способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании

Классы МПК:G01S13/89 радиолокационные или аналогичные системы, предназначенные для картографрования или отображения
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Ковалев Сергей Владимирович (RU),
Нестеров Сергей Михайлович (RU),
Скородумов Иван Алексеевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-05-04
публикация патента:

Изобретение может быть использовано для получения двумерного радиолокационного изображения (РЛИ) объекта в соответствии с разрешающей способностью, достигаемой для заданной полосы частот зондирующего сигнала. Получение РЛИ объекта основывается на способе обработки с помощью преобразования Фурье комплексных огибающих отраженных от объекта сигналов, полученных при многочастотном импульсном зондировании вращающегося объекта, с использованием высокоточных измерений частот, углов наблюдения и координат центра синтезирования на объекте. Достигаемый технический результат заключается в расширении диапазона по величине эффективной площади рассеяния (ЭПР) выделяемых рассевающих центров объекта и обеспечении точности оценки их координат и значений ЭПР в соответствии с разрешающей способностью РЛИ, определяемой заданной полосой частот зондирующего сигнала. Указанный результат обеспечивается за счет определения зависящих от заданной полосы частот размера сектора углов синтезирования, а также пределов и шага изменения значений используемых нелинейных координат (пространственных частот), в области которых размещают измеренные значения комплексных огибающих отраженных от объекта сигналов. 4 ил.

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

Формула изобретения

Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании, включающий излучение импульсов с изменением несущей частоты f от импульса к импульсу с шагом способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 f в полосе частот способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 F, измерение частоты f(tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измерение в земной системе отсчета в моменты времени tnm координат центра антенны радиолокационной станции (РЛС) и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерение относительно земной системы отсчета угла наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 (tnm), связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих Ф(tnm) отраженных сигналов, корректировку фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе, образование двумерной матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 и преобразование ее с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определение радиолокационного изображения объектов в виде совокупности выделенных элементов матрицы, отличающийся тем, что определяют размер половины сектора углов наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , исходя из соотношения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , fcp - средняя частота в полосе перестройки, запоминают измеренные комплексные огибающие отраженных сигналов в секторе углов наблюдения ±способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , заносят в элементы с номерами (n1, m1 ) двумерной матрицы комплексных огибающих значения, полученные для номера n2 шага перестройки частоты и номера m 2 повторного цикла перестройки, где

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 с - скорость света,

n1=1,способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 N1, m1=1,способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 M1, N1=Lz(max fz - min fz), M1=Lx(max f x - min fx),

Lz, Lx - размеры области синтезирования радиолокационного изображения по продольной z и поперечной х координатам, способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области исследования радиолокационных характеристик объекта и получения его радиолокационных изображений (РЛИ) при использовании многочастотного импульсного зондирования и синтезирования апертуры антенны.

Методы получения РЛИ объекта основаны на цифровой обработке комплексной огибающей отраженного от него сигнала, измеренного в широкой полосе частот зондирующих импульсов РЛС при различных ракурсах наблюдения объекта.

Комплексная огибающая отраженного от объекта сигнала имеет вид

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

где А - амплитуда отраженного сигнала,

R - расстояние от РЛС до объекта,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 - длина волны зондирующего сигнала,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 о - скачок фазы, возникающий при отражении от объекта,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 =3,1415926535.

Модель исследуемого объекта - совокупность локальных рассеивающих центров (РЦ), у которых эффективная площадь рассеяния (ЭПР) и координаты в связанной с объектом системе отсчета являются постоянными в течение времени измерения отраженного сигнала.

Известен [Патент RU 2372627 С1. МПК: G01S 13/89 (2006.01), 10.11.2009] способ получения двумерного радиолокационного изображения в большом диапазоне изменения величин эффективных площадей рассеивания локальных рассеивающих центров при многочастотном импульсном зондировании, включающий излучение импульсов с изменением несущей частоты от импульса к импульсу с шагом способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 f в полосе частот способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 F, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих Ф отраженных сигналов и запоминание их в течение времени синтезирования в секторе углов наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , образование матрицы комплексных огибающих и преобразование ее с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, совокупность которых принимают за радиолокационное изображение объектов, отличающийся тем, что измеряют частоту f(tnm) зондирующих импульсов, момент времени t nm запоминают, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измеряют в земной системе отсчета в момент времени tnm координаты центра антенны радиолокационной станции (РЛС) и выбранного центра синтезирования на объекте, измеряют относительно земной системы отсчета угол наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 (tnm) связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, вычисляют пространственные частоты

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

где с - скорость света, способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 0 - угол между линией, соединяющей фазовый центр антенны РЛС с центром синтезирования, и осью z земной системы отсчета, фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов корректируют к расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования, полученные после коррекции значения комплексных огибающих размещают в элементы двумерной матрицы с номерами (k, l), где

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 int[*] - функция определения целой части числа, d - шаг изменения значений пространственных частот, матрицу подвергают двумерному дискретному преобразованию Фурье и по полученной матрице синтезированных откликов в координатах (х, z) связанной с объектом системы отсчета определяют оценки координат и ЭПР РЦ с большими значениями ЭПР, затем уточняют эти оценки по минимуму функции энергии матрицы комплексных огибающих, корректируют исходную матрицу комплексных огибающих путем изъятия информации о РЦ с большими значениями ЭПР и повторно синтезируют матрицу откликов, получая РЛИ с РЦ, имеющими малые значения ЭПР.

Основным достоинством указанного способа синтезирования двумерных РЛИ, в отличие от использовавшихся ранее ([Патент RU 2099743 С1. МПК: G01S 13/89, 20.12.1997], [Нестеров С.М. и др. Особенности формирования двумерных радиолокационных изображений объектов ступенчатыми ЛЧМ сигналами. «Радиотехника», 2001, № 5]), является обеспечение повышения разрешающей способности РЛИ и точности оценок РЦ при расширении сектора углов поворота объекта относительно линии визирования, что достигается за счет формирования матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот. Поскольку значения пространственных частот и координат РЦ в записи фазы комплексных огибающих связаны линейным образом, то в результате преобразования Фурье отраженный сигнал, определенный в области пространственных частот, преобразуется в область декартовых координат без искажения при увеличении полосы частот и сектора углов поворота.

Описанный способ взят в качестве прототипа.

Недостатком указанного способа является нереализуемость заложенной в измеренной информации потенциальной точности разрешения РЦ. Так, по результатам моделирования [Патент RU 2372627 С1. МПК: G01S 13/89 (2006.01), 10.11.2009] в первично синтезированном РЛИ с вероятностью, близкой к 1, разрешаются РЦ объекта в диапазоне изменения ЭПР не более 12 дБ. Расширение этого диапазона достигается использованием дополнительной математической обработки первичного РЛИ, заключающейся в уточнении оценок РЦ с большими значениями ЭПР, и повторном синтезировании РЛИ по матрице комплексных огибающих с изъятой информацией о РЦ с большими ЭПР. В результате удается расширить диапазон ЭПР разрешаемых РЦ до 20 дБ. Дальнейшее расширение этого диапазона способом-прототипом проблематично.

Подобный результат объясняется тем, что в прототипе не обеспечивается формирование двумерных РЛИ с достижимой для заданной полосы частот разрешающей способностью. При формировании РЛИ в прототипе задается как полоса частот, так и размер интервала углов синтезирования. То есть не учитывают, что заданная полоса частот определяет размер сектора углов, для которого реализуется достижимая разрешающая способность двумерного РЛИ, и что синтезирование такого РЛИ обеспечивается при условии выявления требуемых пределов изменения и значений пространственных частот, которые зависят от заданной полосы частот, связанного с ней размера сектора углов наблюдения, а также заданных размеров области синтезирования РЛИ.

В способе-прототипе задают полосу частот и интервал изменения углов, по измеренным углам и частотам рассчитывают возможные значения пространственных частот, по которым получают номера матрицы комплексных огибающих, используя шаг d изменения значений пространственных частот, задаваемый произвольным образом. После чего в элементы матрицы с вычисленными таким образом номерами заносят измеренные значения комплексных огибающих.

При подобном формировании матрицы комплексных огибающих в один и тот же элемент матрицы могут заноситься разные измеренные значения, в результате чего не вся измеренная и значимая информация будет использована при построении РЛИ. Поэтому, при попытке записи нового измеренного значения в уже заполненный элемент матрицы, в прототипе уменьшают шаг d и пропорционально увеличивают тем самым размер матрицы. На практике это приводит к формированию матрицы комплексных огибающих, размеры которой в несколько раз больше необходимых, причем некоторые элементы этой большой матрицы оказываются незаполненными, что, с одной стороны, ухудшает качество получаемых РЛИ, а с другой, из-за увеличения объема вычислений, ограничивает возможность реализации режима формирования РЛИ в реальном масштабе времени.

Для формирования матрицы комплексных огибающих, обеспечивающей достижимую для заданной полосы частот разрешающую способность синтезируемых РЛИ, предлагается решать обратную задачу: получив значения пространственных частот, вычислить по ним соответствующие значения частоты и угла, а затем выбрать из измеренных соответствующие им значения комплексных огибающих. При этом требуется вычислить требуемые размер интервала углов наблюдения и диапазон изменения пространственных частот (в этой связи необходимо отметить ошибку авторов, полагающих, что диапазон изменения координат fx , fz равен способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , где fmax - максимальное значение частоты в полосе ее перестройки. Очевидно, что такой диапазон изменения fx, fz соответствует полосе частот с максимальным значением частоты, равным способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , и минимальным, равным 0).

В результате перечисленных недостатков прототипа падает разрешающая способность формируемого РЛИ, изображение расфокусируется, и в целом способ не обеспечивает достижения потенциальной точности разрешения РЦ.

Предлагается способ, позволяющий избежать указанных недостатков.

Способ решает задачу получения двумерного РЛИ объекта с достижимой для заданной полосы частот разрешающей способностью, обеспечивая повышение точности определения координат и ЭПР РЦ в широком диапазоне изменения их ЭПР.

Технический результат, заключающийся в повышении точности определения координат и ЭПР РЦ в широком диапазоне изменения их ЭПР в соответствии с достижимой для заданной полосы частот зондирующего сигнала разрешающей способностью РЛИ, достигается путем вычисления размера способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 половины сектора углов наблюдения, запоминания измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в секторе углов ±способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , вычисления по заданной полосе частот и полученному размеру сектора углов наблюдения пределов изменения пространственных частот и их значений, образования двумерной матрицы комплексных огибающих путем выбора из измеренных тех значений, которые соответствуют результатам вышеуказанных вычислений, что в целом позволяет синтезировать РЛИ объекта с достижимой для заданной полосы частот разрешающей способностью и обеспечивает разрешение РЦ объекта в более широком, по сравнению с прототипом, диапазоне изменения их ЭПР даже без используемой в прототипе дополнительной математической обработки.

Для достижения указанного технического результата в известном способе получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании, включающем излучение импульсов с изменением несущей частоты f от импульса к импульсу с шагом способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 f в полосе частот способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 F, измерение частоты f(tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измерение в земной системе отсчета в те же моменты времени координат центра антенны радиолокационной станции (РЛС) и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерение относительно земной системы отсчета угла наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 (tnm) связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих Ф(tnm) отраженных сигналов, корректировку фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов по расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе, образование двумерной матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 и преобразование ее с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определение радиолокационного изображения объектов в виде совокупности выделенных элементов матрицы, согласно изобретению

определяют размер способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 половины сектора углов наблюдения, исходя из соотношения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , fcp - средняя частота в полосе перестройки, запоминают измеренные комплексные огибающие отраженных сигналов в секторе углов наблюдения ±способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , заносят в элементы с номерами (n1, m1 ) двумерной матрицы комплексных огибающих значения, полученные для номера n2 шага перестройки частоты и номера m 2 повторного цикла перестройки, где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , с - скорость света, n1=1,способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,N1, m1=1,способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,M1, N1=Lz(max fz - min fz), M1=Lx(max f x - min fx), Lz, Lx - размеры области синтезирования радиолокационного изображения по продольной z и поперечной х координатам, способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 .

Из приведенной совокупности существенных признаков предлагаемого способа следует, что общими с прототипом являются признаки излучения зондирующих импульсов с изменением несущей частоты от импульса к импульсу в полосе частот способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 F, измерения частоты зондирующих импульсов, измерения в земной системе отсчета координат центра антенны радиолокационной станции (РЛС) и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерения относительно земной системы отсчета угла наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, приема отраженных сигналов, измерения комплексных огибающих отраженных сигналов, корректировки фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования, запоминания измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе, образования двумерной матрицы комплексных огибающих и преобразования двумерной матрицы комплексных огибающих с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определения величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнения величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определения радиолокационного изображения в виде совокупности выделенных элементов матрицы и вычисления для них оценок координат и ЭПР РЦ.

Признаки запоминания комплексных огибающих в угловом секторе и образования матрицы комплексных огибающих являются общими с прототипом только формально, так как определены размеры матрицы комплексных огибающих и предложено правило выбора измеренных значений комплексных огибающих в качестве элементов этой матрицы.

Признак определения размера способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 половины сектора углов наблюдения, в котором для обеспечения достигаемой для заданной полосы частот разрешающей способности РЛИ необходимо запоминать измеренные комплексные огибающие, является отличительным.

Описание предлагаемого способа заключается в следующем.

Известно [Патент RU 2372627 С1. МПК: G01S 13/89 (2006.01), 10.11.2009], что оператор синтезирования РЛИ после свертки комплексных огибающих с фокусирующей опорной функцией и с учетом условий дальней зоны локации представляется в виде

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

где g, z, x - неизвестные параметры РЦ: амплитуда отраженного ими сигнала и их декартовы координаты в продольном (по дальности) и поперечном направлениях в плоскости локации, связанной с объектом системы отсчета;

Ф*(fz, fx) - значения в области переменных fz и fx измеренных комплексных огибающих Ф(tnm), фазы которых скорректированы для обеспечения постоянной дальности от центра антенны РЛС до центра синтезирования РЛИ в течение времени синтезирования,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

В (3), в отличие от (1), но не ограничивая общности рассуждения, для удобства выкладок предполагается, что ракурс синтезируемого РЛИ способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 0=0 (т.е. ось z земной системы выбирается в направлении линии, соединяющей фазовый центр антенны РЛС с центром синтезирования), угол наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 отсчитывается в противоположном направлении и изменен порядок интегрирования. С учетом этого замечания преобразование (2) точно повторяет (17) из [Патент RU 2372627 С1. МПК: G01S 13/89 (2006.01), 10.11.2009].

Дискретную форму преобразования (2) запишем в виде

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

Lz, Lx - задаваемые размеры области синтезирования РЛИ по продольной z и поперечной х координатам.

Нелинейная зависимость координат fz, fx от угла способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 приводит к сложной взаимосвязи пределов изменения их значений с размерами полосы перестройки частоты и сектора угла наблюдения.

В предлагаемом способе вычисляют требуемые для заданной полосы перестройки частоты размер сектора углов наблюдения и пределы изменения введенных пространственных частот, реализующие достижимую разрешающую способность РЛИ.

Из (4)следует, что

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

где fmax, fmin - максимальное и минимальное значения частоты в полосе способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 F.

В силу симметрии задачи достижимая разрешающая способность двумерных РЛИ способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 2 обеспечивается при условии равенства разрешающих способностей по координатам z и х:

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 .

Решая (6)-(10), последовательно получаем

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , fcp - средняя частота в полосе перестройки,

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 - средняя в полосе перестройки длина волны.

Сравнивая (11) и (16), получаем удобную для практики оценку разрешающей способности двумерных РЛИ: способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 2способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 1, где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 (при увеличении способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 от 0 до 90° относительное превышение способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 2 над способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 1 монотонно увеличивается от 0 до, примерно, 12%; так что при способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 =90°, то есть близкой к 200% перестройке частоты, способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 2способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 1,12способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 1, где способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ).

В соответствии с полученными из (11)-(15) размером интервала углов наблюдения и пределами изменения пространственных частот вычисляют размеры матрицы комплексных огибающих, шаг изменения значений пространственных частот, значения пространственных частот, относительно которых необходимо формировать матрицу комплексных огибающих, а затем соответствующие им значения частоты f и угла наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , для которых требуется измерить (или получить из уже измеренных) значения комплексных огибающих.

При синтезировании РЛИ объекта в предлагаемом способе используют следующую последовательность действий.

Задают ракурс синтезируемого РЛИ способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 0.

Из (11) определяют размер половины сектора углов наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 .

В интервале углов наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 0±способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 измеряют и запоминают моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, частоты f(tnm) зондирующих импульсов, углы наблюдения способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 (tnm) связанной с объектом системы отсчета, комплексные огибающие отраженных от объекта сигналов Ф(t nm) и координаты в земной системе отсчета центра антенны РЛС и центра связанной с объектом системы отсчета.

Из (12)-(15) находят значения min fz, max fz , min fx, max fx.

Из (5) вычисляют значения N1, М1.

Вычисляют расстояния между центром антенны и центром связанной системы отсчета в моменты измерений и по ним корректируют фазы измеренных комплексных огибающих.

Измеренные углы наблюдения корректируют по ракурсу способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 0.

Вычисляют значения частот способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , где n=1,способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ,N; N - количество шагов перестройки частоты; min f - минимальное значение частоты в заданной полосе ее перестройки.

Вычисляют значения пространственных частот:

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , n1=1,способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 N1;

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , m1=1,способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 M1.

Формируют матрицу T(n 1, m1), в элементы которой с номерами (n 1, m1) заносят значения комплексных огибающих способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , где номера n2, m2 выбирают последовательно из условии способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 .

С целью снижения уровня боковых лепестков от синтезируемых откликов РЦ используют весовую обработку матрицы в соответствии с цифровым фильтром (окном) Хэмминга, для чего корректируют элементы матрицы Т(n1, m1), исходя из соотношения [Хэмминг Р.В. Цифровые фильтры. М.: «Сов. радио». 1980. С.100]

способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 .

Увеличивают размерность матрицы T * до К=2P, где р - целое число, путем добавления нулевых элементов с номерами (n1, m1), где

N1<n1способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 К, M1<m1способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 К.

Затем матрицу Т* подвергают двумерному быстрому дискретному преобразованию Фурье и по полученной двумерной матрице синтезированных откликов определяют двумерное радиолокационное изображение объекта как совокупность откликов, интенсивность которых превышает задаваемый порог по величине ЭПР от значения наиболее интенсивного отклика.

В условиях нулевых ошибок измерений этот порог определяется параметрами использованной весовой функции (цифрового фильтра). Известно [Хэмминг Р.В. Цифровые фильтры. М.: «Сов. радио». 1980], что применение функции Хэмминга приводит к снижению уровня боковых лепестков отклика от РЦ на -43 дБ и расширению отклика в 2 раза.

На практике, с учетом существующих погрешностей измерений и нестабильности работы измерительной аппаратуры, значение порога уменьшают в соответствии с критерием выявления образа объекта на фоне шума.

Работоспособность предлагаемого способа проверена методом математического моделирования.

Условия локации при моделировании заданы как в известном способе [Патент RU 2372627 С1. МПК: G01S 13/89 (2006.01), 10.11.2009]:

зондирующие сигналы РЛС - импульсы с периодом повторения 20 мкс,

несущая частота сигнала меняется от импульса к импульсу с шагом 3000/511 МГц в полосе частот от 8500 до 11500 МГц,

объект равномерно вращается со скоростью 12°/c.

Модель объекта задана в виде совокупности неподвижных относительно связанной системы отсчета РЦ, которые расположены тремя изолированными группами по 9 РЦ в каждой группе с удалением соседних РЦ по одной из координат на 40 см.

Диапазон значений ЭПР заданных РЦ выбран равным 40 дБ.

ЭПР каждой тройки РЦ, расположенных в линию, задавалась одинаковой.

Заданные значения ЭПР РЦ соседних троек отличаются с шагом -5 дБ, так что ЭПР РЦ в первой тройке равна 0 дБ, во второй -5 дБ, в третьей -10 дБ, в последней девятой -40 дБ.

Из (11) и (16) следует, что для заданной 30% перестройки частоты размер половины сектора углов синтезирования составляет примерно 10° (заметим, что при моделировании в прототипе задавался неоптимальный размер сектора углов, равный 16°), а достижимая разрешающая способность РЛИ равна способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 2способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 1,7 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ср, (или 3,4 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 ср при использовании весовой обработки).

На фиг.1 приведено двумерное РЛИ объекта в плоскости локации, полученное предложенным способом в секторе углов наблюдения ±10° относительно ракурса синтезированного РЛИ без учета ошибок измерения амплитуды и фазы комплексных огибающих, а также координат центра синтезирования и углов курса.

Использовано весовое окно Хэмминга. Порог отрисовки РЛИ по величине ЭПР задан равным -45 дБ.

Различная интенсивность элементов матрицы синтезированных откликов показана на фиг.1 разными цветами серой палитры: от белого цвета при значениях ЭПР, равных -45 дБ и меньше, до черного при 0 дБ. На фигуре подписаны заданные значения ЭПР соответствующих троек РЦ.

Анализ полученных результатов показывает, что в условиях отсутствия ошибок измерений предложенный способ обеспечивает разрешение РЦ в диапазоне изменения ЭПР не менее 40 дБ с погрешностью оценок их координат и ЭПР, равной, соответственно, способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851

На фиг.2 и 3 приведено двумерное РЛИ объекта в плоскости локации, полученное предложенным способом в том же секторе углов наблюдения с учетом заданных ошибок измерения амплитуды и фазы комплексных огибающих, координат центра синтезирования и углов курса. Значения заданных ошибок соответствуют использованным в прототипе: способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 , способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 =30°, способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 х=способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 z=2 мм, способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта   при многочастотном импульсном зондировании, патент № 2422851 =0,05°.

На фиг.2 порог отрисовки полученного РЛИ по величине ЭПР задан равным -45 дБ, видно большое количество синтезированных ложных откликов в диапазоне изменения значений ЭПР от -30 до -45 дБ. На фиг.3 порог задан равным -30 дБ.

Анализ результатов моделирования показывает, что в условиях заданных ошибок использование предложенного способа обеспечивает разрешение РЦ в диапазоне изменения их ЭПР не менее 25 дБ с вышеуказанной погрешностью оценок координат и значений ЭПР РЦ даже без дополнительной математической обработки матриц комплексных огибающих и синтезируемых откликов, используемой в известном способе. В диапазоне изменения ЭПР более 25 дБ появляются ложные отклики и при уменьшении ЭПР РЦ от -25 дБ до -30 дБ вероятность их идентификации снижается от 1 до 0. При использовании предложенной в способе-прототипе дополнительной математической обработки диапазон разрешаемых РЦ по величине ЭПР увеличивается до 30 дБ.

На фиг.4 приведено двумерное РЛИ объекта в плоскости локации, полученное в соответствии со способом-прототипом для тех же условий локации, но в секторе углов наблюдения размером 16° (±8°), как в прототипе. Порог отрисовки синтезированного РЛИ задан как для фиг.3.

Анализ полученного РЛИ показывает, что способ-прототип обеспечивает разрешение РЦ с вышеуказанной погрешностью оценок их координат и ЭПР в диапазоне изменения ЭПР не более 20 дБ. В диапазоне изменения ЭПР более 20 дБ синтезируется большое количество ложных откликов, в результате чего вероятность идентификации РЦ с ЭПР менее -20 дБ стремится к 0.

Кроме того, видна расфокусировка РЛИ объекта на фиг.4 по сравнению с фиг.3, что связано с вышеотмеченными недостатками прототипа.

Технический результат достигнут: устранены недостатки прототипа, расширен диапазон по величине ЭПР выделяемых РЦ, обеспечена точность определения их координат и ЭПР в соответствии с разрешающей способностью, достигаемой для заданной полосы частот зондирующего сигнала.

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

способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией (брлс) -  патент 2529523 (27.09.2014)
способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой рлс, установленной на движущемся летательном аппарате -  патент 2528169 (10.09.2014)
система и способ трехмерной визуализации яркостной радиолокационной карты местности -  патент 2513122 (20.04.2014)
способ формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны -  патент 2511216 (10.04.2014)
межобзорное устройство картографирования пассивных помех при использовании лчм сигналов -  патент 2510863 (10.04.2014)
способ и устройство определения координат источников радиоизлучений -  патент 2510044 (20.03.2014)
способ формирования радиопортрета объекта методом параллельной обработки с частотным разделением -  патент 2504800 (20.01.2014)
способ создания локационного изображения повышенной яркости и контрастности и устройство для его реализации -  патент 2483323 (27.05.2013)
устройство радиолокационного контроля -  патент 2469350 (10.12.2012)
способ ускоренного выделения устойчивых внутрипольных контуров почвенного плодородия на сельскохозяйственных полях -  патент 2455660 (10.07.2012)
Наверх