Способ формирования изображений объектов в радиометре с двумя антеннами



Способ формирования изображений объектов в радиометре с двумя антеннами
Способ формирования изображений объектов в радиометре с двумя антеннами

Владельцы патента RU 2646434:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

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 пассивным радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра [1, 2] с двумя антеннами, принимающими сигналы в двух частотных диапазонах. Одна антенна имеет широкую диаграмму направленности (ДНА), а вторая антенна - узкую ДНА. Наличие двух антенн с разными ДНА определяется необходимостью исследования излучающих свойств объектов в разных частотных диапазонах, связанных с шириной ДНА [1, с. 291, табл. 6.1].

При сканировании антенн по азимуту съем данных осуществляется с определенным шагом дискретизации, определяющим количество элементов в строке формируемых матриц радиометрического изображения (в дальнейшем - матриц изображения). Переход к другой строке производится, как правило, изменением угла места на величину, большую, чем шаг дискретизации по азимуту. Этим достигается увеличение скорости формирования матриц изображения в двух каналах первичной обработки принимаемых сигналов. Две матрицы получаются с пропусками строк (прореженные вдоль строк), и имеют одинаковые размеры, но отличаются пространственным разрешением, зависящим от ширины ДНА. Пропущенные строки заполняются методом интерполяции [3].

Пространственное разрешение первой матрицы (в дальнейшем - разрешение), полученной для широкой ДНА, в несколько раз хуже, чем разрешение второй матрицы, полученной для узкой ДНА из-за различий в ширине ДНА. Возникает необходимость повысить разрешение первой матрицы, полученной для широкой ДНА, до разрешения второй матрицы, полученной для узкой ДНА, сохранив температурные характеристики частотного диапазона первой. Повысить разрешение можно с помощью способа восстановления изображений, например [3].

Рассмотрим в качестве прототипа способ восстановления изображений объектов по разреженной (прореженной) матрице радиометрических наблюдений [3]. Способ заключается в построчном сканировании антенны радиометра по азимуту и углу места с определенным шагом и формировании матрицы изображения с последующей обработкой полученной матрицы в частотной области. Способ отличается тем, что пропущенные строки заполняют с помощью линейной интерполяции соответствующих элементов соседних наблюдаемых строк, затем полученную расширенную матрицу подвергают действию оператора восстановления изображения в области пространственных частот (фильтра Винера) и получают матрицу восстановленного изображения объектов.

Данный способ в его применении к радиометру с двумя антеннами обладает следующим недостатком. При восстановлении изображения в первой матрице, полученной для широкой ДНА, разрешение повышается в несколько раз. Однако в такое же число раз повышается разрешение во второй матрице, полученной для узкой ДНА, за счет аналогичных операций восстановления изображения. В итоге повысить разрешение в первой матрице до разрешения второй матрицы не удается.

Технический результат направлен на устранение этого недостатка, а именно на повышение разрешения в первой матрице, полученной для широкой ДНА, до разрешения второй матрицы, полученной для узкой ДНА, с сохранением температурных характеристик частотного диапазона.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа формирования изображения объектов в радиометре с двумя антеннами, который заключается в построчном сканировании по азимуту и углу места первой антенны радиометра с широкой ДНА, приеме сигналов в первом частотном диапазоне и формировании первой матрицы изображения с пропусками строк, заполнении пропущенных строк с помощью интерполяции и восстановлении изображения в матрице с помощью фильтра Винера. Способ отличается тем, что используют вторую антенну с узкой ДНА, сканирующую одновременно с первой антенной и принимающую сигналы во втором частотном диапазоне, формируют вторую матрицу изображения с пропусками строк, пропущенные при сканировании строки матрицы заполняют с помощью интерполяции, подвергают матрицу операциям восстановления с помощью фильтра Винера, затем с помощью операций сегментации разбивают вторую матрицу на непересекающиеся однородные по температуре сегменты, для каждого сегмента второй матрицы устанавливают соответствующие этому сегменту элементы первой матрицы, вычисляют среднюю температуру этих элементов и присваивают ее всем соответствующим элементам первой матрицы, в результате чего получают первую матрицу с повышенным пространственным разрешением, равным разрешению второй матрицы, с сохранением температурных характеристик первого частотного диапазона.

Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.

1. Первая антенна радиометра с шириной круговой ДНА Δ0,5 на уровне 0,5 мощности (например, Δ0,5=30) сканирует зону обзора по азимуту и углу места. В результате формируется матрица радиометрического изображения Y1={y1(i,j)} с элементами y1(i,j), где i и j - номер строки и столбца матрицы, M и N - количество ее строк и столбцов.

2. Одновременно вторая антенна радиометра с шириной ДНА Δ0,5/m (например, m=3) сканирует ту же зону обзора, в результате чего формируется вторая матрица изображения Y2={y2(i,j)}, с повышенным в m раз разрешением по азимуту и углу места в сравнении с Y1.

3. Пропущенные при сканировании антенн строки матриц Y1 и Y2 заполняются методом интерполяции (линейной, биквадратной или бикубической) путем обработки элементов соседних наблюдаемых строк.

4. Полученные матрицы Y1 и Y2 подвергаются двумерному преобразованию Фурье и получаются спектральные матрицы и

5. Элементы матриц и умножаются на передаточную функцию восстанавливающего фильтра Винера [4] и получаются спектральные матрицы оценок и

6. Матрицы и подвергаются обратному преобразованию Фурье: и получаются матрицы X1={x1(i,j)}, X2={x2(i,j)}, восстановленного изображения объектов в пространственной области.

7. Матрица X2 разбивается на K непересекающихся однородных по амплитуде подобластей D1, D2, …, DK с помощью оператора сегментации [4]. В результате получается матрица S={S(i,j)}, где S(i,j) - номер сегмента, которому принадлежит i-й, j-й элемент матрицы X2 и соответствующий ему i-й, j-й элемент матрицы X1.

4. Для каждого s-го сегмента вычисляется средняя радиометрическая амплитуда на основе i-x, j-x элементов x1(i,j) матрицы X1 с меткой s:

i,j:S(i,j)=s,

где ns - количество элементов с меткой s.

5. Всем элементам x1(i,j) матрицы X1 с меткой s присваивается амплитуда В результате формируется матрица X1={x1(i,j)}, с повышенным в m2 раз (по площади) пространственным разрешением, амплитуды элементов которой x1(i,j) представляют температурные характеристики частотного диапазона первой антенны.

Результаты эксперимента. Натурный эксперимент проводился с помощью радиометра с двумя антеннами: первая антенна с широкой ДНА в 3° принимала сигналы в 8 мм диапазоне длин волн при наблюдении объектов на местности на расстоянии 30 м с шагом сканирования по углу места в 1°, вторая антенна - с узкой ДНА в 1° принимала сигналы в 3 мм диапазоне с тем же шагом сканирования по углу места. Пропущенные строки восстанавливались методом линейной интерполяции. На фигуре 1 показано видеоизображение наблюдаемого участка местности с тремя объектами в виде щитов. На фигуре 3 слева направо - изображение матрицы наблюдения Y1, соответствующее 8 мм диапазону, и изображение матрицы X1, восстановленное после обработки матрицы Y1 фильтром Винера. На фигуре 4 слева направо - изображение матрицы наблюдения Y2, соответствующее 3 мм диапазону, и изображение матрицы X2, восстановленное после обработки матрицы Y2 фильтром Винера. На фигуре 2 - изображение матрицы X1 после выполнения операций предлагаемого способа над матрицами X1 и X2.

Изображение объектов на фигуре 2, полученное с помощью предлагаемого способа, более четкое в сравнении с изображением объектов на фигуре 3 и содержит информацию о температуре объектов в 8 мм диапазоне в амплитудах сегментов.

Литература

1. Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация (пассивная радиолокация). М.: Сов. радио, 1964. 335 с.

2. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.

3. Патент RU 2600573. Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений.

4. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006. 616 с.

Способ формирования изображения объектов в радиометре с двумя антеннами, заключающийся в построчном сканировании по азимуту и углу места первой антенны радиометра с широкой диаграммой направленности антенны (ДНА), приеме сигналов в первом частотном диапазоне и формировании первой матрицы изображения с пропусками строк, заполнении пропущенных строк с помощью интерполяции и восстановлении изображения в матрице с помощью фильтра Винера, отличающийся тем, что используют вторую антенну с узкой ДНА, сканирующую одновременно с первой антенной и принимающую сигналы во втором частотном диапазоне, формируют вторую матрицу изображения с пропусками строк, пропущенные при сканировании строки матрицы заполняют с помощью интерполяции, подвергают матрицу операциям восстановления с помощью фильтра Винера, затем с помощью операций сегментации разбивают вторую матрицу на непересекающиеся однородные по температуре сегменты, для каждого сегмента второй матрицы устанавливают соответствующие этому сегменту элементы первой матрицы, вычисляют среднюю температуру этих элементов и присваивают ее всем соответствующим элементам первой матрицы, в результате чего получают первую матрицу с повышенным пространственным разрешением, равным разрешению второй матрицы, с сохранением температурных характеристик первого частотного диапазона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к классу геофизических приборов, предназначенных для исследований, не нарушающих структуры грунта, на глубины от нескольких десятков до нескольких сотен метров.

Изобретение относится к геофизике и археологии и может быть использовано для выявления внутренней структуры археологических объектов, представляющих собой слои ограниченного простирания и мощности, сложенные раковинами моллюсков.

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники, а именно к технике связи СНЧ-КНЧ диапазона, и может быть использовано для связи с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами.

Изобретение относится к области нелинейной радиолокации и может быть использовано при разработке нелинейных радиолокаторов, осуществляющих поиск объектов, представляющих собой радиоэлектронные устройства и контактирующие металлические поверхности, за счет обнаружения нелинейных свойств элементов, являющихся составной частью таких объектов поиска.

Антенная система на монтажной плате с по меньшей мере двумя магнитными кольцами и прямоугольным поперечным сечением и образованными за счет этого боковыми поверхностями магнитных колец с противоположной полярностью, установленными на монтажной плате с помощью поставки, причем поверхности магнитных колец с противоположной полярностью обращены друг к другу, а центральные отверстия магнитных колец расположены соосно с отверстием проставки и образуют с ним сквозное отверстие.

Изобретение относится к области противодействия терроризму и может быть использовано в системах защиты объектов. Способ обнаружения осколочных взрывных устройств основан на методе нелинейной радиолокации и включает облучение СВЧ электромагнитным зондирующим полем и регистрацию новых составляющих в спектре отраженного сигнала.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к определению расположения и формы неоднородностей и включений в конденсированных средах.

Изобретение относится к геофизике, а именно к георадиолокации, и может использоваться на труднодоступных и ограниченных участках для исследования геометрии горных пород.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при исследовании залежей сверхвязких нефтей. Сущность изобретения: излучают электромагнитные волны и принимают сигналы, отраженные от границ раздела слоев зондируемой среды, после чего проводят обработку результатов измерений.

Заявленная группа изобретений относится к области скважинной геофизики и может быть использована для исследования подповерхностных структур из скважин. Сущность: формируют сверхширокополосные видеоимпульсы длительностью 10-11-10-8 с.
Изобретение относится к системам метеорологической радиолокации и может быть использовано для мониторинга метеорологических условий. Достигаемый технический результат – уменьшение массогабаритных размеров элементов системы, уменьшение энергопотребления, отсутствие необходимости постоянного обслуживания, возможность получения информации о локальных метеоусловиях через интернет, возможность анализа низких слоев атмосферы, которые обладают более высокой информативностью.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для сокращения времени обзора направления. Достигаемым техническим результатом изобретений является сокращение временных затрат на обнаружение подвижных целей и на измерение их координат в условиях действия пассивных помех.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в автоматизированных системах управления, построенных на принципах сетевой информационной структуры, в части, касающейся передачи и обмена радиолокационной информацией (РЛИ), в автоматизированной системе обработки и обмена радиолокационной информацией (АСОО РЛИ).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивных системах местоопределения (МО) источников радиоизлучения (ИРИ), размещенных на неровных участках местности.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы).

Изобретение относится к системам для обнаружения объекта путем отражения от его поверхности радиоволн и может быть использовано в радиолокации для распознавания разрушения (подрыва) самолета.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям, устанавливаемым на летательных аппаратах, и предназначено для решения задач картографирования земной поверхности.

Изобретение относится к классу геофизических приборов, предназначенных для исследований, не нарушающих структуры грунта, на глубины от нескольких десятков до нескольких сотен метров.
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использованы для обнаружения и завязывания трассы цели. Достигаемый технический результат по первому варианту способа сопровождения цели - сокращение временных затрат на завязывание трасс целей и увеличение надежности сопровождения за счет уменьшения размеров стробов, а также возможность обнаружения в первом обзоре особо опасных высокоскоростных целей.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах с зондирующими сигналами, кодированными по фазе (фазокодоманипулированными сигналами), для измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта.

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.

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, 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.

Наверх