устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства и визуализации восстановленного изображения

Классы МПК:G03H1/04 способы и устройства для получения голограмм
G01R29/08 для измерения характеристик электромагнитного поля 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный институт радиоэлектроники (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-05-15
публикация патента:

Изобретение относится к радиоголографии, в частности к топографическим радиолокационным станциям (РЛС), осуществляющим последовательный круговой или секторный обзор пространства по жесткой программе за счет вращения антенны. Техническим результатом является улучшение разрешающей способности РЛС по дальности и азимуту, вплоть до построения детального радиолокационного изображения движущегося объекта, находящегося в дальней зоне приемной антенны, по зарегистрированной радиоголограмме, при условии обеспечения непрерывного обзора пространства. Изобретение основывается на увеличении времени наблюдения движущегося объекта при условии непрерывного обзора пространства за счет приема сигнала, отраженного от объекта, Q смежными элементами Z-элементной антенны (Q<Z) и дополнительной его обработке в схемах формирования радиоголограммы и изображения, а также на использовании отраженного сигнала, принятого Z-элементной антенной, для расчета восстанавливающей изображение волны. Коэффициент улучшения угловой разрешающей способности определяется величиной тангенциальной скорости движения объекта, количеством элементов антенны Q и скоростью ее вращения. 3 ил. устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

Формула изобретения

Устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства и визуализации восстановленного изображения, содержащее генератор СВЧ-колебаний, первый смеситель, генератор промежуточной частоты, антенну, состоящую из Z элементов, к выходу каждого из антенных элементов подключен соответствующий сумматор, а к части Q элементов - переключатель, смеситель и полосовой фильтр, а так же фазовращатель, отличающееся тем, что дополнительно введены система вращения антенны, Q антенных переключателей, причем Q<Z, первый и второй сумматоры, первый и второй оптимальные фильтры широкополосного сигнала, усилитель промежуточной частоты, первый и второй амплитудно-фазовые детекторы, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи, блок формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы, последовательно соединенные модулятор, третий полосовой фильтр и усилитель СВЧ, детектор огибающей, последовательно соединенные блок расчета восстанавливающей волны, блок изображения формирования объекта и устройство отображения, а так же генератор тактовых импульсов и четвертый полосовой фильтр, причем выход z-го элемента антенны соединен с z-м входом второго сумматора, при этом Q элементов антенны через антенные переключатели в режиме излучения подключены к q-му устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 выходу усилителя СВЧ, а в режиме приема к соответствующим входам первого и второго сумматоров, выход второго сумматора подключен к первому входу первого смесителя, ко второму входу которого подключен первый выход четвертого полосового фильтра, вход которого подключен к выходу третьего смесителя, к первому входу которого подключен второй выход генератора СВЧ-колебаний, а ко второму входу подключен первый выход генератора промежуточной частоты, второй выход которого подключен ко второму входу второго амплитудно-фазового детектора, а третий выход через фазовращатель подключен ко второму входу первого амплитудно-фазового детектора, последовательно с первым смесителем соединены первый полосовой фильтр, первый оптимальный фильтр широкополосного сигнала, детектор огибающей и третий аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу блока расчета восстанавливающей волны, ко второму входу которого подключен второй выход генератора тактовых импульсов, а к третьему входу подключен выход системы вращения, первый выход генератора СВЧ подключен к первому входу модулятора, ко второму входу которого подключен первый выход генератора тактовых импульсов, выход первого сумматора подключен к первому входу второго смесителя, второй вход которого подключен ко второму выходу четвертого полосового фильтра, последовательно со вторым смесителем соединены второй полосовой фильтр, второй оптимальный фильтр широкополосного сигнала, усилитель промежуточной частоты, первый выход которого подключен к первому входу первого амплитудно-фазового детектора, а второй выход к первому входу второго амплитудно-фазового детектора, выходы первого и второго амплитудно-фазовых детекторов подключены соответственно ко входу первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы соответственно, к третьему входу которого подключен первый выход блока расчета восстанавливающей волны, выход блока формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы подключен к первому входу блока формирования изображения объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоголографии, в частности к формированию изображения движущегося объекта, и может быть преимущественно использовано при построении голографических радиолокационных станций (РЛС), осуществляющих последовательный круговой или секторный обзор пространства по жесткой программе за счет вращения антенны.

Известны устройства улучшения угловой разрешающей способности обзорной РЛС за счет увеличения размера антенной решетки с плоским рефлектором и синфазного включения каждого элемента антенны [1, стр.440-446]. Известные устройства не обеспечивают высокого углового разрешения из-за технических и технологических ограничений на геометрические размеры антенны обзорной РЛС при условии жестких требований к темпу обзора пространства.

Известно устройство (авт.св. СССР №250311, Б.И. №26, 1970 г.) [4, с.109-111] получения изображения наблюдаемого объекта, восстановленного по зарегистрированной радиоголограмме, содержащее СВЧ-генератор, антенну, облучающую голографический объем, антенну опорной волны, приемную антенну, приемное устройство и устройство визуализации изображения. Устройство не может работать при условии последовательного кругового или секторного обзора пространства, требует установки двух дополнительных антенн, а для достижения высокого углового разрешения на восстановленном изображении необходимо значительно увеличить размеры приемной антенны.

Известно также устройство для получения изображения объекта наблюдения, состоящие из радиопередающего устройства, генерирующего широкополосный сигнал (ШПС), приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, гетеродина и оптимального фильтра (ОФ) ШПС [2, стр.132-147]. Однако данное устройство обладает низкой угловой разрешающей способностью, определяемой геометрическими размерами антенны. Кроме того, изображения разных типов объектов, полученные с помощью такого устройства, при определенных условиях наблюдения невозможно идентифицировать однозначно.

Известно также устройство (U.S. Patent №5184133, 1993 г.) для получения РЛИ вращающихся или качающихся объектов, имеющее антенну, когерентный детектор, аналого-цифровой преобразователь, цифровой фазовращатель, блок сопровождения объекта по дальности и скорости и доплеровский процессор. Недостатками этого устройства является необходимость сопровождения объекта в течение всего времени наблюдения и использования сигналов с большой длительностью.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом к предлагаемому изобретению) является устройство (авт. свид. СССР №275257, МПК G01s 7/64, БИ, №22, 1970 г.) для получения СВЧ-голограмм и визуализации восстановленного изображения, содержащее генератор СВЧ-колебаний, выход которого соединен с антенной, облучающей в голографическом объеме объект, а также с первым входом первого смесителя, ко второму входу которого подключен местный генератор первой промежуточной частоты, при этом выход первого смесителя через полосовой фильтр подключен к антенне опорной волны, при этом элементы приемной антенны подключены к первым смесителям многоканального приемника с двойным преобразованием частоты, которые через вторые полосовые фильтры подключены к первому входу вторых смесителей приемника, при этом на второй вход вторых смесителей приемника через регулируемые фазовращатели подключен умножитель частоты, ко входу которого подключен выход генератора первой промежуточной частоты, при этом выходы вторых смесителей приемника, через третьи полосовые фильтры, ультразвуковые преобразователи, среду, проводящую ультразвук, ультразвуковые приемники подключены к некогерентным источникам света.

К недостаткам прототипа относятся:

- функционирование только при условии неподвижной приемной антенны и невозможность получения изображения объекта при обзоре пространства;

- ограниченная разрешающая способность по дальности, которая определяется выражением [3, стр.33]:

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - длина волны излучения; r0 - дальность до объекта наблюдения; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 lэл - расстояние между элементами эквидистантой Z элементной антенны; Z - количество элементов антенны, устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 ;

- наличие большого числа приемных каналов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит: в улучшении разрешающей способности РЛС до уровня, достаточного для построения детального изображения движущегося объекта, находящегося в дальней зоне приемной антенны, по зарегистрированной радиоголограмме (РГ); в обеспечении возможности непрерывного обзора пространства при сокращении количества приемных каналов.

Технический результат выражается в улучшении разрешающей способности по дальности и азимуту за счет увеличения времени наблюдения объекта при сокращении количества приемных каналов и дополнительной обработке отраженных от объекта сигналов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства и визуализации восстановленного изображения, содержащее генератор СВЧ-колебаний, первый смеситель, генератор промежуточной частоты, антенну, состоящую из Z элементов, к выходу каждого из антенных элементов подключен соответствующий сумматор, а к части Q элементов - переключатель, смеситель и полосовой фильтр, а также фазовращатель, отличающееся тем, что дополнительно введены система вращения антенны, Q антенных переключателей, причем Q<Z, первый и второй сумматоры, первый и второй оптимальные фильтры широкополосного сигнала, усилитель промежуточной частоты, первый и второй амплитудно-фазовые детекторы, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи, блок формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы, последовательно соединенные модулятор, третий полосовой фильтр и усилитель СВЧ, детектор огибающей, последовательно соединенные блок расчета восстанавливающей волны, блок формирования изображения объекта и устройство отображения, а также генератор тактовых импульсов и четвертый полосовой фильтр, причем выход z-го элемента антенны соединен с z-м входом второго сумматора, при этом Q элементов антенны через антенные переключатели в режиме излучения подключены к q-му устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 выходу усилителя СВЧ, а в режиме приема к соответствующим входам первого и второго сумматоров, выход второго сумматора подключен к первому входу первого смесителя, ко второму входу которого подключен первый выход четвертого полосового фильтра, вход которого подключен к выходу третьего смесителя, к первому входу которого подключен второй выход генератора СВЧ-колебаний, а ко второму входу подключен первый выход генератора промежуточной частоты, второй выход которого подключен ко второму входу второго амплитудно-фазового детектора, а третий выход через фазовращатель подключен ко второму входу первого амплитудно-фазового детектора, последовательно с первым смесителем соединены первый полосовой фильтр, первый оптимальный фильтр широкополосного сигнала, детектор огибающей и третий аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу блока расчета восстанавливающей волны, ко второму входу которого подключен второй выход генератора тактовых импульсов, а к третьему входу подключен выход системы вращения, первый выход генератора - СВЧ подключен к первому входу модулятора, ко второму входу которого подключен первый выход генератора тактовых импульсов, выход первого сумматора подключен к первому входу второго смесителя, второй вход которого подключен ко второму выходу четвертого полосового фильтра, последовательно со вторым смесителем соединены второй полосовой фильтр, второй оптимальный фильтр широкополосного сигнала, усилитель промежуточной частоты, первый выход которого подключен к первому входу первого амплитудно-фазового детектора, а второй выход - к первому входу второго амплитудно-фазового детектора, выходы первого и второго амплитудно-фазовых детекторов подключены соответственно ко входу первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы соответственно, к третьему входу которого подключен первый выход блока расчета восстанавливающей волны, выход блока формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы подключен к первому входу блока формирования изображения объекта.

Сущность изобретения основывается на увеличении времени наблюдения движущегося объекта за один обзор пространства за счет приема отраженного от него сигнала Q смежными элементами Z-элементной антенны (Q<Z) и дальнейшей его обработке в схеме формирования РГ, а также использовании отраженного сигнала, принятого Z-элементной антенной, для расчета восстанавливающей изображение волны.

На фиг.1 приведена структурная схема предложенного устройства;

на фиг.2 - схема, иллюстрирующая перемещение объекта относительно антенной системы устройства;

на фиг.3 - структурная схема блока расчета восстанавливающей волны.

Предложенное устройство (см. фиг.1) для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства и визуализации восстановленного изображения состоит из Z-элементной антенны 1, системы вращения антенны 2, антенных переключателей 3, первого и второго сумматоров 4 и 5, модулятора 6, третьего полосового фильтра 7, усилителя СВЧ 8, генератора СВЧ-колебаний 9, генератора промежуточной частоты 10, первого, второго и третьего смесителей 11, 12 и 13, первого и второго оптимальных фильтров широкополосного сигнала 14 и 15, первого, второго и четвертого полосовых фильтров 16, 17 и 18, усилителя 19 промежуточной частоты, первого и второго амплитудно-фазовых детекторов 20 и 21, фазовращателя 22, первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей 23, 24 и 25, блока формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы 26, детектора огибающей 27, блока расчета восстанавливающей волны 28, блока формирования изображения объекта 29, устройства отображения 30, генератора тактовых импульсов 31, соединенных, как показано на фиг.1.

Устройство работает следующим образом. На второй вход модулятора 6 поступают тактовые импульсы с периодом Ти, а на первый вход - сигнал на несущей частоте f0 (устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 , где с - скорость света) от генератора СВЧ-колебаний 9. Сигнал с той же частотой f0 поступает на первый вход первого смесителя 13, который смешивает их с сигналом промежуточной частоты fпр, поступающим из генератора промежуточной частоты 10. Полученный в результате сигнал подается через четвертый полосовой фильтр 18, настроенный на частоту f1=f0-f пр на смесители 11 и 12. В модуляторе 6 вырабатываются когерентные импульсные широкополосные сигналы с периодом следования Ти, несущей частотой fн =f0 и шириной спектра устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 fс. Эти сигналы через третий полосовой фильтр 7 с полосой пропускания устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 fф=устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 fс, усилитель СВЧ 8, антенные переключатели 3 поступают на q-e устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 элементы Z-элементной антенны 1, которыми облучается движущийся относительно устройства с радиальной Vr и тангенциальной Vt скоростью объект, находящийся в дальней зоне Z-элементной антенны 1.

Отраженная от объекта электромагнитная волна принимается в плоскости голографирования Z-элементной антенной 1. Принятые q-ми элементами Z-элементной антенны 1 сигналы через Q антенных переключателей 3 подаются на второй сумматор 5, где происходит их синфазное суммирование. В результате полученный сигнал подается на второй смеситель 12. На выходе второго смесителя 12 получают сигнал с несущей частотой f2=fпр-f d, где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 частота Доплера принятого сигнала. Этот сигнал подается на полосовой фильтр 17 с шириной полосы пропускания устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 fпр=устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 fc±устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 fdmax, где fdmax - максимально возможное значение частоты fd . После этого происходит сжатие сигнала в оптимальном фильтре 15 с последующим усилением в усилителе 19 промежуточной частоты.

Каждый сигнал, усиленный в усилителе промежуточной частоты 19, также подается на первые входы амплитудно-фазовых детекторов 20 и 21. На выходе амплитудно-фазовых детекторов 20 и 21 за счет интерференции комплексных принятого сигнала устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 и опорного сигнала устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 , которые поступают со второго выхода генератора промежуточной частоты 10, получают квадратурные составляющие g 1n и g2n синтезированной РГ

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где tn - время приема n-го импульса; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 n - фаза n-го принятого сигнала; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 0n - фаза n-го опорного сигнала; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - количество импульсов, принятых q-ми элементами Z-элементной антенны 1 за время Тс; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 Q - ширина диаграммы направленности совокупности Q элементов Z-элементной антенны 1; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 вр - угловая скорость обзора пространства.

Сигнал U0(tn) имитирует опорную волну устройства-прототипа с плоским фронтом устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 0n=xnksinустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 ; xn=VtT иn; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - волновой коэффициент; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - "угол падения" опорной волны на Z-элементную антенну 1.

Квадратурные составляющие gln и g2n синтезированной РГ оцифровываются в аналого-цифровых преобразователях 23 и 24 и подаются на первый и второй входы блока формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы 26 соответственно. В блоке формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы 26 по формуле (2) рассчитывается n-й элемент РГ (2), причем в память записываются элементы разрешения по дальности устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 номера которых удовлетворяют условию

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где m - номер элемента разрешения по дальности; rстрн, rстрк - границы строба по дальности, определенные на предыдущем обзоре в блоке расчета восстанавливающей волны 28; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 r - разрешение по дальности, определяемое выражением [2, стр.223]

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 и - длительность импульса после оптимальной фильтрации в ОФ ШПС 14, которая в свою очередь определяется выражением вида [2, стр.225]

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 .

Положим, что объект имеет максимальный поперечный размер х0mах<r0 и движется только вдоль оси х0. Этот случай эквивалентен ситуации, когда объект неподвижен, а устройство в процессе обзора пространства перемещается вдоль оси х, облучает объект широкополосными импульсными сигналами и в течение времени синтезирования Тс регистрирует последовательно, в моменты времени tn, n-e элементы синтезированной РГ для каждого m-го элемента разрешения по дальности (фиг.2). Время Тс равно [1, стр.39]

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где tобз - время обзора полного сектора пространства, устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 обз - полный сектор обзора пространства.

Размер синтезированной апертуры Lcустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 VtTc=V tTиN. Тогда для m-го элемента разрешения по дальности, согласно принципу Гюйгенса-Френеля, электромагнитное поле, принимаемое устройством вдоль оси х, определяется в виде

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - комплексная константа; r0m - расстояние до m-го элемента разрешения по дальности в момент времени Т с/2; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - функция, описывающая вдоль оси х0 рассеивающие свойства поверхности объекта, находящейся в m-м элементе разрешения по дальности; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - количество элементов разрешения по линейной угловой координате, перекрывающих максимальный линейный размер объема x0mах по координате х0 ; устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - линейная угловая разрешающая способность синтезированной апертуры вдоль оси х0 [3, стр.31], F(x) - множитель, определяемый направленными свойствами совокупности Q элементов Z-элементной антенны 1.

Текущее положение устройства вдоль оси x=xn, тогда экспоненциальный множитель в подынтегральном выражении формулы (5) равен

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - номер элемента разрешения синтезированной апертуры по угловой координате (1устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 aустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 N).

Устанавливая начальное значение n=1 и учитывая, что объект совершает относительно устройства радиальное перемещение со скоростью Vr (фиг.2), формируемая РГ в блоке формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы 26 примет вид

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

Принятые Z-элементной антенной 1 сигналы через первый сумматор 4 поступают на первом входе третьего смесителя 11, полосовой фильтр 16, ОФ ШПС 14, в которых осуществляется обработка, аналогичная обработке принятых Q элементами Z-элементной антенны 1 сигналов во втором смесителе 12, полосовом фильтре 17, ОФ ШПС 15 за счет соответствия их параметров. Сигналы с выхода ОФ ШПС 14 поступают на детектор огибающей 27, где формируется дальностный портрет объекта, оцифровываются в аналого-цифровом преобразователе 25 и поступают на первый вход блока расчета восстанавливающей волны 28.

Блок расчета восстанавливающей волны 28, структурная схема которого изображена на фиг.3, функционирует следующим образом.

За обзор пространства, предыдущий синтезированию РГ в блоке формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы 26, в блоке стробирования по дальности 38 рассчитываются границы строба по дальности на обзор, при котором производится синтезирование радиоголограммы. При этом полагается, что объект движется прямолинейно и равномерно (Vr=const, V t=const), имеет доминирующий центр рассеяния, а отношение сигнал/шум >1. На третий вход блока памяти 33 и вход блока поиска максимума интенсивности 40 поступает последовательно по элементам оцифрованный дальностный портрет объекта, где производится определение номера элемента разрешения по дальности с максимальной интенсивностью для nустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 -го устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 Z-элементной антенной 1 импульса. С выхода блока поиска максимума интенсивности 40 на четвертый вход блока памяти 33 выдается «1» при поступлении первого импульса, принятого Z-элементной антенны 1, и далее, если величина интенсивности поступившего элемента дальностного портрета больше предыдущего. При поступлении «1» в блок памяти 33 заносится текущий код интенсивности элемента дальностного портрета при условии его превышения предыдущего запомненного ранее и подаваемый на первый вход временной код с измерителя времени запаздывания 32. Вместе с этим запоминается поступающий на пятый вход блока памяти 33 текущий код углового положения Z-элементной антенны 1 с выхода системы вращения антенны 3. На вход измерителя времени запаздывания 32 с выхода генератора тактовых импульсов 31 поступает тактовый импульс Т и, обнуляющий его и запускающий счетчик времени. Тактовый импульс Ти также подается на второй вход блока памяти 33, в котором ведется их подсчет. При превышении их количества числа, соответствующего максимальному времени синтезирования, информация о количестве принятых тактовых импульсов Nустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 , при которых еще поступал отраженный от объекта сигнал, временной задержке элемента дальностного портрета с максимальной интенсивностью первого tз1 и последнего tзNустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 зарегистрированного импульса выдается в блок определения радиальной скорости 34, а в блок определения расчетного углового положения Z-элементной антенны 35 - значение устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 1 (угловое положение Z-элементной антенны 1 в момент приема первого зарегистрированного импульса от объекта). После этого содержимое блока памяти 33 обнуляется. С учетом того, что расстояние до объекта при импульсном методе его измерения определяется выражением [1, стр.17]

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где tз - время задержки отраженного сигнала, по измеренным величинам tз1 и tзNустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 , в блоке определения радиальной скорости 34 рассчитывается радиальная скорость объекта по формуле

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где Tz=Tи (Nустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 -1) - время приема Z-элементной антенной 1 отраженных от объекта сигналов.

Информация о радиальной скорости V r объекта, времени задержки tз1 и tзNустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 поступает на вход блока стробирования по дальности 38, где производится расчет границ строба по дальности на следующий период обзора пространства, при котором будет осуществляться синтезирование РГ, по формулам

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

Информация о начале и размере строба по дальности с выхода блока стробирования по дальности 38, который также является первым выходом блока расчета восстанавливающей волны 28, поступает на третий вход блока формирования и регистрации синтезированной радиоголограммы 26 и первый вход блока расчета фокусирующей функции 39.

Расчет параметров восстанавливающей изображение волны производится следующим образом. Значение устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 Nустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 (угловое положение Z-элементной антенны 1 в момент времени tзNустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 ) с выхода блока памяти 33 поступает на второй вход блока вычисления изменения углового положения объекта 36, в блоке определения расчетного углового положения Z-элементной антенны 35 вычисляется расчетное угловое положение Z-элементной антенны 1 (то есть угловое положение Z-элементной антенны 1 при отсутствии тангенциального перемещения объекта) на момент принятия Nустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 -го импульса по формуле

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

Значение устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 поступает на первый вход блока вычисления изменения

углового положения объекта 36, где производится расчет изменения углового положения объекта устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 по формуле

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

По вычисленным величинам устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 и tз1, tзNустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 в блоке определения тангенциальной скорости 37 рассчитывается значение тангенциальной скорости Vt объекта по формуле (из теоремы косинусов)

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где R1 - расстояние до объекта в момент tз1; R Nустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - в момент tзNустройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 .

Полученное значение Vt подается на третий вход блока расчета фокусирующей функции 39.

При этом дискретность кода текущего углового положения основной антенны 1 должна удовлетворять условию

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 min - угловое перемещение объекта, имеющего минимальную тангенциальную скорость за время T z; Густройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 Z - ширина диаграммы направленности Z-элементной антенны 1; rmax - максимальная дальность до объекта, при которой осуществляется формирование его изображения.

В блок расчета фокусирующей функции 39 поступают значения Vt, V r, rстрн, rстрк , где производится вычисление восстанавливающей РЛИ объекта волны для каждой m-й, попадающей в строб по дальности и синтезированной при обзоре, РГ по формуле

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

Восстанавливающая волна устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 и синтезированная устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 поступают в блок формирования изображения объекта 29, где вычисляется интенсивность изображения I(m,p), описывающая распределение вдоль оси х0 эффективной отражающей поверхности объекта для каждого m-го элемента разрешения по дальности по формуле

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

где устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 - знак операции квадрата модуля; F-1 {·} - знак операции обратного дискретного преобразования Фурье.

Выходным каскадом блока формирования изображения объекта 29 является цифро-аналоговый преобразователь, на который последовательно подается рассчитанный код интенсивности элементов изображения. Полученный сигнал выдается в устройство отображения 30, представляющее собой аналоговый дисплей.

Совокупность введенных элементов обеспечивает при постоянном круговом или секторном обзоре пространства формирование изображения движущегося объекта с линейным разрешением по угловой координате

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

определяемым с учетом того, что N=Т си и устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

При тех же условиях устройство-прототип позволяет получить изображение объекта с линейным разрешением по угловой координате [4, стр.77]

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

Коэффициент улучшения угловой разрешающей способности составляет

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

а коэффициент улучшения разрешающей способности по дальности

устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442

Например, для исходных данных устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 =1,5 м, (Q-1)устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 lэл=10 м, устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 вр = 6 об/мин = 0,628 рад/с, (Q-1)устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 lэл=1 м, Vt =100 м/с, устройство для получения радиоголограммы в условиях обзора пространства   и визуализации восстановленного изображения, патент № 2309442 и=2 мкс, r0 =30 км с учетом выражений (3), (18), (19) получим, что угловая разрешающая способность повышается в 47,7 раза, а разрешающая способность по дальности в 157500 раз.

Предложенное техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестны виды устройств, позволяющих получать детальные изображения движущихся объектов по зарегистрированной РГ в условиях непрерывного обзора пространства.

Предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что увеличение времени наблюдения движущегося объекта за один обзор пространства за счет приема отраженного от него сигнала Q смежными элементами Z-элементной антенны (Q<Z) и дальнейшая его обработка в схеме формирования РГ, а также использование отраженного сигнала, принятого Z-элементной антенной для расчета восстанавливающей изображение волны, приведет к возможности получения детального изображения движущегося объекта по зарегистрированной РГ в условиях непрерывного обзора пространства.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы широко распространенной технологии применения цифровых устройств в радиоголографии.

Источники информации.

1. М.И.Финкельшнтейн. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983. - 536 с.

2. Я.Д.Ширман, В.Н.Голиков, И.Н.Бусыгин и др. Теоретические основы радиолокации. - М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.

3. Зиновьев Ю.С., Пасмуров А.Я. Методы обращенного синтезирования апертур с помощью узкополосных сигналов. - Зарубежная радиоэлектроника, 1985, №3. - С.27-39.

4. Е.А.Антонов, Н.Г.Власов, В.М.Мещанкин и др. Голография, методы и аппаратура. - М.: Сов. радио, 1974. - 376 с.

Класс G03H1/04 способы и устройства для получения голограмм

полиуретановая композиция для изготовления голографических сред, ее применение, способ записи голограмм и ненасыщенные уретаны -  патент 2515977 (20.05.2014)
защитный элемент и способ создания защитного элемента -  патент 2491595 (27.08.2013)
интегральное оптическое устройство записи и воспроизведения микроголограмм -  патент 2481611 (10.05.2013)
способ записи и восстановления изобразительных голограмм -  патент 2472201 (10.01.2013)
интегральное оптическое устройство для записи микроголограмм -  патент 2470337 (20.12.2012)
прибор для кодирования изображений на документах -  патент 2357276 (27.05.2009)
способ защиты голограмм от подделки и устройство автоматического контроля подлинности голограммы -  патент 2246743 (20.02.2005)
способ создания голограммы, содержащей невизуализированную физиологически значимую информацию -  патент 2239860 (10.11.2004)
устройство для записи голограммы объекта во встречных пучках -  патент 2222039 (20.01.2004)
способ защиты объектов от подделки и их идентификации -  патент 2202821 (20.04.2003)

Класс G01R29/08 для измерения характеристик электромагнитного поля 

устройство контроля электромагнитного поля вторичных излучателей -  патент 2527315 (27.08.2014)
способ и система мониторинга электромагнитных помех во временной области -  патент 2516201 (20.05.2014)
радиометр с трехопорной модуляцией -  патент 2510513 (27.03.2014)
устройство для определения, по меньшей мере, одной величины, связанной с электромагнитным излучением тестируемого объекта -  патент 2510512 (27.03.2014)
устройство и способ для определения, по меньшей мере, одной величины, характеризующей электромагнитное излучение исследуемого объекта -  патент 2510511 (27.03.2014)
способ динамического обнаружения малогабаритных скрытых средств, способствующих утечке информации, несанкционированно установленных на подвижном объекте -  патент 2503023 (27.12.2013)
способ определения местоположений и мощностей источников излучения однопозиционной локационной станцией -  патент 2499273 (20.11.2013)
сканирующий радиометр -  патент 2495443 (10.10.2013)
индикатор поля свч излучения -  патент 2485670 (20.06.2013)
радиометр для измерения глубинных температур объекта (радиотермометр) -  патент 2485462 (20.06.2013)
Наверх