Способ формирования радиотеплового изображения



Способ формирования радиотеплового изображения
Способ формирования радиотеплового изображения
Способ формирования радиотеплового изображения
Способ формирования радиотеплового изображения

Владельцы патента RU 2661491:

Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" (RU)

Изобретение относится к пассивным радиотеплолокационным системам (РТЛС) наблюдения миллиметрового диапазона длин волн, предназначенным для формирования радиотеплового изображения объектов в зоне обзора. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности на базе сканирующего радиометра формировать радиотепловое изображение зоны обзора с пространственным разрешением, соответствующим размерам элементов искомой матрицы изображения. Указанный результат достигается применением способа формирования радиотеплового изображения, который заключается в сканировании антенной радиометра зоны обзора по азимуту и углу места, формировании по результатам сканирования матрицы наблюдений Y, ее обработке оператором восстановления R1 и получении матрицы Y1=R1[Y] радиотеплового изображения, при этом радиометр совмещают с фотокамерой, которая дает матрицу Х1 оптического изображения зоны обзора при центральном положении антенны. В матрице Х1 меняют масштаб на соответствие масштабу матрицы Y1 и получают матрицу Х2, которую с помощью оператора R2 подвергают операциям сегментации по контрасту суммы амплитуд соответствующих элементов матриц Y1 и Х2, взятых с определенными весовыми коэффициентами, и получают матрицу меток S=R2[Y1,X2], где каждому i-му, j-му элементу присвоен номер s сегмента, которому он принадлежит. Затем усреднением элементов матрицы Y1 с меткой s определяют среднюю радиометрическую амплитуду каждого s-го сегмента и присваивают эту амплитуду элементам матрицы Х2 с той же меткой s, в результате из матрицы Х2 получают матрицу радиотеплового изображения с повышенным пространственным разрешением.

 

Изобретение относится к пассивным радиотеплолокационным системам (РТЛС) наблюдения миллиметрового диапазона длин волн, предназначенным для формирования радиотеплового изображения объектов в зоне обзора.

Из уровня техники известны способы формирования радиотеплового изображения объектов в зоне обзора с помощью сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн и совмещенного с фотокамерой (Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация (пассивная радиолокация). М.: Сов. радио, 1964, с. 335) и (Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014, с. 544).

Известны способы формирования изображений с помощью сканирующей антенны, основанные на формировании матрицы наблюдений и обработки полученной матрицы с помощью методов восстановления изображений.

Известен способ наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой на базе бортовой РЛС (патент RU №2284548, опубликовано 27.09.2006, МПК G01S 13/02 (2006.01). Способ наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой заключается в формировании матрицы радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки в средах дальности, при этом за счет быстрого электронного переключения луча РЛС смещают луч по азимуту и углу места соответственно на величину n-й и m-й части ширины ДНА и обрабатывают полученные при каждом положении луча амплитуды отраженных сигналов путем их суммирования с весами, вычисленными заранее по определенной методике.

Известен способ наблюдения за воздушными объектами и поверхностью на базе бортовой РЛС (патент RU №2292060, опубликовано 20.01.2007, МПК G01S 13/02 (2006.01). Способ наблюдения за воздушными объектами и поверхностью на базе бортовой РЛС, основанный на работе в режиме реального луча с электронным сканированием, заключающийся в формировании матрицы радиолокационного изображения воздушной обстановки или поверхности в срезах дальности. При этом за счет быстрого электронного переключения луча РЛС смещают луч по азимуту и углу места построчно соответственно на величину n-й и m-й части ширины ДНА в зоне обзора, измеряют амплитуды сигналов отражения при каждом i-м, j-м положении луча и формируют из этих амплитуд матрицу измерений y'(i,j), суммарного канала, которую далее обрабатывают. Дополнительно формируют матрицу измерений y'(i,j), разностного канала, затем обрабатывают полученные матрицы для каждого i, j-ro положения луча, при этом элементы матриц y(i+k, j+1) и y'(i+k, j+1), взятые относительно i, j в окне размера M×N, суммируют с весами h(k,l) и h'(k,l), найденными заранее, и оценивают амплитуду x(i,j), соответствующую центральной m-й, n-й части ДНА при i-й, j-м положении луча, указанные операции повторяют для всех i, j в зоне обзора и тем самым получают матрицу оценок амплитуд представляющую восстановленное радиолокационное изображение воздушной обстановки или поверхности в заданных элементах дальности с повышенным в несколько раз разрешением по угловым координатам.

К недостаткам данных способов можно отнести то, что восстановить изображение с точностью до шага дискретизации матрицы изображения в этих способах не удается из-за наличия ошибок восстановления. Это выражается остаточной размытостью (нечеткостью) изображения.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ формирования изображений в многоканальных РТЛС и РЛС (патент RU №2368917, опубликовано 27.09.2009, МПК G01S 13/89 (2006.01), который выбран в качестве прототипа. Способ формирования изображений в многоканальных РТЛС и РЛС применим и для одноканального радиометра. Алгоритмически данный способ заключается в следующем:

1. Антенна радиометра построчно сканирует зону обзора. Съем данных в каждой строке производится с шагом дискретизации Δϕ по азимуту (по j), а переход к другой строке осуществляется с шагом Δθ по углу места (по i). Принятый на каждом i-м, j-м шаге сканирования сигнал проходит тракт первичной обработки и регистрируется в цифровой форме величиной y(i,j), подчиненной модели наблюдений вида:

где Y={y(i,j)} - M×N-матрица радиотеплового изображения области D обзора; μ - нормирующий множитель; α(i,j) - аппаратная функция (АФ) описывающая действие диаграммы направленности антенны (ДНА) в i-х, j-х элементах дискретизации угла места θi и азимута ϕj, тракта первичной обработки и атмосферных влияний; x(i,j) - элементы искомого изображения, представляющие интенсивность электромагнитного поля излучения в i-м, j-м угловом направлении (в температурной шкале); p(i,j) - шумы аппаратуры; 2m+1 и 2n+1 - соответственно ширина ДНА по углу места и азимуту в количестве элементов дискретизации; числа М и N определяют размеры зоны обзора в количестве строк и столбцов искомой матрицы X={x{i,j)}.

2. Матрица Y подвергается операциям восстановления изображения с помощью оператора восстановления R1, то есть оценивания ненаблюдаемых величин x(i,j) на основе наблюдений y(i,j) и известной функции α(i,j) в пространственной или частотной областях [6, 7]: X1=R1[Y]. Результатом восстановления изображения области D является M×N-матрица Y1={y1(i,j)} оценок y1(i,j), подчиненных модели:

где μ1 - коэффициент усиления системы восстановления; - β(i,j) - функция рассеяния точки (ФРТ), описывающая остаточное искажение x(i,j) в (2ml+1)×(2n1+1)-окрестности i-й, j-й точки в силу ограниченной точности восстановления и низкого контраста в Y; p1(i,j) - остаточные шумы.

Недостаток данного способа заключается в том, что пространственное разрешение полученного изображения (2), определяемое размером (2m1+1)×(2n1+1)-области определения ФРТ, при m1>0, n1>0 превышает размер 1×1 элемента (пикселя) матрицы радиотеплового изображения.

Техническая проблема, решаемая созданием заявленного изобретения, заключается в том, что пространственное разрешение полученного изображения, определяемое размером (2m1+1)×(2n1+1)-области определения ФРТ, при m1>0, n1>0 превышает размер 1×1 элемента (пикселя) матрицы радиотеплового изображения.

Технический результат направлен на обеспечение возможности на базе сканирующего радиометра формировать радиотепловое изображение зоны обзора с пространственным разрешением, соответствующим размерам элементов искомой матрицы изображения.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа формирования радиотеплового изображения, который заключается в сканировании антенной радиометра зоны обзора по азимуту и углу места, формировании по результатам сканирования матрицы наблюдений Y, обработке матрицы Y оператором восстановления R1 и получении матрицы Y1=R1[Y] радиотеплового изображения. При этом способ отличается от прототипа тем, что радиометр совмещают с фотокамерой, которая дает матрицу Х1 оптического изображения зоны обзора при центральном положении антенны. В матрице Х1 меняют масштаб на соответствие масштабу матрицы Y1 и получают матрицу Х2, которую с помощью оператора R2 подвергают операциям сегментации по контрасту суммы амплитуд соответствующих элементов матриц Y1 и X2, взятых с определенными весовыми коэффициентами, и получают матрицу меток S=R2[Y1,X2], где каждому i-му, j-му элементу присвоен номер s сегмента, которому он принадлежит. Затем усреднением элементов матрицы Y1 с меткой s определяют среднюю радиометрическую амплитуду каждого s-го сегмента и присваивают эту амплитуду элементам матрицы Х2 с той же меткой s, в результате из матрицы Х2 получают матрицу радиотеплового изображения с повышенным пространственным разрешением.

Алгоритмически способ осуществляется следующим образом:

1. В результате сканирования антенной радиометра зоны обзора по азимуту и углу места формируется матрица наблюдений Y с элементами y(i,j), , отвечающими модели (1).

2. Матрица Y подвергается операциям восстановления с помощью оператора восстановления R1, в результате получается матрица Y1=R1[Y] с элементами y1(i,j), отвечающими модели (2).

3. При центральном положении антенны с помощью совмещенной с радиометром фотокамеры получается матрица Х1 оптического изображения зоны обзора с элементами x1(i,j), , где M1=k⋅M, N1=k⋅N, k - масштабный множитель (целое число).

4. Матрица Х1 приводится в соответствие масштабу матрицы Y1, в результате получается матрица Х2 с элементами x2(i,j), вычисляемыми по формуле:

.

5. Полученная матрица Х2 сегментируется (Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006.? с. 616) с помощью оператора сегментации R2: S=R2[Y1,X2] по контрасту суммы амплитуд w1y1(i,j)+w2x2(i,j) соответствующих элементов матриц Y1 и Х2, взятых с весовыми коэффициентами w1≥0 и w2≥0, w2=1-w1, где w1 зависит от контраста изображения объектов в матрице Y1. В результате получается матрица S={S(i,j)}, , где S(i,j) - номер сегмента, которому принадлежат соответствующие i-e, j-е элементы матриц Y1 и Х2.

6. Для каждого s-го сегмента вычисляется средняя радиометрическая амплитуда на основе i-x, j-x элементов y1(i,j) матрицы Y1 сметкой s:

,

где ns - количество элементов с меткой s.

7. Всем элементам x2(i,j) матрицы Х2 с меткой s присваивается амплитуда . В результате формируется матрица Х2={x2(i,j)}, радиотеплового изображения с повышенным пространственным разрешением, элементы x2(i,j) которой отвечают модели (3).

Предлагаемый способ формирования радиотеплового изображения позволяет на базе сканирующего радиометра формировать радиотепловое изображение зоны обзора с пространственным разрешением, соответствующим размерам элементов искомой матрицы изображения. Тем самым обеспечивается формирование четкой тепловой карты зоны обзора и объектов наблюдения. Способ применим в существующих радиометрических системах.

Способ формирования радиотеплового изображения, заключающийся в сканировании антенной радиометра зоны обзора по азимуту и углу места, формировании по результатам сканирования матрицы наблюдений Y, обработке матрицы Y оператором восстановления R1 и получении матрицы Y1=R1[Y] радиотеплового изображения, отличающийся тем, что радиометр совмещают с фотокамерой, которая дает матрицу Х1 оптического изображения зоны обзора при центральном положении антенны, в матрице Х1 меняют масштаб на соответствие масштабу матрицы Y1 и получают матрицу Х2, которую с помощью оператора R2 подвергают операциям сегментации по контрасту суммы амплитуд соответствующих элементов матриц Y1 и Х2, взятых с определенными весовыми коэффициентами, и получают матрицу меток S=R2[Yl,X2], где каждому i-му, j-му элементу присвоен номер s сегмента, которому он принадлежит, затем усреднением элементов матрицы Y1 с меткой s определяют среднюю радиометрическую амплитуду каждого s-го сегмента и присваивают эту амплитуду элементам матрицы Х2 с той же меткой s, в результате из матрицы Х2 получают матрицу радиотеплового изображения с повышенным пространственным разрешением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для локального прогноза зон рапопроявлений. Сущность: проводят сейсморазведочные работы методом общей глубинной точки.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для осуществления трассового сопровождения подвижных маневрирующих источников радиоизлучений (ИРИ) с помощью однопозиционных систем радиотехнической разведки (СРТР) воздушного базирования.

Изобретение относится к области радиоэлектронной борьбы и предназначено для использования в комплексах радиоэлектронного подавления, в частности может использоваться в аппаратуре радиотехнической защиты летательных аппаратов (ЛА).

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обнаружения средств поражения и противодействия им. Достигаемым техническим результатом является расширение функциональных возможностей мобильной трехкоординатной радиолокационной станции (РЛС) обнаружения.

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к пассивным системам наблюдения за объектами с помощью многоканальных радиотеплолокационных станций (РТЛС) или радиометров со сканирующими антеннами.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике связи сверхнизкочастного и крайненизкочастотного диапазона, и может быть использовано для передачи сигналов на глубокопогруженные и удаленные объекты.

Изобретение относится к способам поиска и обнаружения объекта на местности по монохромному цифровому (с градациями яркости в каждом пикселе) изображению этой местности, например по радиолокационному изображению, формируемому в радиолокаторах с синтезированной антенной за счет многократного излучения на интервале синтезирования зондирующего сигнала и формирования при движении летательного аппарата виртуальной синтезированной антенной решетки.

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара портативным георадаром, доставляемым на поверхность торфяника с помощью беспилотного летательного аппарата или аэростата.

Изобретение относится к пассивным радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра с двумя антеннами, принимающими сигналы в двух частотных диапазонах.

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 измерительной техники, в частности к измерению расстояния в ближней частотной радиолокации промышленного применения, например, в уровнемерах.

Изобретение относится к информационно-измерительной системе и может быть использовано в радиолокационной технике для высокоточной оценки ледовой обстановки в районах морской добычи и транспортировки нефтегазовых ресурсов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи для повышения точности измерения скорости движения космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано в динамической системе радиотехнического контроля для определения параметров движения воздушного объекта, имеющего на борту источник радиоизлучения (ИРИ).

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для увеличения эффективной площади рассеяния объектов в широком диапазоне длин волн.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в моноимпульсных РЛС. Достигаемый технический результат - расширение возможностей и повышение точности моноимпульсного пеленгования.

Изобретение относится к радиолокационным станциям (РЛС) освещения обстановки. Технический результат - определение количества и азимутальных координат целей, находящихся в области тени на одинаковых расстояниях от антенны РЛС.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств идентификации наземных целей. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной идентификации наземных целей в случае пропуска отдельных импульсов ответных сигналов запросчиком радиолокационной системы с активным ответом.

Изобретение относится к применению бистатических радиолокационных станций (БРЛС). Достигаемый технический результат – обнаружение объектов, контроль поверхностей, например, для выявления кораблей, контроль, воздушного пространства, возможность направления управляемых ракет, возможность управления артиллерийскими системами.

Изобретение относится к области радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для подавления радиолокационных средств. Достигаемый технический результат - повышение эффективности подавления работы радиолокационных средств как импульсного, так и непрерывного излучения, за счет создания ответной помехи, уводящей по дальности и угловым координатам, а также с возможностью подавления радиолокационного средства по боковым лепесткам диаграммы направленности его антенны при простоте изготовления и эксплуатации.

Изобретение относится к неразрушающему контролю заготовок. Способ контроля заготовки включает сохранение данных модели, связанных с заготовкой, в систему контроля и определение относительного положения измерителя удаленности по отношению к заготовке.

Изобретение относится к пассивным радиотеплолокационным системам наблюдения миллиметрового диапазона длин волн, предназначенным для формирования радиотеплового изображения объектов в зоне обзора. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности на базе сканирующего радиометра формировать радиотепловое изображение зоны обзора с пространственным разрешением, соответствующим размерам элементов искомой матрицы изображения. Указанный результат достигается применением способа формирования радиотеплового изображения, который заключается в сканировании антенной радиометра зоны обзора по азимуту и углу места, формировании по результатам сканирования матрицы наблюдений Y, ее обработке оператором восстановления R1 и получении матрицы Y1R1[Y] радиотеплового изображения, при этом радиометр совмещают с фотокамерой, которая дает матрицу Х1 оптического изображения зоны обзора при центральном положении антенны. В матрице Х1 меняют масштаб на соответствие масштабу матрицы Y1 и получают матрицу Х2, которую с помощью оператора R2 подвергают операциям сегментации по контрасту суммы амплитуд соответствующих элементов матриц Y1 и Х2, взятых с определенными весовыми коэффициентами, и получают матрицу меток SR2[Y1,X2], где каждому i-му, j-му элементу присвоен номер s сегмента, которому он принадлежит. Затем усреднением элементов матрицы Y1 с меткой s определяют среднюю радиометрическую амплитуду каждого s-го сегмента и присваивают эту амплитуду элементам матрицы Х2 с той же меткой s, в результате из матрицы Х2 получают матрицу радиотеплового изображения с повышенным пространственным разрешением.

Наверх