Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой



Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой
Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой
Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой
Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой

Владельцы патента RU 2661941:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "Роскосмос" (RU)

Настоящее изобретение относится к способам построения радиолокационных изображений (РЛИ) подстилающей поверхности в ходе дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) с помощью радаров с синтезированной апертурой (РСА). Достигаемый технический результат - повышение качества РЛИ в сравнении с традиционными способами, использующими обработку данных в частотной области, а также адаптация алгоритма построения РЛИ к эффективной реализации на многопоточных вычислителях. Указанный результат достигается за счет того, что в способе осуществляют когерентное суммирование эхо-сигналов с учетом реальной геометрии сцены и платформы-носителя, при этом независимо учитывается результат каждого радиолокационного наблюдения с корректировкой фазового сдвига в реконструкцию элементов сцены. Способ не требует отдельной компенсации движения или мер для компенсации миграции дальности. Обработка входных сигналов во временной области позволяет обеспечить оптимизацию вычислений при построении РЛИ. Оптимизация выполняется путем распараллеливания обработки, а также бинаризации опорной функции свертки.

 

Изобретение относится к способам построения радиолокационных изображений (РЛИ) земной поверхности при дистанционном зондировании земли (ДЗЗ) с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой (РСА).

Известны способы, в которых при обработке данных РСА применяются аппроксимации для ограничения необходимого количества вычислений. Алгоритмы построения РЛИ основаны на свертках с опорной функцией для получения фокусированного изображения. Свертки обычно реализуются с использованием прямого и обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ). Быстрая свертка требует, чтобы входные данные и точки изображения регулярно распределялись по прямоугольным сеткам. В этом случае основные стадии свертки вынужденно сопровождаются дополнительными этапами компенсации движения и миграции дальности. Кроме того, применяемые аппроксимации ухудшают точность результатов.

В настоящее время особый интерес представляют небольшие тактические беспилотные летательные аппараты (БПЛА), оснащенные РСА. Использование БПЛА в качестве платформы накладывает существенные ограничения на РСА по весу и объему. Ввиду относительно малого размера БПЛА подвержены ветровому воздействию, что негативно сказывается на курсовой устойчивости и, соответственно приводит к некогерентному накоплению эхо-сигналов.

Известны способы [например, патент RU 2614041 от 22.03.2017], использующие некогерентное суммирование парциальных кадров РЛИ с переходом в земную систему координат.

Также известен способ, в котором при обработке сигнала производят сдвиг сигнала в каждом канале дальности по частоте таким образом, что доплеровская частота сигналов, отраженных от элементов, находящихся на оси пятна луча диаграммы направленности антенны на картографируемой поверхности, принимает нулевое значение, а при формировании РЛИ производят пересчет элементов разрешения по доплеровской частоте в каждом канале дальности в азимутальные элементы разрешения в соответствии с зависимостью азимута от доплеровской частоты и дальности, обратной использованной при частотном сдвиге сигнала [патент RU 2617116 от 21.04.2017].

Наиболее близким к изобретению является способ, описанный в заявке на патент RU 2271019 от 27.02.2006 - прототип. Изобретение относится к радиолокационным системам и предназначено для использования в качестве вертолетной или самолетной БРЛС для обзора земной или водной поверхности и обнаружения на ней объектов в режимах радиолокационного картографирования. Техническим результатом является снижение ошибок измерения ускорения, приводящее к существенному повышению характеристик радиолокационного изображения (разрешение, контрастность, динамический диапазон и др.). Для компенсации фазовых набегов при синтезировании используется информация о параметрах движения антенны, полученная инерциальной навигационной системой и датчиками линейных ускорений, при этом применяется процедура обработки сигналов отражений от наземных объектов, при которой величина фазовых набегов за счет ошибок измерения датчиками доводится до допустимой величины, определяемой заданным критерием качества радиолокационной информации.

Недостатками известного способа является то, что он требует отдельной компенсации движения и мер для компенсации миграции дальности в частотной области, что сопряжено с увеличением вычислительной нагрузки и невозможностью естественно использовать распараллеливание алгоритма на многопоточных вычислителях.

Целью настоящего изобретения является повышение качества РЛИ в сравнении с традиционными способами, использующими обработку данных в частотной области, а также адаптация алгоритма построения РЛИ для реализации на многопоточных вычислителях.

Указанная цель достигается за счет того, что для построения радиолокационного изображения используются вычисления на основе фактической геометрии с применением вычислительно эффективной свертки со знаковой опорной функцией во временной области.

Настоящий способ предполагает вычисления на основе фактической геометрии радиолокационной сцены и, следовательно, не требует отдельной компенсации движения или мер для компенсации миграции дальности. Способ требует большого количества вычислений, но очень точен, если геометрия точно известна. Обработка во временной области позволяет предложить оптимизацию, которая частично компенсирует неэффективность алгоритма. Оптимизация выполняется путем распараллеливания обработки, а также бинаризации опорной функции свертки. Отсутствие дополнительных предположений о траектории движения носителя делает настоящий способ пригодным для широкого диапазона приложений при использовании одинаковых базовых вычислений. Это позволяет использовать одно и то же ядро обработки для разных режимов работы РСА.

Построение изображения рассматривается как процесс когерентного добавления нескольких наблюдений определенного места в мировых координатах для получения значения, определяющего отражательную способность пятна. Радиолокационное наблюдение s[r] определяется как массив сжатых комплексных откликов, индексированных диапазоном r. Также определяется соотнесенная по времени с каждым наблюдением трехмерная позиция антенны . Все наблюдения (т.е. импульсы) и положения антенн индексируются и формируют последовательность наблюдений sk[r], соответствующие положениям антенн . Учитывая позицию, в которой необходимо оценить значение отражения , возможно определить одностороннее расстояние между этим конкретным положением в заданных координатах и позицией антенны

где оператор |⋅| обозначает вторую норму (т.е. евклидово расстояние). Учитывая одностороннее расстояние, сдвиг фазы можно вычислить как

где λ - длина излучаемой радиолокационной волны. Фазовращатель, соответствующий этому фазовому сдвигу, задается формулой

Частичный вклад каждого радиолокационного наблюдения в реконструкцию значения определяется принятым отражением на расстоянии rk, сдвинутым по ожидаемой фазе:

Здесь оператор "*" обозначает комплексное сопряжение. Одной из предлагаемых оптимизаций вычисления данной временной свертки является использование знаковой опорной функции:

Бинаризация опорной функции применительно к настоящему алгоритму обработки во временной области приводит к значительному упрощению вычислений на параллельных процессорах, т.к. избавляет от необходимости использования мультипликационных операций. Произведение сигнала и знаковой опорной функции сводится к знаковому сложению комплексных отсчетов.

Предполагая, что радиолокационные отражения складываются когерентно для интересующего пункта, значения отражающей способности в желаемых координатных позициях W могут быть восстановлены как

где - множество индексов всех соответствующих радиолокационных наблюдений (или положений антенн) для значения .

Используя очень простой алгоритм, основанный на свертках во временной области, можно выполнить построение радиолокационных изображений РСА в реальном времени. Настоящий способ является простым в реализации и использовании, точным и универсальным. Хотя настоящий способ требует гораздо больших вычислений, чем многие известные подходы, но благодаря распараллеливанию вычислений и бинаризации опорной функции свертки во временной области он может быть реализован в режиме реального времени на общедоступном оборудовании.

Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой, преобразующий входной комплексный сигнал, включающий коррекцию миграции дальности в РЛИ, отличающийся тем, что в когерентном суммировании эхо-сигналов с учетом реальной геометрии сцены и платформы-носителя независимо учитывается вклад каждого радиолокационного наблюдения с корректировкой фазового сдвига в реконструкцию элементов сцены, а для оптимизации вычислений используется распараллеливание обработки отдельных элементов сцены и бинаризация опорной функции временной свертки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым импульсно-доплеровским радиолокационным станциям (РЛС), работающим в режиме узкополосной доплеровской фильтрации и предназначенным для наблюдения за наземными или воздушными объектами.

Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к радиотеплолокационным станциям (РТЛС) наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой. Технический результат изобретения - повышение разрешающей способности радиометрического изображения при сохранении информации о тепловых характеристиках наблюдаемых объектов в частотных диапазонах, соответствующих различным антеннам радиотеплолокационной станции (РТЛС).

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

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 пассивной радиолокации, а именно к радиотеплолокационным станциям (РТЛС) наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой. Технический результат изобретения - повышение разрешающей способности радиометрического изображения при сохранении информации о тепловых характеристиках наблюдаемых объектов в частотных диапазонах, соответствующих различным антеннам радиотеплолокационной станции (РТЛС).

Изобретение относится к системам радиовидения, обеспечивающим получение изображений объектов сцены, сравнимое по детальности с оптическим, и может быть использовано при синтезе апертуры в радиолокационных станциях (РЛС) с непрерывным линейно-частотно-модулированным сигналом.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в обеспечении передачи данных декаметрового диапазона радиоволн.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в радиотехнических системах для определения собственных координат летательного аппарата по формируемому в процессе полета радиолокационному изображению.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в радиотехнических системах для определения собственных координат летательного аппарата по формируемому в процессе полета радиолокационному изображению.

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

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным (пассивным) системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн в условиях повышенного шага сканирования антенны радиометра.

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 области для контроля экологического загрязнения шельфовых, прибрежных зон. Способ включает зондирование прибрежных акваторий, содержащих эталонные участки средствами, установленными на воздушно-космическом носителе с получением синхронных изображений в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазоне с привязкой изображений по координатам системой позиционирования ГЛОНАСС, контрастирование кадров путем формирования синтезированных матриц из попиксельных отношений этих изображений, выделение контуров на поле синтезированных матриц, вычисление идентифицируемых параметров сигнала внутри контуров: пространственного спектра волнения F, фрактального объема Ω, площади рельефа Sp взволнованной поверхности анализируемого участка, оценка индекса состояния (И) загрязнения в виде зависимости от произведения идентифицируемых параметров Технический результат – повышение достоверности идентификации аномалий морской поверхности, а также увеличение чувствительности измерений.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым импульсно-доплеровским радиолокационным станциям (РЛС), работающим в режиме узкополосной доплеровской фильтрации и предназначенным для наблюдения за наземными или воздушными объектами.

Настоящее изобретение относится к способам построения радиолокационных изображений подстилающей поверхности в ходе дистанционного зондирования земли с помощью радаров с синтезированной апертурой. Достигаемый технический результат - повышение качества РЛИ в сравнении с традиционными способами, использующими обработку данных в частотной области, а также адаптация алгоритма построения РЛИ к эффективной реализации на многопоточных вычислителях. Указанный результат достигается за счет того, что в способе осуществляют когерентное суммирование эхо-сигналов с учетом реальной геометрии сцены и платформы-носителя, при этом независимо учитывается результат каждого радиолокационного наблюдения с корректировкой фазового сдвига в реконструкцию элементов сцены. Способ не требует отдельной компенсации движения или мер для компенсации миграции дальности. Обработка входных сигналов во временной области позволяет обеспечить оптимизацию вычислений при построении РЛИ. Оптимизация выполняется путем распараллеливания обработки, а также бинаризации опорной функции свертки.

Наверх