RU2066060C1 - Method of map-making with the aid of synthetic aperture - Google Patents

Method of map-making with the aid of synthetic aperture Download PDF

Info

Publication number
RU2066060C1
RU2066060C1 RU93008773A RU93008773A RU2066060C1 RU 2066060 C1 RU2066060 C1 RU 2066060C1 RU 93008773 A RU93008773 A RU 93008773A RU 93008773 A RU93008773 A RU 93008773A RU 2066060 C1 RU2066060 C1 RU 2066060C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
samples
signals
convolution
fft
Prior art date
Application number
RU93008773A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93008773A (en
Inventor
Валерий Павлович Ющенко
Original Assignee
Валерий Павлович Ющенко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Павлович Ющенко filed Critical Валерий Павлович Ющенко
Priority to RU93008773A priority Critical patent/RU2066060C1/en
Publication of RU93008773A publication Critical patent/RU93008773A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2066060C1 publication Critical patent/RU2066060C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: medicine, generation of picture of section of internal organs of man and of media and volumes of matter opaque in optical range to expose their internal structures. SUBSTANCE: proposed method of map-making consists in probing of space with relative motion by monochromatic continuous signal, in separation of signal reflected from object by K range owing to sliding convolution of received Doppler signal with K reference signals presenting signals specularly inverted in time, reflected from point objects from different K ranges. Amplitudes of signals distributed by K ranges are re-coded into contrast or color signals and are slewed around in coordinates of distance from trajectory of relative motion and distance covered by trajectory. EFFECT: improved authenticity of method. 3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к локации в ультразвуковом или радиодиапазоне, и может быть использовано для получения картины сечения внутренних органов человека с целью диагностики, а также для картографирования непрозрачных в оптическом диапазоне сред или объемов вещества, для выявления их внутренней и скрытой от глаз структуры. The invention relates to locations in the ultrasonic or radio range, and can be used to obtain a picture of the cross section of the internal organs of a person for the purpose of diagnosis, as well as for mapping opaque media in the optical range or volumes of a substance, to identify their internal and hidden from the eyes structure.

В настоящее время широко известен метод картографирования земной поверхности с помощью синтезированной апертуры (А. П. Реутов, Б. А. Михайлов, Г. С. Кондратенков, Б. А. Бойко. Радиолокационные станции бокового обзора. М. Сов. радио, 1970; В. Н. Антипов, В. Т. Горяинов, И. Н. Кулик, и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М. Сов. радио, 1988; патент США N 3392385, кл. 343-5). Currently, the method of mapping the earth's surface using a synthesized aperture is widely known (A. P. Reutov, B. A. Mikhailov, G. S. Kondratenkov, B. A. Boyko. Side-scan radars. M. Sov. Radio, 1970 ; V.N. Antipov, V.T. Goryainov, I.N. Kulik, et al. Radar stations with digital synthesis of the antenna aperture. M. Sov. Radio, 1988; US patent N 3392385, class 343-5).

Известный способ картографирования земной поверхности, применяемый в радиолокационных станциях (РЛС) бокового обзора, предусматривает излучение когерентного импульсного зондирующего сигнала, стробирование отраженного сигнала по времени, то есть распределение сигнала по каналам дальности, сжатие обрабатываемого сигнала (синтезирование апертуры) в каждом канале дальности, модуляция луча по яркости и развертку изображения в координатах удаления от проекции траектории на землю и расстояния по траектории. The known method of mapping the earth’s surface, used in side-scan radars (radars), involves emitting a coherent pulse sounding signal, gating the reflected signal over time, that is, distributing the signal over the range channels, compressing the processed signal (synthesizing the aperture) in each range channel, modulating beam brightness and the scan image in the coordinates of the distance from the projection of the trajectory onto the ground and the distance along the trajectory.

Этот способ описан в книге А. П. Реутова, Б. А. Михайлова, Г. С. Кондратенкова, Б. В. Бойко. Радиолокационные станции бокового обзора. М. Сов. радио, 1970, с. 98 107, а цифровое устройство, реализующее известный метод картографирования, подробно описано в книге В. Н. Антипова, В. Г. Горяинова и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М. Радио и связь, 1988, с. 61, рис. 28. Это устройство принято в качестве прототипа предлагаемого способа картографирования. Схема устройства приведена на фиг. 1, где обозначено: 1 приемник; 2 5 стробирующие каскады; 6 9 - аналого-цифровые преобразователи; 10 память; 11 блок быстрого преобразования Фурье (БПФ); 12 перемножитель отсчетов; 13 память с опорными коэффициентами функции; 14 блок обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ); 15 блок, вычисляющий модель комплексных отсчетов; 16 - цифровая схема индикации; 17 излучатель; 18 модулятор. This method is described in the book of A.P. Reutov, B.A. Mikhailov, G.S. Kondratenkov, B.V. Boyko. Side-view radars. M. Sov. radio, 1970, p. 98 107, and a digital device that implements the well-known mapping method is described in detail in the book of V. N. Antipov, V. G. Goryainov and others. Radar stations with digital synthesis of the antenna aperture. M. Radio and Communications, 1988, p. 61, fig. 28. This device is adopted as a prototype of the proposed method of mapping. The device diagram is shown in FIG. 1, where indicated: 1 receiver; 2 5 gating cascades; 6 9 - analog-to-digital converters; 10 memory; 11 block fast Fourier transform (FFT); 12 sample multiplier; 13 memory with reference coefficients of the function; 14 block inverse fast Fourier transform (OBPF); 15 block calculating the model of complex samples; 16 is a digital display circuit; 17 emitter; 18 modulator.

Устройство на фиг. 1, реализующее известный способ, работает следующим образом. The device of FIG. 1, implementing the known method, works as follows.

Принятый приемником 1 импульсный сигнал распределяется по каналам дальности с помощью стробирующих каскадов 2 5. Затем в каждом канале с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП) в 6 9 сигналы преобразуются в цифровые отсчеты, и выборка из N-отсчетов вводится в память 10. В каждом канале дальности блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 11 преобразует отсчеты сигнала в отсчеты спектра. The pulse signal received by receiver 1 is distributed over the range channels using gate stages 2 5. Then, in each channel, using analog-to-digital converters (ADCs) in 6 9, the signals are converted into digital samples, and a sample of N-samples is entered into memory 10. V each range channel fast Fourier transform unit (FFT) 11 converts the samples of the signal into samples of the spectrum.

В перемножителе 12 происходит перемножение одноименных отсчетов входного спектра и коэффициентов опорной функции, поступающих с блока 13. Результат перемножения одноименных отсчетов подвергается обратному быстрому преобразованию Фурье (ОБПФ) в блоке 14 и полученные комплексные отсчеты сигнала свертки берутся по модулю. Затем отсчеты поступают в цифровую систему индикации 16 (ЦСИ). In the multiplier 12, the same samples of the input spectrum and the support function coefficients are multiplied from block 13. The result of the multiplication of the same samples is subjected to the inverse fast Fourier transform (IFFT) in block 14 and the resulting complex convolution signal samples are taken modulo. Then the samples go to the digital display system 16 (DSI).

Известный способ, который реализован описанным устройством, предусматривает излучение когерентного зондирующего сигнала, выделение сигнала биений между зондирующим и отраженным сигналом (доплеровского сигнала) распределение сигнала биений по каналам дальности с помощью стробирования по времени, аналого-цифровое преобразование сигнала, свертку сигнала биений с опорным сигналом вида S(t) H(t) • exp (j•2•n•vот•t/л•r) и преобразование сигнала свертки в изображение с помощью цифровой схемы индикации.The known method, which is implemented by the described device, provides for the emission of a coherent probe signal, separation of the beat signal between the probe and reflected signal (Doppler signal), distribution of the beat signal over the distance channels using time gating, analog-to-digital signal conversion, convolution of the beat signal with the reference signal of the form S (t) H (t) • exp (j • 2 • n • v from • t / l • r) and converting the convolution signal into an image using a digital display circuit.

При этом свертка сигнала на каждой дальности предусматривает быстрое преобразование Фурье (БПФ) от выделенного сигнала биений, БПФ от опорного сигнала, перемножение результатов БПФ выделенного и опорного сигналов и обратное преобразование Фурье от результатов перемножения. In this case, the convolution of the signal at each range provides a fast Fourier transform (FFT) from the selected beat signal, FFT from the reference signal, multiplication of the FFT results of the selected and reference signals, and the inverse Fourier transform of the multiplication results.

К недостаткам известного способа следует отнести то, что разрешение по дальности задается заранее длительностью зондирующего сигнала и не может быть изменено в процессе работы. Варьировать разрешением по дальности практически невозможно, потому что для этого потребуется перестройка модулятора и перестройка всего приемного тракта, так как он обычно проектируется согласованным с зондирующим сигналом. The disadvantages of this method include the fact that the range resolution is set in advance by the duration of the probe signal and cannot be changed during operation. It is practically impossible to vary the resolution in range, because this will require the restructuring of the modulator and the restructuring of the entire receiving path, since it is usually designed in accordance with the probing signal.

Другим существенным недостатком является то, что удовлетворительное относительное разрешение на больших дальностях ΔR/Rmax не удовлетворяет на малых дальностях ΔR/Rmin, особенно когда Rmin<ΔR, потому что ΔR постоянно на всех дальностях и определяется длительностью зондирующего импульса τ. и скоростью распространения зондирующей волны ΔR = c•τ, где с скорость распространения волны.Another significant drawback is that a satisfactory relative resolution at long ranges ΔR / R max does not satisfy at short ranges ΔR / R min , especially when R min <ΔR, because ΔR is constant at all ranges and is determined by the duration of the probe pulse τ. and the propagation velocity of the sounding wave ΔR = c • τ, where c is the wave propagation velocity.

Еще одним существенным недостатком является то, что вблизи локатора имеется мертвая зона, обусловленная ослеплением локационного приемника в момент зондирования и конечного времени всего восстановления. Another significant drawback is that there is a dead zone near the locator due to the blinding of the location receiver at the time of sensing and the final time of the entire recovery.

Кроме того, бесконечному уменьшению длительности зондирующих импульсов, для повышения разрешающей способности по дальности, препятствует падение энергетики зондирующего сигнала и расширение полосы приемного тракта вместе с ухудшением его чувствительности. В пределе длительность зондирующих импульсов не должна быть меньше, чем 200 периодов несущей частоты зондирующего сигнала. Это фактически ставит предел повышения разрешающей способности по дальности импульсного метода. In addition, an endless decrease in the duration of the probe pulses, in order to increase the resolution in range, is prevented by a drop in the energy of the probe signal and the expansion of the band of the receiving path along with a deterioration in its sensitivity. In the limit, the duration of the probe pulses should not be less than 200 periods of the carrier frequency of the probe signal. This actually puts a limit to increasing the resolution over the range of the pulse method.

Цель изобретения повышение разрешающей способности по дальности в направлении удаления от траектории движения при глубинном проникающем картографировании на малых и сверхмалых дальностях. Высокое разрешение позволяет увеличивать изображение объекта и рассматривать его детали. Высокое разрешение по дальности на близком расстоянии, а также возможность управления этим разрешением позволяет использовать апертурный синтез для целей томографии внутренних органов человека. The purpose of the invention is to increase the resolution in range in the direction away from the trajectory during deep penetrating mapping at small and ultra-small ranges. High resolution allows you to enlarge the image of the object and consider its details. High resolution in range at close range, as well as the ability to control this resolution, allows the use of aperture synthesis for tomography of the internal organs of a person.

Цель в предлагаемом способе достигается за счет использования свойства синтезированной апертуры фокусироваться на требуемую дальность и получать необходимое разрешение по дальности за счет управления размеров синтезированной апертуры и длинной волны, для чего в известном способе, предусматривающем излучение зондирующего сигнала выделение биений между зондирующим и отраженным сигналами, формирование опорного сигнала, дискретизацию сигнала биений и опорного сигнала с преобразованием к цифровому виду, распределение сигнала биений по К-каналам дальности. The goal in the proposed method is achieved by using the property of the synthesized aperture to focus on the desired range and obtain the necessary range resolution by controlling the dimensions of the synthesized aperture and long wavelength, for which, in a known method involving the emission of a sounding signal, beats are distinguished between the probe and reflected signals, formation reference signal, discretization of the beat signal and reference signal with conversion to digital form, distribution of the beat signal About K-channels of range.

Зондирование окружающего пространства производят непрерывным монохроматическим сигналом, а разделение сигнала биений осуществляют после дискретизации сигнала биений путем скользящей свертки сигнала биений с каждым из К-опорных сигналов одинаковой длительности:
S1=((AK1/R 4 1 )•cos ((4•n/л)•R1•(a1/amax)γ
S2=((AK1/R 4 2 )•cos ((4•n/л)•R2•(a2/amax)γ
Si=((AK1/R 4 i )•cos ((4•n/л)•Ri•(ai/amax)γ
Sk=((AK1/R 4 k )•cos ((4•n/л)•Rk•(ak/amax)γ

Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005
,
где S11, S2, Si,Sk опорные сигналы для активного метода локации;
Figure 00000006
опорные сигналы для полуактивного метода локации;
amax максимальное расстояние по перпендикуляру от траектории до картографируемых точек, т. е. максимальный промах;
a1, a2, ai, ak конкретные промахи следующие, с шагом Δa;
·γ· показатель степени, выравнивающий амплитуды сигналов с разных дальностей для активного метода локации, играющий роль автоматической регулировки усиления;
Wβ· показатель степени, выравнивающий амплитуды сигналов с различных дальностей при полуактивном методе локации
Figure 00000007
текущее расстояние от приемника до объекта при их относительном движении;
I 1, 2, 3, N отсчеты опорного сигнала;
N 2м число отсчетов опорного сигнала и БПФ;
м 1, 2, 3, степень двойки (задается экспериментатором);
DT (л/5) • v интервал дискретизации по времени;
(ALN)i=ai/tgΦср+(N/2)•DT отсчитываемое от промаха расстояние по траектории, с которого начинается синтезирование апертуры;
To DT • (N+1) длительность синтезирования апертуры во времени;
n 3,1415;
Figure 00000008
постоянный коэффициент;
vот относительная скорость приемника и картографируемого объекта;
л длина волны;
Φср угол наклона середины диаграммы направленности антенны приемника и передатчика к траектории;
Gизл коэффициент направленного действия антенны;
б эффективная отражающая поверхность картографируемого объекта;
Figure 00000009
,
где Gизл коэффициент направленного действия излучающей антенны;
Gпр коэффициент направленного действия приемной антенны;
Rизл расстояние от картографируемого объекта до излучателя зондирующего сигнала
Полученные цифровые отсчеты амплитуды К сигналов скользящей свертки перекодируют в контрастные или цветовые символы и разворачивают все К-контрастных сигналов в порядке их нумерации в виде К-параллельных строк из N-контрастных или цветовых символов в координатах промаха и расстояния по траектории.Sounding of the surrounding space is carried out by a continuous monochromatic signal, and the beat signal is separated after discretization of the beat signal by sliding convolution of the beat signal with each of the K-reference signals of the same duration:
S 1 = ((AK 1 / R 4 1 ) • cos ((4 • n / l) • R 1 • (a 1 / a max ) γ
S 2 = ((AK 1 / R 4 2 ) • cos ((4 • n / l) • R 2 • (a 2 / a max ) γ
S i = ((AK 1 / R 4 i ) • cos ((4 • n / l) • R i • (a i / a max ) γ
S k = ((AK 1 / R 4 k ) • cos ((4 • n / l) • R k • (a k / a max ) γ
Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005
,
where S 1 1, S 2 , S i , S k are reference signals for the active location method;
Figure 00000006
reference signals for a semi-active location method;
a max maximum distance perpendicular from the trajectory to the points to be mapped, i.e. maximum miss;
a 1 , a 2 , a i , a k the specific misses are as follows, in increments of Δa;
· Γ · exponent leveling the amplitudes of signals from different ranges for the active location method, playing the role of automatic gain control;
Wβ · exponent leveling the amplitudes of signals from different ranges with a semi-active location method
Figure 00000007
the current distance from the receiver to the object during their relative movement;
I 1, 2, 3, N reference signal samples;
N 2 m the number of samples of the reference signal and FFT;
m 1, 2, 3, the degree of two (set by the experimenter);
DT (l / 5) • v from the sampling interval over time;
(ALN) i = a i / tgΦ sr + (N / 2) • DT is the distance measured from the miss along the path from which the synthesis of the aperture begins;
T o DT • (N + 1) the duration of the synthesis of the aperture in time;
n 3.1415;
Figure 00000008
constant coefficient;
v from the relative speed of the receiver and the object being mapped;
l wavelength;
Φ cf the angle of inclination of the middle of the radiation pattern of the antenna of the receiver and transmitter to the trajectory;
G rad directivity antenna;
b effective reflective surface of the mapped object;
Figure 00000009
,
where G is radial directional coefficient of the radiating antenna;
G pr the directional coefficient of the receiving antenna;
R rad distance from the object being mapped to the probe signal emitter
The obtained digital samples of the amplitude K of the signals of the convolution are converted into contrasting or color symbols and deploying all the K-contrasting signals in the order of their numbering in the form of K-parallel lines of N-contrasting or color symbols in the coordinates of the miss and distance along the path.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что:
1. Зондирование окружающего пространства осуществляется непрерывным монохромотическим сигналом.
The proposed method differs from the prototype in that:
1. The sounding of the surrounding space is carried out by a continuous monochromatic signal.

2. Разделение сигнала биений по К-каналам дальности осуществляется путем скользящей свертки сигнала биений от картографируемого объекта с К-опорными сигналами, соответствующими сигналам биений от точечных отражателей, каждый из которых расположен на i-ом удалении от траектории движения приемника. 2. Separation of the beat signal by the K-channels of range is carried out by sliding convolution of the beat signal from the object being mapped with K-reference signals corresponding to the beat signals from the point reflectors, each of which is located at the ith distance from the receiver trajectory.

Отметим принципиальное отличие в формировании опорного сигнала в предлагаемом способе по сравнению с известным. Note the fundamental difference in the formation of the reference signal in the proposed method compared to the known one.

В известном способе используется сигнал вида
S(t) = H(t)•exp(j•2•n•v 2 от •t2)/(л•ro) ,,
в котором имеет место линейная аппроксимация закона изменения частоты,
где Ф = 2•n•v 2 от •t2/(л•ro) фаза опорного сигнала.
In the known method uses a signal of the form
S (t) = H (t) • exp (j • 2 • n • v 2 from • t 2 ) / (l • r o ) ,,
in which there is a linear approximation of the law of change of frequency,
where Φ = 2 • n • v 2 from • t 2 / (l • r o ) phase of the reference signal.

Это не трудно показать, если взять производную от фазы и получить частоту допплеровского сигнала
f(t) = dФ/dt = - (2•v 2 от /л•ro)•t, (2•v 2 от /л•ro) = Const
Из последнего выражения видно, что частота линейная функция времени (см. В. Н. Антипов, В. Г. Горяинов и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М. Радио и связь, 1988, с. 13 15, рис. 1,6).
This is not difficult to show if we take the derivative of the phase and obtain the frequency of the Doppler signal
f (t) = dФ / dt = - (2 • v 2 from / l • r o ) • t, (2 • v 2 from / l • r o ) = Const
From the last expression it is clear that frequency is a linear function of time (see V. N. Antipov, V. G. Goryainov et al. Radar stations with digital synthesis of the antenna aperture. M. Radio and communications, 1988, p. 13 15, Fig. 1.6).

Линейная аппроксимация закона изменения частоты сигнала биений (частоты Доплера) при синтезировании апертуры допустима только при условии L<ro (см. Антипов В. Н. и др. Радиолокационные станции. с. 11, формула 1.7), где L длина синтезированной апертуры; ro расстояние до отраженного объекта.A linear approximation of the law of variation of the beat signal frequency (Doppler frequency) when synthesizing an aperture is permissible only under the condition L <r o (see Antipov V.N. et al. Radar stations, p. 11, formula 1.7), where L is the length of the synthesized aperture; r o distance to the reflected object.

На близких расстояниях это условие не выполняется и линейная аппроксимация закона изменения допплеровской частоты недопустима. Кроме того, сформированные опорные сигналы по известному способу позволяют синтезировать диаграмму направленности синтезированной антенны под прямым углом к апертуре, т. е. к траектории движения. At close distances, this condition is not fulfilled and a linear approximation of the law of variation of the Doppler frequency is unacceptable. In addition, the generated reference signals by a known method allow you to synthesize the radiation pattern of the synthesized antenna at right angles to the aperture, i.e. to the trajectory of movement.

Опорные сигналы в предлагаемом способе позволяют синтезировать антенный луч под любым углом наклона к траектории. Reference signals in the proposed method allow to synthesize an antenna beam at any angle of inclination to the path.

3. Зондирование и прием осуществляют только в направлении секущей плоскости, проходящей через картографируемый объект и траекторию движения приемника. 3. Sounding and reception are carried out only in the direction of the secant plane passing through the mapped object and the trajectory of the receiver.

Это позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". This allows us to conclude that the proposed method meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение предлагаемого способа с другими известными решениями в этой области показывает, что вышеперечисленные отличительные признаки обеспечивают предлагаемому способу новое свойство способность фокусироваться синтезированной апертуре на конкретные дальности, за счет чего обеспечивается высокое разрешение по дальности. Comparison of the proposed method with other known solutions in this area shows that the above distinguishing features provide the proposed method with a new property of the ability to focus the synthesized aperture at specific ranges, thereby providing high resolution in range.

Высокое разрешение по дальности за счет фокусировки синтезированной апертуры возможно лишь на малых дальностях при отношении длины синтезированной апертуры к дальности до картографируемого объекта от 1 до 100 и более. Это соотношение не выполняется в дальней радиолокации, поэтому фокусирующие свойства синтезированной апертуры (СА) не использовались никогда в дальней радиолокации. С ним же боролись, как с нежелательным явлением, выбирая такие режимы, где фокусировкой можно пренебречь. High resolution in range due to focusing of the synthesized aperture is possible only at short ranges with the ratio of the length of the synthesized aperture to the distance to the object being mapped from 1 to 100 or more. This ratio does not hold in long-range radar, so the focusing properties of the synthesized aperture (SA) have never been used in long-range radar. They fought with him as with an undesirable phenomenon, choosing such modes where focusing can be neglected.

Технические решения с отмеченными признаками, обеспечивающими описанное свойств, не обнаружены, поэтому предлагаемый способ можно считать соответствующим критерию изобретения "существенные отличия". Technical solutions with marked features providing the described properties were not found, therefore, the proposed method can be considered as corresponding to the criteria of the invention "significant differences".

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 8). The invention is illustrated by drawings (Fig. 1 to 8).

На фиг. 1 показано устройство, реализующее способ; на фиг. 2 схема бокового обзора земной поверхности; на фиг. 3 принцип развертки карты местности (а) на экране электронно-лучевой трубки; б) на фотопленке); на фиг. 4 кольцевая область разрешения системы ближней радиолокации (СБР) для непрерывного зондирующего сигнала с дисперсионным фильтром. In FIG. 1 shows a device that implements the method; in FIG. 2 schematic side view of the earth's surface; in FIG. 3 principle of sweep of the area map (a) on the screen of a cathode ray tube; b) on film); in FIG. 4 ring resolution region of the near-radar system (RRF) for a continuous sounding signal with a dispersion filter.

Использование дисперсионного фильтра, реализованного в виде скользящей свертки, позволяет осуществить синтезированные апертуры антенны с фокусировкой ее на нужную дальность, то есть с кольцевой областью разрешения (см. Кондратенков Г. С. Потехин В. А. и др. Радиолокационные станции обзора земли, с. 122, рис. 1.6). The use of a dispersion filter implemented in the form of a rolling convolution allows synthesized apertures of the antenna to be focused with the desired range, that is, with an annular resolution region (see G. Kondratenkov, V. A. Potekhin and others. Earth observation radar, with . 122, Fig. 1.6).

Под системой ближней радиолокации (СБР) следует понимать в данном случае не самолет с установленной на борту РЛС, а ультрозвуковой излучатель с микрофоном или ультразвуковым преобразователем аккустической волны в электрические сигналы, которые двигаются относительно исследуемого объекта с постоянной скоростью vот.In this case, the near-radar system (RBS) should be understood not as an airplane with a radar installed on board, but as an ultrasonic emitter with a microphone or an ultrasonic transducer of acoustic waves into electrical signals that move relative to the object under study at a constant speed v from .

Если речь идет об ультразвуковом сканере для диагностики внутренних органов человека, то под СБР понимается ультразвуковой излучатель совместно с преобразователем акустической волны в электрические сигналы, движущиеся с постоянной скоростью по телу человека. If we are talking about an ultrasound scanner for diagnosing the internal organs of a person, then RRF means an ultrasonic emitter in conjunction with a transducer of acoustic waves into electrical signals moving at a constant speed through the human body.

На фиг. 5 показан способ разбиения пространства на зоны разрешения вокруг СБР. In FIG. 5 shows a method for dividing the space into resolution zones around the RRF.

На фиг. 6 показано сканирование пространства с объектом движущейся СБР при помощи сформированных областей разрешения при изотропном излучении и приеме зондирующего сигнала. In FIG. Figure 6 shows a scan of the space with an object moving a RRF using the generated resolution regions with isotropic radiation and the reception of a sounding signal.

На фиг. 7 показано сканирование пространства с объектом движущейся СБР с помощью сформированных областей разрешения при направленном излучении и приеме зондирующего сигнала. In FIG. 7 shows a scan of a space with an object moving a RRF using the generated resolution regions with directional radiation and the reception of a sounding signal.

На фиг. 8 показано развернутое изображение объекта в виде строк из контрастных символов. In FIG. Figure 8 shows a detailed image of an object in the form of lines of contrasting characters.

На фиг. 9 показана функциональная схема, реализующая предлагаемый метод картографирования и получения изображения объекта, где обозначено: 1 - приемник; 2 память; 3 и 10 блоки БПФ; 5 блок ОБПФ; 6 блок, вычисляющий модуль комплексных отсчетов сигнала свертки; 11- блок с отсчетами опорного сигнала; 16 цифровая схема индикации; 17 излучатель; 18 -АЦП. In FIG. 9 shows a functional diagram that implements the proposed method of mapping and image acquisition of the object, where it is indicated: 1 - receiver; 2 memory; 3 and 10 FFT blocks; 5 block OBPF; 6 block computing the module of complex samples of the convolution signal; 11- block with reference signal samples; 16 digital display circuit; 17 emitter; 18 ADC.

На фиг. 10 приведена блок-схема приемника, где обозначено: 1 микрофон или пьезопреобразователь акустической волны в электрические сигналы; 2 - преобразователь частоты, состоящий из нелинейного элемента; 3 фильтр допплеровских частот; 4 усилитель допплеровских частот; 5 объект исследования; 6 излучатель. In FIG. 10 is a receiver block diagram showing: 1 a microphone or a piezoelectric transducer of an acoustic wave into electrical signals; 2 - frequency converter, consisting of a nonlinear element; 3 Doppler frequency filter; 4 Doppler frequency amplifier; 5 object of study; 6 emitter.

На фиг. 11 приведена блок-схема излучателя, где обозначено: 1 - преобразователь электрических сигналов в акустические колебания (пьезопреобразователь); 2 усилитель мощности ультразвуковых колебаний; 3 - предварительный усилитель ультразвуковых колебаний; 4 задающий генератор ультразвуковых колебаний. In FIG. 11 shows a block diagram of a radiator, where it is indicated: 1 - a converter of electrical signals into acoustic vibrations (piezoelectric transducer); 2 power amplifier of ultrasonic vibrations; 3 - preliminary amplifier of ultrasonic vibrations; 4 master oscillator of ultrasonic vibrations.

Принципиальные или структурные схемы блоков 2, 3, 10, 5, 6, 11 и 18 (фиг. 9) не приводятся в материалах заявки, так как они широко известны и с их подборным описанием можно ознакомиться в литературе. Например, блоки 3, 10 БПФ и 5-ОБПФ, обозначенные на фиг. 9, подробно описаны в книге В. Н. Антипова, В. Г. Горяинова и др. "Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны", с. 203, рис. 6.13 структурная схема устройства, реализующего алгоритм "бабочка", которое может быть выполнено на микросхеме К1815 БФЗ. В этой же книге на с.204, рис. 6.14 приведена структурная схема специализированного процессора на элементах "бабочка", который реализует операцию БПФ и ОБПФ. Schematic or structural diagrams of blocks 2, 3, 10, 5, 6, 11 and 18 (Fig. 9) are not given in the application materials, since they are widely known and their selective description can be found in the literature. For example, FFT blocks 3, 10 and 5-IFFT indicated in FIG. 9 are described in detail in the book by V. N. Antipov, V. G. Goryainov and others. "Radar stations with digital synthesis of the antenna aperture", p. 203, fig. 6.13 is a structural diagram of a device that implements the butterfly algorithm, which can be performed on the K1815 BFZ chip. In the same book on p.204, fig. 6.14 shows the structural diagram of a specialized processor on the elements of the "butterfly", which implements the operation of the FFT and IFFT.

Кроме того, структурную схему (фиг. 9), состоящую из блоков 2, 3, 6, 10, 11 и 16 можно организовать программным путем на персональном компьютере типа IBM PS. In addition, the structural diagram (Fig. 9), consisting of blocks 2, 3, 6, 10, 11 and 16, can be organized programmatically on a personal computer such as IBM PS.

Из теории аппертурного синтеза известно, что область разрешения для сигнала без модуляции (зондирование монохроматическим сигналом) имеет вид кольца, симметричного относительно траектории движения приемника. Такая область разрешения позволяет организовать сканирование окружающего пространства не прибегая к модуляции зондирующего сигнала с очень высоким разpешением фиг. 6. При этом пространство вокруг приемника движущейся СБР разбивается на кольцевые области разрешения, как показано на фиг. 5. Для того, чтобы получить изображение объекта в плоскости картографирования фиг. 7, необходимо локализовать излучение и прием в плоскости картографирования. Это необходимо особенно при получении томограммы сечения внутренних органов человека. It is known from the theory of aperture synthesis that the resolution region for a signal without modulation (probing with a monochromatic signal) has the form of a ring symmetrical with respect to the trajectory of the receiver. Such a resolution region allows you to organize a scan of the surrounding space without resorting to modulation of the probe signal with a very high resolution of FIG. 6. In this case, the space around the receiver of the moving RRF is divided into annular resolution regions, as shown in FIG. 5. In order to obtain an image of an object in the mapping plane of FIG. 7, it is necessary to localize the radiation and reception in the mapping plane. This is especially necessary when obtaining a tomogram section of the internal organs of a person.

Подробнее остановимся на техническом решении задачи получения картограммы сечения объектов на близком расстоянии. Let us dwell in more detail on the technical solution of the problem of obtaining a cartogram of a section of objects at close range.

Картографирование в радиодиапазоне осуществляется в два этапа. Первый этап состоит в получении сигнала биений между зондирующим и отраженными сигналами (допплеровского сигнала). Mapping in the radio range is carried out in two stages. The first step is to obtain a beat signal between the probing and reflected signals (Doppler signal).

Технически допплеровский сигнал получается в приемнике СБР при смешивании зондирующего и отраженного сигналов на нелинейном элементе после фильтрации разностного сигнала биений. Technically, the Doppler signal is obtained in the RRB receiver by mixing the probe and reflected signals on a nonlinear element after filtering the difference signal of the beats.

Затем этот сигнал вводится в цифровую вычислительную машину (ЦВМ) для чего производится дискретизация допплеровского сигнала в соответствии с теоремой Котельникова и преобразование с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в цифровые отсчеты. Then this signal is input into a digital computer (digital computer) for which the Doppler signal is discretized in accordance with the Kotelnikov theorem and converted using an analog-to-digital converter (ADC) into digital samples.

Аналогично получается сигнал биений в ультразвуковом диапазоне при локации внутренних органов человека. Для этого приемником с излучателем ультразвуковых колебаний проводят с постоянной скоростью по поверхности тела человека над диагностируемыми органами и полученный сигнал биений регистрируют на магнитную ленту или непосредственно через АЦП вводят в память ЦВМ в виде цифровых отсчетов. Similarly, a beating signal is obtained in the ultrasonic range when locating the internal organs of a person. To do this, the receiver with the emitter of ultrasonic vibrations is carried out at a constant speed over the surface of the human body over the diagnosed organs and the received beat signal is recorded on magnetic tape or directly through the ADC is entered into the memory of a digital computer in the form of digital readings.

Второй этап состоит в том, что программным путем производится обработка введенного допплеровского сигнала и построение картограммы или томограммы сечения объекта. The second stage consists in the fact that the input Doppler signal is processed programmatically and the cartogram or tomogram of the section of the object is constructed.

Ниже приводится алгоритм обработки сигнала биений и построения картограммы сечения объектов или томограммы сечения внутренних органов для активного метода локации. The following is an algorithm for processing the beat signal and constructing a cartogram of a section of objects or a tomogram of a section of internal organs for the active location method.

Исходными данными для программы являются длина волны зондирующего сигнала и относительная скорость движения vот.The initial data for the program are the wavelength of the probe signal and the relative velocity v of .

1. Задаются минимальным и максимальным промахами amax и amin и разрешением по промаху а.1. Defined by the minimum and maximum misses a max and a min and the miss resolution a.

2. Определяют необходимую длину синтезированной апертуры D (расстояние по траектории, на котором происходит синтезирование апертуры), обеспечивающей требуемое разрешение

Figure 00000010

3. Определяется число отсчетов сигнала на интервале синтезирования апертуры D
Figure 00000011
,
где DT л/5•vот.2. Determine the required length of the synthesized aperture D (distance along the trajectory at which the synthesis of the aperture takes place), providing the required resolution
Figure 00000010

3. The number of signal samples in the aperture synthesis interval D is determined
Figure 00000011
,
where DT l / 5 • v from .

4. Выбирается окончательное число отсчетов в соответствии числом отсчетов БПФ. 4. The final number of samples is selected according to the number of FFT samples.

N 2м, где м 1,2,3,4,5. N*<N
Чем больше число отсчетов N, тем больше длина синтезированной апертуры, тем больше разрешение по промаху.
N 2 m , where m 1,2,3,4,5. N * <N
The larger the number of samples N, the greater the length of the synthesized aperture, the greater the miss resolution.

5. Определяется число промахов К (число строк развертки изображения)

Figure 00000012

6. Определяется начальное расстояние по траектории, с которого начинается синтезирование апертуры для каждого промаха
Figure 00000013

7. Определяется время синтезирования апертуры
To DT * (N+1)
8. Определяется коэффициент АК1, учитывающий мощность зондирующего сигнала Ризл, отражающие свойства объекта б, диаграммы приемной и передающей антенн Gпр, Gизл
Figure 00000014

9. Определяются отсчеты дальности для каждого из К опорных сигналов
Figure 00000015
,
где I 1, 2, 3, 4, 5, N
10. Каждая из К опорных сигналов определяется по формуле
Si= (AK1/R 4 i )•cos((4•n)•Ri)•(ai/amax)γ,
где γ коэффициент, выравнивающий амплитуды сигналов, пришедших с разных дальностей.5. The number of misses K (the number of scan lines of the image) is determined
Figure 00000012

6. The initial distance along the trajectory from which the synthesis of the aperture for each miss begins is determined
Figure 00000013

7. The aperture synthesis time is determined
T o DT * (N + 1)
8. The coefficient AK 1 is determined taking into account the power of the probing signal P rad , reflecting the properties of the object b, the diagrams of the receiving and transmitting antennas G CR , G rad
Figure 00000014

9. The range samples for each of the K reference signals are determined.
Figure 00000015
,
where I 1, 2, 3, 4, 5, N
10. Each of the K reference signals is determined by the formula
S i = (AK 1 / R 4 i ) • cos ((4 • n) • R i ) • (a i / amax) γ ,
where γ is a coefficient equalizing the amplitudes of signals arriving from different ranges.

11. Берут N-первых отсчетов сигнала биений и производят см ним БПФ. 11. Take the N-first samples of the beat signal and produce FFT with it.

12. Производится N-отсчетов БПФ от опорного сигнала, в результате получают его спектр. 12. N-samples of the FFT from the reference signal are produced; as a result, its spectrum is obtained.

13. Перемножаются одноименные отсчеты спектров опорного сигнала и сигнала биений. 13. The same samples of the spectra of the reference signal and the beat signal are multiplied.

14. Производится обратное БПФ от результата перемножения отсчетов и получают свернутый сигнал состоящий из 2*N отсчетов. 14. The inverse FFT is produced from the result of the multiplication of samples and a convoluted signal consisting of 2 * N samples is received.

Берут только N-ый отсчет полученного сигнала свертки. Only the Nth sample of the received convolution signal is taken.

15. Снова берется выборка из N-отсчетов сигнала биений, сдвигается на 1 или несколько отсчетов и повторяется свертка по пп. 11 -14 и вновь берется только N-ый отсчет из полученного сигнала свертки. 15. Again, a sample of the N-samples of the beat signal is taken, shifted by 1 or more samples, and the convolution is repeated according to paragraphs. 11-14 and again only the Nth sample is taken from the received convolution signal.

Таким образом из N-ых отсчетов каждой свертки образуются дискретные отсчеты сигнала скользящей свертки, то есть совокупность операций 11 15 называется скользящей сверткой. Thus, from the N-th samples of each convolution, discrete samples of the signal of the rolling convolution are formed, that is, the set of operations 11 15 is called the sliding convolution.

16. Описанный процесс пп. 9 16 повторяется для всех К-опорных сигналов и получают К-сигналов скользящей свертки. Операция скользящей свертки подобно операции стробирования по времени (дальности) позволяет распределить принятый сигнал биений по различным дальностям (промахам). 16. The described process of paragraphs. 9-16 is repeated for all K-reference signals and K-signals of the rolling convolution are received. The sliding convolution operation, like the gating operation by time (range), allows you to distribute the received beat signal over different ranges (misses).

17. Из всех К-полученных сигналов скользящей свертки находят отсчет с максимальным значением амплитуды. 17. Of all the K-received signals of the rolling convolution, a reference is found with the maximum value of the amplitude.

18. Задаются уровнем от найденного значения 0,1 0,9 и находят минимальное значение амплитуды, соответствующее нижней границе контрастности
Amin Amax • (0,1 0,9),
где А амплитуда сигнала.
18. They are set by the level from the found value of 0.1 0.9 and find the minimum value of the amplitude corresponding to the lower limit of contrast
A min A max • (0.1 0.9),
where A is the amplitude of the signal.

19. Задаются числом градаций контрастности L и производят разбиение интервала от Amax до Amin на L-уровней.19. Set the number of gradations of contrast L and partition the interval from A max to A min into L-levels.

20. Производят сортировку отсчетов каждого из К-сигналов скользящей свертки по уровням контрастности L с присвоением каждому отсчету определенного контрастного символа или цвета в зависимости от уровня амплитуды. В результате происходит перекодировка отсчетов амплитуды сигналов скользящей свертки в контрастные символы или цвета для каждого К-го промаха. Операции 17 20 есть по существу одна операция перекодировки амплитуды сигналов в контрастные символы. 20. Sort the samples of each of the K-signals of the rolling convolution according to the level of contrast L with the assignment to each sample of a certain contrast symbol or color depending on the level of amplitude. As a result, the samples of the amplitude of the signals of the rolling convolution are transcoded into contrasting symbols or colors for each Kth miss. Operation 17-20 is essentially one operation of transcoding the amplitude of the signals into contrast symbols.

21. Разворачивают все К-сигналов в виде параллельных строк из контрастных символов и получают картину сечения объекта фиг. 7 или томограмму внутренних органов человека. 21. Expand all the K-signals in the form of parallel lines of contrasting symbols and get a picture of the cross section of the object of FIG. 7 or a tomogram of the internal organs of a person.

Тот же алгоритм сохраняется и при полуактивном методе локации. Небольшое отличие будет лишь в математической записи опорных сигналов
Si= ((AK2/Ri)•cos((2•n/л)•Ri)•(ai/amax)b,
где

Figure 00000016
;
где Rизл расстояние от подсчитывающего излучателя до картографируемого объекта;
β коэффициент, компенсирующий изменение амплитуды сигнала при различных промахах.The same algorithm is preserved with the semi-active location method. A slight difference will only be in the mathematical recording of reference signals
S i = ((AK 2 / R i ) • cos ((2 • n / l) • R i ) • (a i / amax) b ,
Where
Figure 00000016
;
wherein R rad counting the distance from the source to the object being mapped;
β coefficient, compensating for the change in the amplitude of the signal for various misses.

Устройство на фиг. 9, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. The device of FIG. 9, implementing the proposed method, works as follows.

Принятый приемником 1 непрерывный сигнал после смешивания его с зондирующим сигналом получателя 17 преобразуется в сигнал биений (допплеровский сигнал). Сигнал биений подвергается дискретизации и преобразованию из аналогового в цифровой с помощью АЦП 18. В блок памяти 2 засылаются первые N-отсчетов и с помощью блока БПФ 3 преобразуются в 2•N-отсчетов спектра. Далее распределение сигнала биений по каналам дальности осуществляется с помощью скользящей свертки, т. е. благодаря умножения в блоке 4 отсчетов спектра сигнала биений на спектральные коэффициенты опорного сигнала и ОБПФ в блоке 5. Спектральные коэффициенты опорного сигнала получаются в блоках 10 и 11. В блоке 11 формируются отсчеты опорного сигнала по заранее предусмотренному алгоритму в соответствии с математической записью, приведенной в формуле изобретения, а в блоке 10 эти отсчеты преобразуются в спектральные коэффициенты с помощью БПФ. The continuous signal received by the receiver 1, after mixing it with the probing signal of the receiver 17, is converted into a beat signal (Doppler signal). The beat signal is sampled and converted from analog to digital using ADC 18. The first N-samples are sent to memory block 2 and converted into 2 • N-samples of the spectrum using FFT block 3. Further, the distribution of the beat signal over the range channels is carried out using a sliding convolution, that is, by multiplying in the block 4 samples of the spectrum of the beat signal by the spectral coefficients of the reference signal and IFFT in block 5. The spectral coefficients of the reference signal are obtained in blocks 10 and 11. In the block 11, the samples of the reference signal are formed according to a predetermined algorithm in accordance with the mathematical notation given in the claims, and in block 10 these samples are converted into spectral coefficients using BP F.

Комплексные отсчеты свертки в блоке 6 преобразуются в действительные отсчеты, то есть определяется модуль комплексных отсчетов. Complex convolution samples in block 6 are converted into real samples, that is, the module of complex samples is determined.

Блок 16 при построении изображения использует только N-ые отсчеты свертки. Затем в память 2 заносится повторно выборка входного сигнала из N-отсчетов со сдвигом на 1 или несколько отсчетов и производится свертка сдвинутого сигнала в блоках 3, 4, 5, 6, 10 и 11 и вновь в 16-ом блоке выбирается только N-ый отсчет для построения изображения. Block 16, when constructing an image, uses only the Nth convolution samples. Then, the input signal is re-sampled from memory N from the N-samples with a shift of 1 or several samples and the shifted signal is convolved in blocks 3, 4, 5, 6, 10, and 11, and again only the Nth block is selected in the 16th block countdown for image building.

В результате для построения изображения в 16-ом блоке образуется сигнал скользящей свертки, состоящий из N-ых отсчетов сверток. Далее происходит перекодировка отсчетов амплитуды сигналов скользящей свертки в контрастные или цветовые символы и печатающее устройство на движущейся бумаге производит печать по строкам перекодированных сигналов. В результате разворачивается картограмма исследуемого объекта. As a result, to build an image in the 16th block, a signal of convolution convolution is formed, consisting of N-th convolution samples. Then, the samples of the amplitude of the signals of the rolling convolution are transcoded into contrasting or color symbols, and the printing device on moving paper prints along the lines of the encoded signals. As a result, the cartogram of the object under investigation unfolds.

В основе картографирования по предлагаемому способу лежит свойство синтезированной апертуры фокусироваться на определенную дальность. Предполагается использовать свойство синтезированной апертуры разрешать предметы на разной удаленности от траектории движения приемника (см. Караваев В. В. Сазонов В. В. Основы синтезированных антенн. М. Сов. радио, 1974, с. 14, 2-й абзац). На с. 15 (1-й абзац) говорится, что в дальней радиолокации разрешение по дальности с помощью апертурного синтеза реализовать практически невозможно из-за большого отношения Ro/D, где Ro дальность до цели; D длина участка траектории, на котором осуществляется синтезирование апертуры.The mapping based on the proposed method is based on the property of the synthesized aperture to focus on a certain range. It is supposed to use the property of the synthesized aperture to allow objects at different distances from the trajectory of the receiver (see Karavaev V.V. Sazonov V.V. Fundamentals of synthesized antennas. M. Sov. Radio, 1974, p. 14, 2nd paragraph). On p. 15 (the first paragraph) states that in the long-range radar, range resolution using aperture synthesis is practically impossible to realize due to the large ratio R o / D, where R o is the distance to the target; D is the length of the section of the trajectory on which the synthesis of the aperture is carried out.

В связи с этим прибегают к импульсной модуляции зондирующего сигнала для создания возможности разрешения по дальности. In this regard, they resort to pulse modulation of the probe signal to create the possibility of range resolution.

В ближней радиолокации отношение Ro/D мало и поэтому ограничения на разрешение по дальности с помощью апертурного синтеза не существуют, и можно обойтись без применения импульсной модуляции зондирующего сигнала, т. е. для зондирования пригоден непрерывный монохроматический сигнал.In near radar, the R o / D ratio is small and therefore there are no restrictions on range resolution using aperture synthesis, and you can do without using pulsed modulation of the probe signal, i.e., a continuous monochromatic signal is suitable for sounding.

Проиллюстрируем преимущества в разрешающей способности по дальности предлагаемого метода по сравнению с известным импульсным методом. We illustrate the advantages in the range of the proposed method in comparison with the known pulsed method.

Зададимся длиной волны л 3 см. Тогда достижимое разрешение по дальности DR импульсного метода с учетом того, что длительность зондирующего импульса должна содержать не менее 200 периодов несущей частоты, составит
R = c•τ = c•200•Tнес•200•л = 6 м,,
где Тнес период несущей частоты зондирующего сигнала.
We set the wavelength l 3 cm. Then the achievable range resolution DR of the pulse method, taking into account the fact that the duration of the probe pulse must contain at least 200 periods of the carrier frequency, will
R = c • τ = c • 200 • T carried • 200 • l = 6 m ,,
where T carried the period of the carrier frequency of the probe signal.

Для разрешающей способности по дальности, получаемой с помощью синтезированной апертуры, будем иметь
ΔR = 0,8•л•R 2 o /D2
(см. Караваев В. В. Сазонов В. В. Основы теории синтезированных антенн, с. 55, формула 2.42), где D v*Т путь по траектории, пройденный приемником за время Т синтезирования апертуры, т. е. за время наблюдения допплеровского сигнала. Тогда при Ro<= 50 м, D 25 м, л 3 см
ΔR = 0,8•л•(R 2 o /D2)=0,8•3•(50/25)2 = 9,6 см,,
а при
Ro= 1 м. ΔR =0,8•3•(1/25)2 = 4•10-3 см
Такое разрешение по дальности не достижимо с помощью импульсного зондирующего сигнала.
For the range resolution obtained using the synthesized aperture, we will have
ΔR = 0.8 • l • R 2 o / D 2
(see Karavaev V.V. Sazonov V.V. Fundamentals of the theory of synthesized antennas, p. 55, formula 2.42), where D vot * T is the path along the path traveled by the receiver during the time T of synthesizing the aperture, i.e., during Doppler signal observations. Then when R o <= 50 m, D 25 m, l 3 cm
ΔR = 0.8 • l • (R 2 o / D 2 ) = 0.8 • 3 • (50/25) 2 = 9.6 cm,
and when
R o = 1 m. ΔR = 0.8 • 3 • (1/25) 2 = 4 • 10 -3 cm
This range resolution is not achievable with a pulsed probe signal.

Возьмем формулу для разрешающей способности по дальности при апертурном синтезе
ΔR = 0,8•л•(Ro/D)2.
Перейдем к обозначениям, используемым в материалах заявки
Δa = 0,8•л•(ai/D)2,,
-где D длина синтезированной апертуры антенны.
Take the formula for range resolution in aperture synthesis
ΔR = 0.8 • l • (R o / D) 2 .
Let's move on to the notation used in the application materials.
Δa = 0.8 • l • (a i / D) 2 ,,
- where D is the length of the synthesized aperture of the antenna.

Из формулы видно, что для того, чтобы разрешение Δa оставалось одинаковым при любых дальностях а, необходимо поддерживать постоянным отношение ai/D.It can be seen from the formula that in order for the resolution Δa to remain the same at any ranges a, the ratio a i / D must be kept constant.

Для этого необходимо, чтобы D изменялось пропорционально аi, т. е. преобразовав последнее выражение, получим

Figure 00000017

Поскольку длина синтезированной апертуры Di определяется числом отсчетов опорного сигнала, то определим необходимое число отсчетов Ni, обеспечивающих эту длину
Figure 00000018
,
где DT л/5 • vот
Таким образом, если необходимо иметь постоянное разрешение Δa на всех удалениях ai, то следует пропорционально ai увеличивать длину синтезированной апертуры согласно выражения
Figure 00000019
,
а число отсчетов БПФ нужно выбирать в зависимости от Di согласно выражения
Figure 00000020

Так как все алгоритмы БПФ работают с числом отсчетов N=2м, т. е. отсутствуют алгоритмы БПФ на произвольное число отсчетов, то следует брать число отсчетов БПФ с запасом Nбпф > Ni, располагая выборку из отсчетов сигнала посередине выборки отсчетов БПФ, обнуляя лишние отсчеты Mбпф на концах.For this, it is necessary that D change proportionally to a i , i.e., transforming the last expression, we obtain
Figure 00000017

Since the length of the synthesized aperture D i is determined by the number of samples of the reference signal, we determine the necessary number of samples N i providing this length
Figure 00000018
,
where DT l / 5 • v from
Thus, if it is necessary to have a constant resolution Δa at all distances a i , then the length of the synthesized aperture should be increased proportionally to a i according to the expression
Figure 00000019
,
and the number of FFT samples must be selected depending on D i according to the expression
Figure 00000020

Since all FFT algorithms work with the number of samples N = 2 m , i.e., there are no FFT algorithms for an arbitrary number of samples, you should take the number of FFT samples with a margin of N FFT > N i , placing the sample from the signal samples in the middle of the sample of FFT samples, zeroing the extra M ff counts at the ends.

Использование новых операций, в частности зондирование непрерывным монохроматическим сигналом, распределение по дальности допплеровского сигнала с помощью скользящей свертки, перекодировка сигналов скользящей свертки в контрастные символы и их развертка в координатах промаха и расстояния по траектории, а также направленное зондирование и прием в плоскости, проходящей через картографируемый объект и траекторию движения приемника, позволяет повысить разрешающую способность при картографировании на малых и сверх малых дальностях, а также при снятии томограммы внутренних органов человека. Using new operations, in particular, probing with a continuous monochromatic signal, distributing the range of the Doppler signal using a sliding convolution, transcoding the signals of the sliding convolution into contrast symbols and their sweep in the coordinates of the miss and distance along the path, as well as directional sensing and reception in the plane passing through the mapped object and the trajectory of the receiver, allows you to increase the resolution when mapping at small and ultra short distances, and Also, if you removed tomograms of internal organs.

Более детальное картографирование с высоким разрешением отдельных элементов необходимо для лучшего распознавания объектов и более точной диагностики по построенной томограмме. More detailed mapping with high resolution of individual elements is necessary for better recognition of objects and more accurate diagnostics using the constructed tomogram.

Кроме того, упрощаются приемо-передающие блоки, потому что становятся ненужными модуляторы и сложные широкополосные приемники. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8 ЫЫЫ10 In addition, receiving and transmitting units are simplified because modulators and complex broadband receivers become unnecessary. YYY2 YYY4 YYY6 YYY8 YYY10

Claims (3)

1. Способ картографирования с помощью синтезированной апертуры, заключающийся в излучении зондирующего сигнала, приеме отраженного сигнала, выделении сигнала биений между зондирующим и отраженным сигналами, формировании опорного сигнала, распределении сигнала биений по К дальностям, отличающийся тем, что зондирование производят непрерывным монохроматическим сигналом, распределение сигнала биений по К дальностям осуществляют путем скользящей свертки сигнала биений с каждым из К сформированных опорных сигналов, для чего над N первыми цифровыми отсчетами дискретного сигнала биений производят быстрое преобразование Фурье (БПФ), определяют цифровые отсчеты для каждого i-го из К опорных сигналов по формуле
Si= (AK1/R 4 i )•cos(4•π•Ri/λ)•(ai/amax)2,
где i 1, 2, 3, 4, 5, К, К число дальностей
Figure 00000021

Figure 00000022

i 1, 2, 3, 4, 5, N;
1 номер отсчета опорного сигнала;
N число отсчетов опорного сигнала;
ai конкретное удаление от траектории движения приемника;
DT интервал дискретизации по времени
(ALN)i= ai/tgΦcp+(N/2)•DT
начальное расстояние синтезирования апертуры антенны;
T0 DT • (N + 1) время синтезирования апертуры;
λ длина волны;
vcp средний угол диаграммы направленности передающей и приемной антенн;
Gпр, Gизл коэффициенты направленного действия приемной и излучающей антенн;
δ эффективная отражающая поверхность картографируемого объекта;
Pизл излучаемая мощность,
затем осуществляют БПФ каждого i-го опорного сигнала, перемножают одноименные отсчеты спектров опорного сигнала и сигнала биений, осуществляют обратное БПФ результата перемножения, из полученного свернутого сигнала, состоящего из 2N отсчетов, выбирают только N-й отсчет, новую выборку из N отсчетов сигнала биений сдвигают на один отсчет, повторяют описанные операции свертки и выбирают только N-й отсчет, далее из N-х отсчетов каждой свертки образуют отсчеты сигнала скользящей свертки, процесс получения скользящей свертки повторяют для всех К опорных сигналов, после чего К полученных дискретных сигналов скользящей свертки, каждый из которых соответствует конкретному удалению от траектории движения приемника, преобразуют в изображение.
1. A method of mapping using a synthesized aperture, which consists in emitting a sounding signal, receiving a reflected signal, extracting a beat signal between the probing and reflected signals, generating a reference signal, distributing the beat signal over K ranges, characterized in that the sounding is performed by a continuous monochromatic signal, distribution the beat signal at K ranges is carried out by sliding convolution of the beat signal with each of the K generated reference signals, for which over N the first digital samples of a discrete beat signal produce a fast Fourier transform (FFT), determine digital samples for each i-th of the K reference signals according to the formula
S i = (AK 1 / R 4 i ) • cos (4 • π • R i / λ) • (a i / a max ) 2 ,
where i 1, 2, 3, 4, 5, K, K the number of ranges
Figure 00000021

Figure 00000022

i 1, 2, 3, 4, 5, N;
1 reference signal reference number;
N is the number of samples of the reference signal;
a i specific distance from the trajectory of the receiver;
DT time sampling interval
(ALN) i = a i / tgΦ cp + (N / 2) • DT
the initial distance of the synthesis of the antenna aperture;
T0 DT • (N + 1) aperture synthesis time;
λ wavelength;
v cp is the average beam angle of the transmitting and receiving antennas;
P G p, G and L coefficients of directional receiving and radiating antennas;
δ effective reflective surface of the mapped object;
P EM radiated power
then, the FFT of each i-th reference signal is performed, the same samples of the spectra of the reference signal and the beat signal are multiplied, the FFT of the multiplication result is inverse, from the obtained convoluted signal consisting of 2N samples, only the N-th sample is selected, a new sample of N samples of the beat signal shift by one sample, repeat the described convolution operations and select only the N-th sample, then from the N-x samples of each convolution form the samples of the signal of the rolling convolution, the process of obtaining the sliding convolution is repeated for all K reference signals, after which K received discrete signals of the rolling convolution, each of which corresponds to a specific distance from the trajectory of the receiver, is converted into an image.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зондирование и прием осуществляют в направлении секущей плоскости, проходящей через картографируемый объект и траекторию движения приемника. 2. The method according to claim 1, characterized in that the sensing and reception are carried out in the direction of the secant plane passing through the mapped object and the trajectory of the receiver. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что число отсчетов Ni опорного сигнала на каждой дальности берут пропорционально конкретному удалению от траектории ai по формуле
Figure 00000023

при этом число отсчетов БПФ NБПФ должно быть больше числа отсчетов Ni опорного сигнала, для чего располагают выборку из отсчетов опорного сигнала посередине выборки отсчетов БПФ, обнуляя лишние отсчеты NБПФ на концах выборки сигнала биений, а начальное расстояние синтезирования апертуры антенны берут равным
(ALN)i= ai/tgΦcp+(Ni•DT/2)
3. The method according to claim 1, characterized in that the number of samples N i of the reference signal at each range is taken in proportion to the specific distance from the path a i according to the formula
Figure 00000023

the number of FFT samples N B P F must be greater than the number of samples N i of the reference signal, for which a sample of the samples of the reference signal is located in the middle of the sample of FFT samples, zeroing the extra samples N B P F at the ends of the beat signal sample, and the initial aperture synthesis distance antennas are taken equal
(ALN) i = a i / tgΦ cp + (N i • DT / 2)
RU93008773A 1993-02-16 1993-02-16 Method of map-making with the aid of synthetic aperture RU2066060C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93008773A RU2066060C1 (en) 1993-02-16 1993-02-16 Method of map-making with the aid of synthetic aperture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93008773A RU2066060C1 (en) 1993-02-16 1993-02-16 Method of map-making with the aid of synthetic aperture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93008773A RU93008773A (en) 1995-04-20
RU2066060C1 true RU2066060C1 (en) 1996-08-27

Family

ID=20137348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93008773A RU2066060C1 (en) 1993-02-16 1993-02-16 Method of map-making with the aid of synthetic aperture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2066060C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2511216C1 (en) * 2012-12-17 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station
RU2554086C2 (en) * 2014-03-31 2015-06-27 Анатолий Тимофеевич Корабельников Method to analyse planets
RU2710021C1 (en) * 2019-05-29 2019-12-24 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Method of mapping using aperture synthesis
RU2728512C1 (en) * 2019-07-25 2020-07-30 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Method of mapping using circular antenna array
CN112799063A (en) * 2020-12-25 2021-05-14 北京环境特性研究所 Double-station scattering center modeling method based on bounce ray method
RU2798822C1 (en) * 2022-10-28 2023-06-28 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for mapping the earth's surface by an airborne radar station with antenna array

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Реутов А.П. и др. Радиолокационные станции бокового обзора.- М.: Сов. радио, 1970, с. 98 - 107. 2. Антипов В.Н., Горяинов В.Г. и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны.- М.: Радио и связь, 1988, с.61, рис.28. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2511216C1 (en) * 2012-12-17 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station
RU2554086C2 (en) * 2014-03-31 2015-06-27 Анатолий Тимофеевич Корабельников Method to analyse planets
RU2710021C1 (en) * 2019-05-29 2019-12-24 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Method of mapping using aperture synthesis
RU2728512C1 (en) * 2019-07-25 2020-07-30 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Method of mapping using circular antenna array
CN112799063A (en) * 2020-12-25 2021-05-14 北京环境特性研究所 Double-station scattering center modeling method based on bounce ray method
CN112799063B (en) * 2020-12-25 2023-11-14 北京环境特性研究所 Double-station scattering center modeling method based on bouncing ray method
RU2798822C1 (en) * 2022-10-28 2023-06-28 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for mapping the earth's surface by an airborne radar station with antenna array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5170170A (en) Radiation imaging utilizing data reconstruction to provide transforms which accurately reflect wave propagation characteristics
EP0473959B1 (en) Method of transforming a multi-beam sonar image
CA1277749C (en) High resolution imaging doppler interferometer
O'Donnell Coded excitation system for improving the penetration of real-time phased-array imaging systems
US4237737A (en) Ultrasonic imaging system
US4929951A (en) Apparatus and method for transform space scanning imaging
US8038620B2 (en) Fresnel zone imaging system and method
CN104414687A (en) Ultrasonic measurement apparatus, ultrasonic imaging apparatus, and ultrasonic measurement method
US5966169A (en) Three dimensional beamformed television
WO1993012444A2 (en) Synthetic aperture ultrasound imaging system
JP2000157548A (en) Method and system for imaging ultrasonic wave scattered body
JP6179940B2 (en) Doppler imaging signal transmitter, Doppler imaging signal receiver, Doppler imaging system and method
EP0101509A1 (en) Ultrasonic transducers.
JPH09103431A (en) Ultrasonic diagnostic device
Lu Limited diffraction array beams
RU2066060C1 (en) Method of map-making with the aid of synthetic aperture
US4688430A (en) Device for imaging three dimensions with a single pulse transmission
US5476098A (en) Partially coherent imaging for large-aperture phased arrays
Ahmad et al. Coarray analysis of the wide-band point spread function for active array imaging
Burckhardt et al. Methods for increasing the lateral resolution of B-scan
US5390676A (en) Ultrasonic flowmeter
RU2624607C1 (en) Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment
US4157665A (en) Formation of acoustical images
JP3018300B2 (en) Vector velocity measurement device for objects using ultrasonic waves
JP2004113693A (en) Ultrasonic imaging instrument and ultrasonic imaging method