RU2085834C1 - Способ холина получения изображения динамического объекта и определения его ориентации - Google Patents

Abstract

Цель изобретения - получение качественного, равномасштабного изображения удаленных объектов и повышение точности определения ориентации объекта. Осуществляют прием рассеянного объектом поля в двух пунктах, измеряют вектор

скорости смещения амплитудно-фазового распределения поля, располагают приемные пункты вдоль вектора

, в каждом пункте формируют комплексный дальностно-доплеровский образ объекта, причем в пункте, расположенном вдоль вектора

, с задержкой на τ =а/V, где а - расстояние между пунктами, вычисляют взаимную корреляцию комплексных сгибающих в соответствующих элементах разрешения двух образов, вычисляют размеры элементов разрешения по дальности и частоте в единицах длины, получают искомое равномасштабное изображение, ставя в соответствие каждому элементу разрешения найденные значения коэффициентов корреляции, ориентируют плоскость изображения так, чтобы направление частотной оси было прямо противоположно вектору

Description

Изобретение предназначено для получения изображения ориентации удаленных динамических объектов, совершающих в общем случае сложное вращательно-поступательное движение, например, планет, их спутников, астероидов и т.п.

Наиболее близким к предложенному является способ получения изображения объекта и определение его ориентации, заключающийся в том, что облучают объект когерентным излучением с длиной волны λ, регистрируют отраженное объектом волновое поле в приемном пункте, формируют образ объекта в виде значений комплексных амплитуд отраженного сигнала, соответствующих элементам разрешения объекта, одной из осей координат образа которого служит ось доплеровских частот f, формируют изображение объекта и судят об его ориентации.

Однако данный способ характеризуется недостаточным отношением сигнал/шум и не позволяет получить равномасштабное по осям изображение, т.к. положение частотной оси и ее масштаб в единицах длины неизвестны.

Цель изобретения получение более качественных изображений удаленных объектов с равным масштабом по осям и точного определения его ориентации.

Цель достигается тем, что при облучении поверхности объекта определяют направление и абсолютную величину V вектора скорости смещения распределения отраженного сигнала, вызванного движением объекта, устанавливают второй приемный пункт в направлении вектора смещения на базовом расстоянии a от первого, регистрируют отраженный сигнал во втором пункте и формируют с задержкой, равной временному сдвигу tа/V, второй образ объекта измеряют дальность R до объекта, определяют размер db элемента разрешения вдоль частотности в единицах длины по формуле

, где δf размер элемента разрешения в единицах частоты, формируют равномасштабное в единицах длины изображения объекта из коэффициента взаимной корреляции комплексных амплитуд для соответствующих элементов разрешения образов, полученных в каждом пункте приема, ориентируют плоскость изображения таким образом, что направление его частной оси прямо противоположно вектору смещения, и по сориентированному изображению судят об ориентации объекта.

Способ реализуют следующим образом. Облучают поверхность динамического объекта источником модулированного когерентного излучения. Модуляция необходима для получения разрешения по дальности. Рассеянное объектом поле принимают двумя антеннами, разнесенными на базовое расстояние a, при этом поскольку объект является удаленным, апертуры приемных антенн не обеспечивают пространственного разрешения объекта. Измеряют вектор

скорости смещения амплитудно-фазового распределения (АФР) рассеянного спекл-поля в плоскости приемной апертуры. Располагают приемные антенны вдоль измеренного вектора скорости смещения АФР. Далее в первом пункте приема традиционным способом формируют каналы разрешения по дальности и доплеровской частоте, при этом в каждом элементе разрешения получают комплексную огибающую сигнала, отраженного от соответствующего участка поверхности объекта, т.е. получают двумерный дальностро-доплеровский комплексный образ объекта, аналогично первому пункту принимают сигнал и получают двумерный комплексный образ объекта во втором пункте с временным сдвигом τа/V в направлении вектора

. Значение τ равно задержке смешения АФР поля между пунктами приема. Затем вычисляют взаимную корреляцию комплексных огибающих в соответствующих элементах разрешения дальностно-доплеровских образов в первом и втором пунктах путем перемножения соответствующих комплексных огибающих и интегрирования на интервале наблюдения. В результате того, что сигналы в разных пунктах коррелированы, а шумы независимы, последние при взаимной корреляции уничтожаются гораздо сильнее, чем при простом возведении в квадрат одной и той же смеси сигнала с шумом, как в прототипе. Действительно, путь S₁ и n₁ соответственно сигнал и шум в каком-либо элементе разрешения в первом пункте, а S₂ и n₂ в соответствующем элементе разрешения во втором пункте. Согласно прототипу значение изображения в рассматриваемом элементе разрешения равно

Из-за независимости сигнала и шума последнее слагаемое в этом выражении близко к нулю, поэтому отношение сигнал/шум равно

где P_c мощность сигнала;
σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{m}}$ мощность шума.

В предлагаемом способе выделенные комплексные огибающие в обоих пунктах одинаковые, т.е. S₁ S₂ и мы имеем

где все слагаемые, кроме полезного сигнала

близки к нулю из-за статической независимости n₁, n₂, S₁ (=S₂). Небольшой шум остается лишь из-за конечного времени усреднения. Таким образом, когерентная обработка обеспечивает гораздо более эффективное подавление шума, чем некогерентное усреднение в прототипе. В каждом элементе разрешения повышается отношение сигнал/шум и получается более качественное дальностно-доплеровское изображение удаленных объектов. Одновременно повышается обнаружительная способность, т. е. увеличивается дальность обнаружения новых объектов Солнечной системы. В соответствии с сегодняшним уровнем техники выигрыш в отношении сигнал/шум может достигать 20-100 раз и выше, что эквивалентно увеличению дальности в 2-4 раза.

Масштаб изображения вдоль оси дальности в единицах длины определяют как в прототипе

, где Δτ и DR задержка и соответствующее ей расстояние в направлении зондирования. Определяют масштаб изображения вдоль оси частот в единицах длины как

, а однозначное направление оси частот в тангенциальной плоскости в системе координат приемника как противоположное направлению вектора скорости смещения АФР рассеянного поля, где Δf масштаб частотной оси в единицах частоты, R известная или измеренная дальность, V скорость смещения АФР, λ длина волны зондирующего излучения. Сориентировав плоскость изображения так, чтобы частотная ось была прямо противоположна направлению вектора

, по дальностно-доплеровскому изображению судят об ориентации объекта традиционного оптического изображения.

Claims (1)

1. Способ получения изображения объекта и определения его ориентации, заключающийся в том, что облучают объект когерентным излучением с длиной волны λ, регистрируют отраженное объектом волновое поле в приемном пункте, формируют образ объекта в виде значений комплексных амплитуд отраженного сигнала, соответствующих элементам разрешения объекта, одной из осей координат образа которого служит ось допплеровких частот f, формируют изображение объекта и судят об его ориентации, отличающийся тем, что при облучении поверхности объекта, определяют направление и абсолютную величину v вектора скорости смещения распределения отраженного поля, вызванного движением объекта, устанавливают второй приемный пункт в направлении вектора смещения на базовом расстоянии a от первого, регистрируют отраженный сигнал во втором пункте и формируют с задержкой, равной временному сдвигу τ = a/v, второй образ объекта, измеряют дальность R до объекта, определяют размер δ_b элемента разрешения вдоль частотной оси в единицах длины по формуле

   

   где δ_f - размер элемента разрешения в единицах частоты, формируют равномасштабное в единицах длины изображение объекта из коэффициентов взаимной корреляции комплексных амплитуд для соответствующих элементов разрешения образов, полученных в каждом пункте приема, ориентируют плоскость изображения таким образом, что направление его частотной оси прямо противоположно вектору смещения, и по сориентированному изображению судят об ориентации объекта.