протяженность δх функции неопределенности Ψ(Δх), определяемая формулой [1]:

где - нормирующий множитель.

Результаты статистического моделирования показали, что корректирующий фильтр сглаживает боковые лепестки функции неопределенности Ψ(Δx) и уменьшает протяженность δx обобщенной функции неопределенности Ψ0(Δх), что соответственно улучшает разрешающую способность и другие качественные показатели системы восстановления РЛИ. Степень сужения функции неопределенности за счет корректирующего фильтра зависит от вида зондирующего сигнала, времени наблюдения (синтезирования) и отношения сигнал/шум.

Для определения качества восстановления РЛИ целесообразно использовать такую характеристику, как средний квадрат ошибки восстановления. Интегральная нормированная статистическая дисперсия ошибки восстановления представляет собой результат статистической обработки оценочных значений для J реализаций входного сигнала ξj(τ), описываемых выражением (23). Для фиксированного момента времени (t=T), усредненная по всем I элементам строки изображения, данная характеристика будет определяться выражением:

На фиг. 4 отображена зависимость интегральной нормированной статистической дисперсии ошибки восстановления изображения D от отношения сигнал/шум q.

При увеличении отношения сигнал/шум интегральная нормированная дисперсия ошибки восстановления оптимального фильтра (Dоф) стремиться к нулю, тогда как при согласованной фильтрации (Dсф) этот показатель стремиться к некоему постоянному значению, определяемому параметрами зондирующего сигнала.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг. 5, где обозначено: 1 - приемник; 2 - блок хранения информации; 3 - блок точной навигационной информации о географических координатах; 4 - блок пространственных координат ФЦА; 5 - блок рельефометрических баз данных; 6 - согласованный фильтр; 7 - корректирующий фильтр; 8 - блок обеспечения заданного вида обзора; 9 - блок формирования радиолокационного изображения.

Приемник 1 предназначен для приема зондирующего сигнала отраженного от земной поверхности. Блок хранения информации 2 предназначен для запоминания сигналов отраженных от земной поверхности и пространственных координат фазового центра антенны (ФЦА) соответствующих принятым сигналам. Данный блок может быть выполнен в виде, например, оперативного запоминающего устройства. Блок точной навигационной информации о географических координатах 3 предназначен для точного определения дальности до земной поверхности, данный блок может быть выполнен в виде, например, приемника сигналов спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС. Блок пространственных координат ФЦА 4 предназначен для формирования пространственных координат ФЦА РСА. Блок рельефометрических баз данных 5 позволяет определять высоту над уровнем моря и ориентацию системы зондирования. Согласованный фильтр 6 предназначен для обработки траекторного сигнала в РСА. Корректирующий фильтр 7 предназначен для сужения результирующей аппаратной функции системы и уменьшения систематической ошибки восстановления. Блок обеспечения заданного вида обзора 8 предназначен для выбора режима обзора РСА. Блок формирования радиолокационного изображения 9 обеспечивает восстановление РЛИ в заданном режиме функционирования РСА.

Устройство работает следующим образом: сигнал, отраженный от земной поверхности, принимается антенной системой и поступает в приемник, где детектируется, дешифрируется и преобразуется в цифровой вид. С приемника оцифрованный сигнал поступает в блок хранения информации, где происходит его запоминание вместе с данными о пространственных координатах ФЦА РСА, соответствующими принимаемому сигналу, поступающими с блока точной навигационной информации о географических координатах. С блока хранения информации цифровые данные поступают в блок пространственных координат ФЦА, где происходит определение дальности до земной поверхности в соответствии с данными полученными из блока рельефометрических баз данных. С блока точной навигационной информации об географических координатах данные поступают в модуль оптимальной обработки РЛИ. В модуле оптимальной обработки РЛИ, состоящем из согласованного и корректирующего фильтров, а также блока формирования РЛИ, реализуется оптимальная обработка данных в соответствии с выражениями (20), (21) для заданного блоком обеспечения заданного вида обзора режима.

Применение предложенного способа позволит повысить разрешающую способность восстанавливаемого РЛИ наблюдаемого участка земной поверхности.

Новизна изобретения заключается в новом подходе к процессу формирования изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли, основанном на методе оптимальной обработки случайных полей в отличии от широко распространенного на практике субоптимального метода согласованной фильтрации.

Изобретательский уровень характеризуется применением известного ранее научно-методического аппарата пространственной фильтрации статических случайных полей для решения задачи оптимального восстановления неподвижных изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли в целях повышения разрешающей способности и других качественных показателей системы восстановления РЛИ.

Данное изобретение является промышленно применимым при разработке перспективных и модернизации существующих радиолокационных систем с синтезированной апертурой антенны, предназначенных для дистанционного зондирования Земли.

Источники информации

1. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / Н.А. Сазонов, Е.Ф. Толстов, А.В. Шаповалов и др.; Под ред. В.Т. Горяинова. - М.: Радио и связь, 1988.

2. Фалькович С.Е., Пономарев В.И., Шкварко Ю.В. Оптимальный прием пространственно-временных сигналов в радиоканалах с рассеянием. - М.: Радио и связь, 1989.-296 с.

3. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие для вузов / Под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: Радиотехника, 2005. - 368 с.

4. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио. - 1975.

5. Коренной А.В., Егоров С.А., Лепешкин С.А. Модель формирования сигналов в системах активного зондирования // Радиолокация, навигация и связь: Материалы 4-й Международной научно-технической конференции. - Воронеж: ВГУ, 1998. - Т. 2. - С. 1221 - 1231.

6. Потапов А.А. Радиофизическая модель формирования эталонных радиолокационных карт неоднородной местности в диапазоне миллиметровых волн // Электромагнитные волны & электронные системы. - 1997. - Т. 2. - №4. - С. 31-34.

7. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. - М.: Финансы и статистика. - 1998.

8. Коренной А.В., Ершов Л.А. Восстановление неподвижных изображений как задача пространственной фильтрации статических случайных полей // Радиотехника. - 1996. - №7. - С. 74-77.

9. Коренной А.В. Математические модели полутоновых изображений // Радиотехника. - 2007. - №8. - С. 79-81.

Способ оптимального восстановления изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли, заключающийся в обработке радиосигналов, отраженных от земной поверхности, отличающийся тем, что при восстановлении изображений производят дополнительную пространственную фильтрацию данных, поступающих с выхода согласованного приемника, корректирующим фильтром, сужая результирующую аппаратную функцию и тем самым уменьшая сглаживание восстанавливаемого радиолокационного изображения, выбором импульсной характеристики которого минимизируют результирующую ошибку воспроизведения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к пассивным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, и может быть использовано для получения радиотеплового изображения различных объектов.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли. Достигаемый технический результат изобретения – повышение качества изображения путем повышения разрешающей способности формируемого радиолокационного изображения наблюдаемого участка земной поверхности в телескопическом режиме за счет уменьшения протяженности обобщенной функции неопределенности по пространственным координатам.

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к аэрокосмическим бортовым радиолокационным станциям с синтезированием апертуры антенны (РСА), формирующим радиолокационные изображения (РЛИ) земной поверхности с использованием синтезирования антенного раскрыва (САР) в процессе сканирования этой поверхности диаграммой направленности антенны РСА.

Изобретение относится к пассивным двухканальным сканирующим системам наблюдения с двумя приемниками, работающими в оптическом, инфракрасном или миллиметровом диапазонах длин волн.

Изобретение относится к пассивным системам радионаблюдений за объектами с помощью двухканального сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн, и может быть использовано также в оптических системах инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, а также может быть использовано в радиолокации, радиоастрономии и в оптико-электронных системах.

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью радиометра со сканирующей по азимуту и углу места антенной.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям РЛС, устанавливаемым на летательных аппаратах, и предназначено для решения задач картографирования земной поверхности. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности по азимуту вблизи линии пути носителя бортовым РЛС. Указанный результат достигается за счет того, что когерентно излучают и накапливают сигнал в процессе сканирования лучом диаграммы направленности антенны вблизи линии пути носителя радиолокационной станции, когда луч диаграммы направленности антенны, плавно перемещаясь, охватывает весь передний сектор, при этом когерентное накопление сигналов осуществляют по суммарному каналу и разностному азимутальному каналу антенны, затем осуществляют сигнальную обработку двух накопленных сигналов, заключающуюся в определении и компенсации фазового набега, определении крутизны частотной модуляции сигналов, выделении сигналов, накопленных слева и справа от линии пути носителя бортовой РЛС, спектральной обработке сигналов, объединении сигналов накопленных слева и справа от линии пути носителя, после формирования двух объединенных массивов амплитуд сигналов из массива амплитуд суммарного канала вычитают массив амплитуд разностного азимутального канала, а затем формируют радиолокационное изображение. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано, в частности, в составе радиолокационных измерительных стендов многочастотного импульсного зондирования и инверсного синтеза апертуры антенны, осуществляющих построение двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) исследуемых объектов. Достигаемый технический результат - итерационное улучшение фокусировки РЛИ и уменьшение энтропии РЛИ вплоть до достижения потенциальной разрешающей способности путем последовательного уточнения расстояния от эквивалентного фазового центра антенны до точки синтезирования. Указанный результат достигается за счет вычисления для выбранного дискретного диапазона из N значений расстояния от эквивалентного фазового центра антенны до точки синтезирования соответствующего набора РЛИ объекта, оценки значения энтропии для каждого РЛИ, выбора значения расстояния с минимальной энтропией, формирования нового, меньшего в N раз, дискретного диапазона значений расстояний от эквивалентного фазового центра антенны до точки синтезирования в окрестности расстояния с минимальной энтропией и циклического повторения вычислений. Выход из итерационного цикла выполняется по достижению заданной величины уменьшения энтропии РЛИ на текущей и предыдущей итерациях. 3 ил.

Изобретение относится к области исследования радиолокационных характеристик объекта и может быть использовано при проведении исследований радиолокационной заметности, оценки эффективности мероприятий по ее снижению, а также для получения исходных данных для решения задач идентификации и распознавания объектов. Достигаемый технический результат - построение панорамного радиолокационного изображения объекта с одновременным сохранением точностных характеристик измерения координат блестящих точек объекта. Сущность способа заключается в том, что создают множество матриц синтезированных откликов в системе координат площади синтезирования, смещенных между собой на дискретный угол, за счет равномерного поворота объекта относительно геометрического центра площади синтезирования, формируют блок матриц синтезированных откликов путем преобразования их к системе координат объекта, фиксируют матрицу панорамного радиолокационного изображения объекта как результат отображения максимальных значений одинаковых элементов матриц блока. 6 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в радиотехнических системах, установленных на подвижных объектах, для получения радиолокационного изображения (РЛИ) в процессе дистанционного зондирования земной (водной) поверхности. Достигаемый технический результат - повышение разрешения радиолокационного изображения по наклонной дальности и расширение динамического диапазона за счет синхронизации момента начала записи эхо-сигнала с началом очередного зондирования. Указанный результат достигается за счет того, что способ формирования радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны состоит в зондировании, приеме, запоминании эхо-сигналов, определении момента начала зондирования, построении двумерной матрицы путем построчного с момента начала зондирования считывания отсчетов запомненного эхо-сигнала, сжатии двумерной матрицы по дальности и азимуту, при этом во время запоминания принятого эхо-сигнала в моменты начала зондирования осуществляют вставку пауз длительностью τи путем его амплитудной манипуляции, а во время определения момента начала зондирования осуществляют интегрирование абсолютного значения запомненного сигнала в пределах скользящего окна, представляющего собой временной строб с длительностью τи и изменяющимся временным смещением от нулевого значения, соответствующего началу запоминания эхо-сигнала, до значения, равного периоду зондирования, определяют временное положение минимума полученного интеграла, который соответствует моменту начала зондирования. 2 ил.
Изобретение относится к области радиовидения и может быть использовано при проектировании радиотехнических комплексов обнаружения предметных помех движению транспортных средств, действие которых основано на восстановлении «оптического» изображения объекта по его радиоголограмме. Достигаемый технический результат - увеличение дальности радиовидимости без увеличения уровня излучаемой мощности, а также увеличение дальности радиовидимости объекта на пути следования передвигающегося аппарата при сохранении низкого уровня излучаемой мощности. Сущность способа заключается в уменьшении расстояния между объектом наблюдения и апертурой его облучения и приема, которая установлена на беспилотном автономном аппарате, который, в свою очередь, выдвинут к объекту наблюдения по направлению движения перемещаемого аппарата. При этом в соответствии с основным уравнением радиолокации уменьшается необходимая интегральная мощность зондирующего сигнала, пропорциональная четвертой степени дальности обнаружения объекта. Протяженная область наблюдения за вероятными объектами на пути следования передвигающегося аппарата обеспечена системой беспилотных автономных аппаратов, которая формируется их разнесенным вдоль направления движения взаимным положением и удалением от передвигающегося аппарата, каждый из которых находится на удалении, меньшем дистанции устойчивого радиоканала приема и передачи данных между перемещающимся и беспилотным автономным аппаратами.

Изобретение относится к классу геофизических приборов, предназначенных для исследований, не нарушающих структуры грунта, на глубины от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Достигаемый технический результат - расширение диапазона обрабатываемых значений сигналов, поступающих в ответ на подачу зондирующих импульсов, что позволяет без искажений принимать информацию с различных глубин зондирования, практически исключая искажения, связанные с нелинейностью входных характеристик приемных элементов. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит передающую часть и приемную часть. Передающая часть включает в себя последовательно связанные высоковольтный источник питания, формирователь зондирующих импульсов и передающую антенну, а приемная часть - последовательное связанные приемную антенну, средство обработки сигналов, средство представления результатов обработки сигналов. Средство обработки сигналов содержит двухканальный аналого-цифровой преобразователь, выходы которого подключены к входам средства объединения канальных сигналов преобразователя для передачи средству представления результатов обработки. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям, устанавливаемым на летательных аппаратах, и предназначено для решения задач картографирования земной поверхности. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности по азимуту вблизи линии пути носителя бортовой радиолокационной станции (БРЛС). Указанный результат достигается за счет того, что когерентно излучают и накапливают сигнал в процессе сканирования лучом диаграммы направленности антенны вблизи линии пути носителя БРЛС, когда луч диаграммы направленности антенны, плавно перемещаясь, охватывает весь передний сектор, осуществляют сигнальную обработку накопленного сигнала, заключающуюся в определении и компенсации фазового набега, определении крутизны частотной модуляции сигналов, выделении сигналов, накопленных слева и справа от линии пути носителя БРЛС, спектральной обработке сигналов, объединении сигналов, накопленных слева и справа от линии пути носителя, затем повторно сканируют тот же участок земной поверхности с когерентным накоплением отраженного сигнала, осуществляют обработку повторно накопленного сигнала, аналогичную обработке первого сигнала, причем выделение сигналов с положительной и отрицательной крутизнами частотной модуляции осуществляют с компенсацией разности фаз относительно первого накопленного сигнала, после обработки обоих сигналов суммируют поэлементно полученные массивы амплитуд сигналов и формируют радиолокационное изображение из суммарного массива амплитуд. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокаторе с синтезируемой апертурой антенны (РСА). Достигаемый технический результат – измерение рельефа поверхности Земли и формирование цифровой модели рельефа с помощью РСА, установленного на борту носителя РСА. Сущность способа измерения рельефа поверхности Земли заключается в последовательном наблюдении за поверхностью при постоянной высоте полета носителя и скорости полета, при этом первый сеанс наблюдения, заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом радиолокационных изображений (РЛИ) при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L, осуществляется на дальности до поверхности R1, угле места θ1 и угле азимута α1, отличном от строго бокового, т.е. меньше 90°. После естественного перемещения носителя радиолокатором с синтезируемой апертурой (РСА) на расстояние базы интерферометра В осуществляется второй сеанс наблюдения за той же области поверхности на дальности R2, азимуте α2, угле места θ2, также заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом РЛИ при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L. После проведения пары сеансов наблюдения производится стандартная интерферометрическая обработка пары РЛИ с извлечением информации о рельефе подстилающей поверхности. 1 ил.

Изобретение относится к пассивным радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра с двумя антеннами, принимающими сигналы в двух частотных диапазонах. Достигаемый технический результат – повышение пространственного разрешения изображения в первой матрице, полученной для широкой диаграммы направленности (ДНА), до разрешения второй матрицы, полученной для узкой ДНА, с сохранением температурных характеристик частотного диапазона первой. Указанный результат достигается тем, что в способе формирования изображения используют две антенны, одна из которых имеет широкую диаграмму направленности, а другая антенна - узкую ДНА. Наличие двух антенн необходимо для определения излучающих свойств объектов в разных частотных диапазонах. 4 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в радиолокационных станциях для детектирования движущихся целей на фоне отражений от земной поверхности. Достигаемый технический результат - уменьшение вероятности обнаружения ложных целей и вероятности пропуска целей. Указанный результат достигается за счет того, что накапливают заданное количество радиолокационных кадров, находят в одних и тех же точках радиолокационных кадров амплитудные спектры функций яркости и вычисляют эффективную ширину, формируют результирующее яркостное изображение, размер которого равен размеру радиолокационных кадров, при этом в точках результирующего изображения устанавливают значение высокой или низкой яркости в зависимости от заданного порогового значения. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли. Техническим результатом изобретения является повышение разрешающей способности восстанавливаемого радиолокационного изображения наблюдаемого участка земной поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что процесс формирования изображений заключается в обработке радиосигналов, отраженных от земной поверхности, при формировании изображений производят дополнительную пространственную фильтрацию данных, поступающих с выхода согласованного приемника, корректирующим фильтром, сужая результирующую аппаратную функцию и, тем самым, уменьшая сглаживание восстанавливаемого радиолокационного изображения, при этом систематическая ошибка восстановления уменьшается. Регуляризация решения с помощью корректирующего фильтра минимизирует неоднозначность восстановления радиолокационного изображения. 5 ил.

Наверх