RU2168741C2 - Устройство для компенсации погрешностей движения для рлс с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (rosar) для вертолетов - Google Patents

Устройство для компенсации погрешностей движения для рлс с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (rosar) для вертолетов Download PDF

Info

Publication number
RU2168741C2
RU2168741C2 RU96115330/09A RU96115330A RU2168741C2 RU 2168741 C2 RU2168741 C2 RU 2168741C2 RU 96115330/09 A RU96115330/09 A RU 96115330/09A RU 96115330 A RU96115330 A RU 96115330A RU 2168741 C2 RU2168741 C2 RU 2168741C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
data
rosar
radar
interpolation
antenna
Prior art date
Application number
RU96115330/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96115330A (ru
Inventor
Клаузинг Хельмут
Вольфрамм Ариберт
Original Assignee
Даймлеркрайслер Аг
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 Даймлеркрайслер Аг filed Critical Даймлеркрайслер Аг
Publication of RU96115330A publication Critical patent/RU96115330A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2168741C2 publication Critical patent/RU2168741C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9019—Auto-focussing of the SAR signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9082—Rotating SAR [ROSAR]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для компенсации движения для РЛС с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (ROSAR) для вертолетов, которое обеспечивает управление их полетом в соответствии с радиолокационным изображением на основе ROSAR. Технический результат - улучшение качества этого изображения. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для компенсации погрешностей движения для РЛС с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (ROSAR) для вертолетов и управления их полетом, причем передающие и приемные антенны для передачи последовательности импульсов и приема отраженных импульсов установлены соответственно на вращающейся консоли, содержащему устройство для корреляции принятых сигналов с заданными опорными функциями для каждого интервала дальности, электронные модули для образования интервалов дальности, демодуляции и аналого-цифровой преобразователь.
Из патента ФРГ 3922086 и диссертации "Возможность реализации РЛС с синтезированной апертурой за счет вращающихся антенн" др.-инж. Гельмута Клаузинга - МВБ Publication, MBB-UA-1150-89 = OTN-029299, 1989 г., известна РЛС с передатчиком и приемником, а также антенной для передачи и приема импульсов РЛС, причем антенна установлена на конце вращающейся консоли, например, несущего винта вертолета или турникета, над осью несущего винта. Такая РЛС с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн носит название ROSAR. При этом принимаемые сигналы подвергают демодуляции, промежуточному хранению, а затем корреляции с опорными функциями. Эти опорные функции вычисляют или задают в зависимости от геометрии облучения РЛС. Вычисляемыми или задаваемыми параметрами являются измеряемые интервалы дальности, передаваемая частота, длина вращающегося плеча, диапазон углов вращения антенны, из которого принимают обратно сигналы, далее число передаваемых импульсов, а также высота вращающейся антенны над землей. Результат корреляции указывается затем, например, на мониторе.
Подобная РЛС может использоваться почти в реальном масштабе времени в режиме "он-лайн" не только в картографии для предупреждения о препятствиях или в качестве средства обеспечения посадки, но и для опознавания и сопровождения цели. Процессор этой известной РЛС ROSAR содержит несколько модулей для распределения многообразных и комплексных задач вычислений, а также для обеспечения работы в режиме "он-лайн". Результат получают для каждого интервала дальности всегда путем корреляции принимаемого сигнала с опорной функцией, действительной для этого интервала дальности.
Однако эта обработка сигналов ROSAR исходит из идеальной круговой траектории с постоянной угловой скоростью. Нельзя, однако, недооценивать тот факт, что концы лопастей совершают отличающиеся от правильной круговой траектории, а вследствие аэродинамических условий даже стохастические движения. Эти отклонения вызывают дополнительные доплеровские модуляции принимаемого сигнала. Опорную функцию вычисляют, однако, для плоского вращательного движения с постоянной угловой скоростью, из-за чего результат корреляции между принимаемым сигналом и опорной функцией оказывается "размытым". Чем больше отклонение от идеальной круговой траектории, тем хуже результат корреляции и тем самым горизонтальное разрешение.
В основе настоящего изобретения лежит задача создать устройство названного выше рода, с помощью которого для корреляции отклоняющиеся от идеальной круговой траектории движения лопастей несущего винта во время вращения замеряют в качестве погрешностей движения и в качестве реальных поправочных сигналов вводят в процессор, достигая таким образом значительного улучшения обработки сигналов и качества изображения.
Эта задача решается с помощью предложенного устройства для компенсации погрешностей движения для РЛС с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (ROSAR) для вертолетов и управления их полетом, причем передающие и приемные антенны для передачи последовательности импульсов и приема отраженных импульсов установлены соответственно на вращающейся консоли, содержащего устройство для корреляции принятых сигналов с заданными опорными функциями для каждого интервала дальности, электронные модули для образования интервалов дальности, демодуляции и аналого-цифровой преобразователь. Согласно изобретению процессор установки "ROSAR" включает электронный модуль для сжатия импульсов, данные которого, введенные аналого-цифровым преобразователем с модуля демодуляции, преобразуют посредством быстрого преобразования Фурье, сигналы электронного модуля для сжатия импульсов подают к электронному модулю для сдвига временного селектора, которому для точного сдвига временного селектора соответствует первый интерполяционный элемент, данные для компенсации амплитудных флуктуаций которого вводят в устройство скалярного умножения, а из него в запоминающее устройство большого объема или модуль для взаимной замены значений строк и колонок матрицы, выходные данные которого подают к второму интерполяционному элементу, а через устройство корреляции для компенсации сдвига данных за счет касательной составляющей скорости - к третьему интерполяционному элементу, при этом для преобразования комплексных данных в реальные амплитудные данные между блоком памяти с монитором процессора и третьим интерполяционным элементом включен детектирующий электронный модуль.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения введенные в электронный модуль данные уплотняются по методу линейной частотной демодуляции отраженного импульсного сигнала опорной функцией с его частотным смещением в зависимости от времени задержки по отношению к отраженному сигналу, совпадающему с опорной функцией.
При этом двумерную интерполяцию при обработке изображения РЛС производят посредством кубической свертки.
Согласно изобретению одномерную интерполяцию производят в направлении дальности, а в азимутальном направлении используют алгоритм для спектрального анализа с изменяющимся нарастанием доплеровского сигнала.
Следует отметить, что в устройстве по изобретению на конце несущего антенну турникета жестко закреплено устройство для измерения фазовых погрешностей, вызванных колебательными составляющими.
Далее изобретение поясняется описанием примера его выполнения с ссылкой на чертежи, на которых представлены:
на фиг. 1 - блок-схема описанного примера выполнения;
на фиг. 2a - диаграмма проекции движения антенны на поверхность Земли во время полуоборота без поступательного движения 50 узлов;
на фиг. 2b - диаграмма проекции движения антенны на поверхность Земли в течение времени интеграции без поступательного движения вертолета и со скоростью поступательного движения 50 узлов;
на фиг. 3a - схема трехмерного разложения скорости поступательного движения;
на фиг. 3b - схема векторного сложения касательных, составляющих скорости вертолета со скоростью антенны;
на фиг. 4 - схема сдвига светового пятна антенны на поверхность Земли за счет угла крена вертолета;
на фиг. 5 - схема сдвига светового пятна антенны на поверхности Земли за счет угла тангажа вертолета;
на фиг. 6 - блок-схема известного уровня техники.
В представленной на фиг. 1 блок - схеме процессору установки ROSAR соответствует электронный модуль 30 для сжатия импульсов, данные которого, введенные аналого-цифровым преобразователем 16, преобразуют посредством быстрого преобразования Фурье, сигналы этого электронного модуля 30 для сдвига индекса подают к электронному модулю 31 для сдвига временного селектора, которому для точного сдвига временного селектора соответствует интерполяционный элемент 32, данные которого для компенсации амплитудных флуктуаций вводят в устройство 33 скалярного умножения, а из него - в ЗУ большого объема или модуль 34 "Corner Turn", выходные данные которого подают к интерполяционному элементу 35, а через устройство 18 корреляции для компенсации сдвига данных за счет касательной составляющей скорости - ко второму интерполяционному модулю 36, при этом для преобразования комплексных данных в реальные амплитудные данные между ЗУ 18 с монитором 19 и интерполяционным модулем 36 включен детектирующий электронный модуль 37.
Для идентификации и классификации возникающих фазовых погрешностей вследствие отклонений от идеальной круговой траектории вращения лопастей несущего винта вертолета ниже описан пример выполнения со следующими параметрами.
Входные параметры
Частота вращения: fDreh 6,375 Гц
Угловая скорость: ω0 = 2π40,06 с-1•fDreh
Длина плеча антенны: L = 1,5 м
Скорость поступательного движения вертолета VH:
- мин. 10 узлов
- макс. 50 узлов
Угол раскрытия антенны по азимуту: γ = 45o
Угол обзора: 75o
Длина волны: λ = = 0,006666 м
Производные параметры
Продолжительность интегрирования: Ts = 19,61 мс
Скорость антенны: VA = 60,08 мс-1
Доплеровская ширина полосы частот (номинальная): ВD = 13795,8 Гц
Опорная функция (номинальная): 271 комплексных опорных точек.
Скорость поступательного движения вертолета создает наибольшие фазовые погрешности, которые необходимо компенсировать. Эта скорость поступательного движения очень сильно деформирует круговое движение антенн в спиралеобразное движение (циклоиду) на поверхность Земли. Уравнения движения приведены параметрически и гласят:
x = L•cos(ω0•t),
y = L•sin(ω0•t)+VH•t.
На фиг. 2a это движение показано в сравнении с идеальным круговым движением для полуокружности. Это означает, в зависимости от необходимого разрешения, что круговые шкалы дальности распределяются по более чем одному времени сканирования (ячейка разрешения) во время вращения турникета антенны.
На фиг. 2b изображено отклонение в течение продолжительности TS интегрирования, когда вертолет продвигается со входными параметрами вперед примерно на 0,5043 м. Следует еще указать, что рассматривается лишь скорость поступательного движения вертолета. Воздействие отдельных круговых шкал дальности зависит, конечно, от угла депрессии. Далее влияние на отдельные разрешаемые углы зависит также от азимутального угла вращения.
Поступательное движение вертолета оказывает на каждую ячейку разрешения воздействие, зависящее от угла депрессии (угол места) и угла вращения (азимут). На фиг. Зa изображена ситуация для любой точки на поверхности Земли. При этом скорость поступательного движения подвергается трехмерному разложению ее на составляющие в направлении наведения антенны и перпендикулярно ему в направлении ее вращения. Эквивалентным этому является изображение поверхности Земли, движущейся относительно вертолета, и вертолета, стоящего относительно поверхности Земли. При таком эквивалентном рассмотрении каждая точка на поверхности Земли имеет тогда индивидуальную радиальную (vHr) и касательную (vHt) составляющие скорости по отношению к вращающейся антенне, которые зависят от индивидуального угла депрессии и вращения.
Радиальная составляющая скорости поступательного движения (составляющая скорости в направлении наведения антенны) имеет относительно просто объясняемые воздействия. Она вызывает в приемнике доплеровский сдвиг принимаемого сигнала:
Figure 00000002

Этот доплеровский сдвиг является максимальным, когда антенна точно наведена в направлении полета вертолета и создает сигнал с частотой 7716,7 Гц. Доплеровский сдвиг принимаемого сигнала в частотном диапазоне соответствует пространственному сдвигу изображения. Если в данном случае исходить из ширины полосы передаваемых частот около 150 МГц, то мгновенная ширина полосы принимаемых частот в РЛС непрерывного излучения с частотной модуляцией (уплотняемых по методу линейной частотной демодуляции отраженного импульсного сигнала опорной функцией с его частотным смещением в зависимости от времени его задержки по отношению к отраженному сигналу, совпадающему с опорной функцией) составляет почти 30 МГц, а частота аналого-цифрового преобразователя, по меньшей мере, 60 МГц. С приемным селектором 10 мкс, соответствующим наклонной дальности 1,5 км, возникает, по меньшей мере, 600 реальных значений отсчета. Из этого следует, что одному значению отсчета соответствует мгновенная ширина полосы частот около 50 кГц. Это, однако, показывает, что вычисленный выше максимальный доплеровский сдвиг в 7716,7 Гц соответствует сдвигу в одну шестую сканирующей ячейки, и его необязательно всегда корректировать. Этот процесс постепенно убывает от наиболее удаленной ячейки разрешения в направлении вертолета. Непосредственно под ним сдвига больше не происходит, поскольку здесь радиальная составляющая равна нулю. Здесь, следовательно, происходит почти не воспринимаемое искажение оси изображения. Этот эффект возрастает, однако, после корреляции, поскольку все точки на Земле на расстоянии до полуметра могут иметь ухудшение разрешения по дальности, если сдвиг не был предварительно устранен за счет интерполяции (компенсация движения). Во время синтезированной апертуры произошел сдвиг используемых для корреляции значений отсчета до полуметра. Это "размывание" происходит в дополнение к теоретическому разрешению и, конечно, слишком велико, чтобы на него можно было назначить допуск.
Совершенно иное воздействие оказывает перпендикулярная направлению обзора составляющая скорости, как это изображено на фиг.3b. Она решающим образом влияет на построение синтезированной апертуры и тем самым на алгоритм корреляции. Если исходить из того, что геометрия существенно не изменилась во время синтезированной апертуры, то изменение доплеровской частоты в единицу времени для индивидуальной точечной цели тем не менее зависит от угла поворота. Уравнение для доплеровской частоты точечной цели:
fD = 2/λ•[vA±vH•sin(ω0•t)].
Эта зависимость от угла поворота возникает из-за того, что точечные цели на поверхности Земли с одной стороны курса полета антенны движутся навстречу относительно касательной составляющей (поэтому знак + в вышеприведенном уравнении), а с другой стороны удаляются от нее (знак -). При этом, конечно, имеется переход от одной стороны к другой.
Другим эффектом является увеличение мгновенной доплеровской ширины полосы частот с одной стороны курса полета и ее уменьшение с другой стороны. Поскольку в данном примере выполнения антенна имеет угол раскрытия γ = 45° и, начиная с угла поворота ω0•t = 45°, начинается построение синтезированной апертуры, этот эффект становится довольно заметным:
Figure 00000003

Хотя часть считанной информации вообще не обрабатывается (поскольку находится вне поля обзора), эту часть тем не менее необходимо считывать. Если эту реальную мгновенную доплеровскую ширину полосы частот корректно не считать, то возникают продукты спектральной свертки, сильно ухудшающие теоретическое разрешение установки ROSAR. Если антенна направлена вперед, то доплеровская ширина полосы частот увеличивается лишь на 1372 Гц. Поскольку частота fp повторения импульсов должна ориентироваться по наибольшей доплеровской ширине полосы частот, то нормальное значение fp возрастает соответственно (при необходимости также пропорционально скорости), по меньшей мере, до 23550,4 Гц.
На дополнительную доплеровскую ширину полосы частот угол депрессии 10 - 15o оказывает влияние лишь при уменьшении примерно на 3%. Таким образом, возникает максимальная доплеровская ширина полосы частот или минимальная частота повторения импульсов fp = 23205,3 Гц. Если установить значение fp 24 кГц, то "Oversample Ration" составляет лишь 1,034. С точки зрения теоретической информации, это очень мало.
Таким образом, синтезированная апертура имеет 471 опорную точку, а поверхность Земли облучается посредством антенны 2х471 = 942 импульсами.
Предположим, что корректировать необходимо отклонение от круговой траектории до λ/8, есть до 0,0008333 м. Это, в свою очередь, означает, что скорость поступательного движения необходимо измерить в пределах продолжительности интегрирования до λ/8. Возникающая при этом абсолютная точность измерений составляет 0,0425 м/с или 0,153 км/ч. При скорости поступательного движения 50 узлов это соответствует 0,165%. Решающим здесь является, однако, не относительная точность измерений в процентах, а абсолютная, поскольку даже при меньшей скорости поступательного движения необходимо измерять отклонение до λ/8. Поскольку стандартное навигационное оборудование, например глобальная навигационная система, комплексная навигационная система и тому подобное, не могут обеспечить эту требуемую точность измерений, а на коэффициент 2-3 хуже (около 0,4 км/ч), дополнительные методы измерений должны повысить точность измерений.
Скорость поступательного движения определяется по доплеровскому сдвигу немодулированного (непрерывно передаваемого) сигнала. При этом используется передаваемый установкой ROSAR сигнал, например, верхней антенной, однако в этом случае следует отключить стандартную частотную модуляцию и использовать, по меньшей мере, столько импульсов (50-100), сколько нужно для "Doppler Beam Sharping".
Далее следует произвести коррекцию влияний за счет движения крена и тангажа. Движение крена вертолета вызывает наклон плоскости турникета антенны. Это влечет за собой, однако, сдвиг светового пятна антенны на поверхность Земли, как показано на фиг.4. При этом предварительно концентрические круги выгибаются так, что, например, лежащая справа от вертолета облучаемая полоса вытягивается в направлении вертолета, а лежащая справа смещается в сторону. Если не корректировать это нежелательное движение, то облучаемая антенной полоса выпадает из приемного селектора.
Если антенна имеет угол раскрытия (диаграммы направленности), например, 2,5o, а угол крена также составляет 2,5o, то большая часть отображаемой полосы на краю изображения попадает в минимум усиления антенны. Это, однако, дает после обработки процессором данных изображение с большими черными полосами в направлении края. По мере увеличения угла крена черные полосы увеличиваются. Для устранения этого приемный селектор в приемнике необходимо от импульса к импульсу увеличивать по времени или уменьшать.
Это можно осуществлять, например, после сжатия импульсов цифровым способом. Поскольку, однако, для построения кругового сегмента используются только постоянные по времени значения отсчета дальности по азимуту, это означает, что требуемые данные разных антенн в зависимости от угла крена следует "собрать по кусочкам" посредством интерполяции. Предпосылкой такой концепции является, однако, то, что распределенные передатчики и приемники когерентно привязаны друг к другу и имеют одинаковую передаваемую частоту.
Что же касается движения тангажа вертолета, то среди всех остальных помех оно является наименее критическим. За счет него лишь облучаемая антенной поверхность равномерно смещается по всей площади изображения вперед или назад, как это показано на фиг.5. Для компенсации этого эффекта приемный селектор в приемнике соответственно увеличивают по времени или уменьшают. Это обычно не влечет за собой изменений в процессоре, если опорная функция для всех дальностей одна и та же.
Теперь следует еще рассмотреть влияния колебаний турникета антенны, которые можно разложить на три составляющие:
а) в направлении вращения антенн;
б) перпендикулярно направлению вращения антенн вверх и вниз;
в) перпендикулярно направлению вращения антенн наружу и внутрь, то есть в направлении центробежной силы.
К а): колебания антенн в направлении вращения являются так называемыми продольными колебаниями. При этом геометрическое расстояние от одного значения отсчета к другому изменяется при постоянных по времени интервалах сканирования.
К б): колебания перпендикулярно направлению вращения антенн вверх и вниз оказывают в зависимости от частоты те же влияния, что и движения крена и тангажа. Низкочастотные колебания ниже 51 Гц действуют, как движения тангажа, а высокочастотные - напротив, как движения крена. При этом возникают те же проблемы, что и описанные, требующие компенсации практически теми же методами. Колебания ниже 51 Гц с отклонением более 0,1, то есть ±2,6 мм на конце плечей антенн, должны быть измерены и скорректированы.
К в): при этих колебаниях постоянно изменяется удаление от отображаемого светового пятна на поверхности Земли.
Составляющие колебаний а) и в) вызывают фазовые погрешности в классическом смысле. При этом необходимо корректировать отклонения более 0,8 мм. Их измеряют с помощью "ускоряющей триады", жестко закрепленной на конце турникета антенны. Полученные аналоговые выходные сигналы преобразуются в аналого-цифровых преобразователях в цифровую форму и подвергаются дальнейшей обработке по соответствующим алгоритмам.
Далее необходимо исследовать изменения частоты вращения. При некорректированном изменении заданной частоты вращения следует обратить внимание на два эффекта: изменение длины опорной функции и, что является намного более критичным, вызванное изменением частоты вращения изменение подъема доплеровской характеристики. В первом случае, то есть при изменении длины опорной функции, эффектом можно пренебречь, поскольку вызванное им улучшение или ухудшение разрешения лежит в пределах лишь ±2%. Напротив, изменение частоты вращения, например, в 1% вызывает фазовую погрешность около λ/3, а изменение частоты вращения 2,9% означает фазовую погрешность λ. Поэтому измерять и корректировать необходимо фазовые погрешности, начиная с λ/8, в соответствии с изменением частоты вращения около 0,4%.
Исходные данные установки ROSAR подвержены, как уже упомянуто, различным влияниям, которые вызывают трехмерный сдвиг в пространстве данных аналого-цифрового преобразователя, и поэтому должны быть устранены перед корреляцией. Могут применяться различные методы: метод сдвига частоты, метод умножения на коэффициент сопряженности фаз и метод интерполяции. Другим вариантом был бы метод автофокуса, однако здесь основная проблема в том, что постоянно изменяющаяся доплеровская ширина полосы частот препятствует оптимальному (теоретическому) разрешению по азимуту в изображении, прежде чем будет произведена коррекция.
Прежний процессор установки ROSAR следует в соответствии с выбранным методом коррекции расширить на два электронных корректировочных модуля для обоих перпендикулярных направлений, а именно для дальности, то есть в направлении наведения антенн, и для азимута, то есть в направлении их вращения. В зависимости от типа процессора при использовании стандартного коррелятора производят сдвиг во временном интервале, а если этот сдвиг по всей полосе соответствует постоянному значению, то производят умножение на коэффициент сопряженности фаз в частотном диапазоне в соответствии со сдвигом на доли длины λ волны. Умножение производят, если данные лежат в частотном диапазоне, после первого быстрого преобразования Фурье. Это обычно возможно при углах раскрытия антенны (диаграммы направленности) менее 10o.
Что касается корреляции, то при ее проведении во временном диапазоне корреляционную функцию сдвигают по данным. Исследования показали, что фактическая мощность может быть определена только путем испытания, а необходимые для этого аппаратные средства настолько громоздки, что их невозможно разместить в вертолете.
Корреляция в частотном диапазоне уменьшает число операций, причем для алгоритма обработки по азимуту требуется около 32 цифровых сигнальных процессоров (ЦСП). Если для осуществления алгоритмов взять, например, процессор Sharp DSP LH 9124, то только для быстрых преобразований Фурье в азимутальном направлении требуется 16 ЦСП. Если взять еще раз такое же число ЦСП для умножений, интерполяций и так далее, а также для надежности, то окажется, что для алгоритма обработки по азимуту требуется около 32 ЦСП. Их можно разместить обычно с учетом быстродействующих ЗУ и инфраструктуры примерно на 16 двойных европлатах.
При спектральном анализе, так называемом методе SPECAN, исходные данные умножают на удлиненную версию передаваемого сигнала, а затем подвергают спектральному анализу. При этом в традиционной РЛС с синтезированной апертурой можно значительно сэкономить на вычислительных операциях, однако возникающие в направлении края изображения потери разрешения 10-20% и такое же ухудшение отношения сигнал/шум привели к тому, что этот метод SPECAN в традиционной РЛС с синтезированной апертурой больше не применяется, поскольку аппаратные средства сегодня являются настолько быстродействующими, что экономия времени не находится ни в каком KL соотношении с ухудшением изображения. Для установки ROSAR, однако, ситуация изменяется принципиально, поскольку здесь приходится иметь дело с предельно изменяющейся геометрией. Метод SPECAN часто повторяют малыми шагами и таким образом достигают адаптации к изменяющейся геометрии.
Для устранения проблем, возникающих за счет поступательного движения вертолета, рассматриваются два метода. Во-первых, это двухмерная интерполяция, посредством которой изменение геометрии устраняют настолько, что оставшиеся погрешности больше не оказывают большого влияния на качество изображения. Здесь для интерполяции при обработке изображения РЛС с синтезированной апертурой лучшим решением оказалась интерполяция посредством кубической свертки.
Во-вторых, осуществляют одномерную интерполяцию в направлении дальности, а в азимутальном направлении используют алгоритм SPECAN с изменяющимся нарастанием доплеровского сигнала.
Для осуществления описанных мер или для решения поставленной задачи расширяют базовую конфигурацию процессора установки ROSAR, как показано на фиг. 1, причем данные по дальности сжимают посредством (по методу линейной частотной демодуляции отраженного импульсного сигнала опорной функцией с его частотным смещением в зависимости от времени его задержки по отношению к отраженному сигналу, совпадающему с опорной функцией), а для сжатия импульсов данные, преобразованные из аналоговой формы в цифровую, трансформируют посредством быстрого преобразования Фурье.
В результате получают спектр, у которого высота звука пропорциональна дальности. Каждый спектральный коэффициент представляет ячейку разрешения по дальности, а амплитуда пропорциональна отраженной мощности передаваемого сигнала.
На следующем этапе обработки путем простого сдвига индекса производят сдвиг временного селектора, устраняющий сдвиг облученного пятна на поверхности Земли, вызванный углом крена или тангажа вертолета. Поскольку сдвиг индекса вызывает лишь грубый сдвиг в сетке значений отсчета, следует произвести более точный сдвиг посредством интерполяции. За счет этой интерполяции можно произвести любой точный сдвиг данных, который связан с интенсивными вычислениями, однако выполняется лишь для малой части данных.
Для компенсации колебаний амплитуды, вызванных колебаниями наклона турникета, после интерполяции производят скалярное умножение. Для обработки в азимутальном направлении данных вертолетной РЛС с синтезированной апертурой данные необходимо повернуть посредством ЗУ большой емкости или алгоритма "Corner Turn". При этом столбцы матрицы данных становятся строками, а строки - столбцами. Это означает, что матрица данных повернута на 90o.
После операции "Corner Turn" производят вторую интерполяцию, которая устраняет сдвиг данных за счет касательной составляющей скорости. Сюда могут быть также включены колебания турникета антенны в направлении вращения.
Таким образом компенсация движения закончена. После этого следует еще лишь быстрая свертка по азимуту (быстрое преобразование Фурье, умножение на опорный спектр, обратное преобразование Фурье). В качестве последних рабочих шагов производят еще раз двухмерную интерполяцию и преобразование комплексных данных в реальные амплитудные данные. Последняя интерполяция необходима, чтобы адекватно сканировать увеличение ширины полосы частот, возникающее при преобразовании комплексных данных.

Claims (5)

1. Устройство для компенсации погрешностей движения для РЛС с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (ROSAR) для вертолетов и управления их полетом, причем передающие и приемные антенны для передачи последовательности импульсов и приема отражения импульсов установлены соответственно на вращающейся консоли, содержащее устройство для корреляции принятых сигналов с заданными опорными функциями для каждого интервала дальности, электронные модули для образования интервалов дальности, демодуляции и аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что процессор установки ROSAR включает электронный модуль для сжатия импульсов, данные которого, введенные аналого-цифровым преобразователем с модуля демодуляции, преобразуют посредством быстрого преобразования Фурье, сигналы электронного модуля для сжатия импульсов подают к электронному модулю для сдвига временного селектора, которому для точного сдвига временного селектора соответствует первый интерполяционный элемент, данные для компенсации амплитудных флуктуаций которого вводят в устройство скалярного умножения, а из него в запоминающее устройство большого объема или модуль для взаимной замены значений строк и колонок матрицы, выходные данные которого подают к второму интерполяционному элементу, а через устройство корреляции для компенсации сдвига данных за счет касательной составляющей скорости к третьему интерполяционному элементу, при этом для преобразования комплексных данных в реальные амплитудные данные между блоком памяти с монитором процессора и третьим интерполяционным элементом включен детектирующий электронный модуль.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введенные в электронный модуль данные уплотняются по методу линейной частотной демодуляции отраженного импульсного сигнала опорной функцией с его частотным смещением в зависимости от времени его задержки по отношению к отраженному сигналу, совпадающему с опорной функцией.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что двумерную интерполяцию при обработке изображения РЛС производят посредством кубической свертки.
4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что одномерную интерполяцию производят в направлении дальности, а в азимутальном направлении используют алгоритм для спектрального анализа с изменяющимся нарастанием доплеровского сигнала.
5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что на конце несущего антенну турникета жестко закреплено устройство для измерения фазовых погрешностей, вызванных колебательными составляющими.
RU96115330/09A 1995-08-04 1996-08-02 Устройство для компенсации погрешностей движения для рлс с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (rosar) для вертолетов RU2168741C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19528613.8 1995-08-04
DE19528613A DE19528613C2 (de) 1995-08-04 1995-08-04 Einrichtung zur Bewegungsfehler-Kompensation für ein Radar mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen (ROSA) für Hubschrauber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96115330A RU96115330A (ru) 1998-11-10
RU2168741C2 true RU2168741C2 (ru) 2001-06-10

Family

ID=7768644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96115330/09A RU2168741C2 (ru) 1995-08-04 1996-08-02 Устройство для компенсации погрешностей движения для рлс с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (rosar) для вертолетов

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5777573A (ru)
EP (1) EP0757259B1 (ru)
JP (1) JP3121544B2 (ru)
DE (2) DE19528613C2 (ru)
RU (1) RU2168741C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597221C1 (ru) * 2015-11-24 2016-09-10 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Способ измерения дальности цели в ближней радиолокации

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3105840B2 (ja) * 1997-09-04 2000-11-06 康 廣澤 地球情報供給システム
JP3105867B2 (ja) * 1998-07-03 2000-11-06 日本電気株式会社 合成開口レーダシステム及びそれに用いるプラットフォーム位置計測方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体
US6037893A (en) * 1998-07-31 2000-03-14 Litton Systems, Inc. Enhanced motion compensation technique in synthetic aperture radar systems
US7002508B2 (en) 1999-01-21 2006-02-21 Eads Deutschland Gmbh Method for interferometric radar measurement
DE19902007C2 (de) * 1999-01-21 2002-06-27 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Anordnung zur interferometrischen Radarmessung
DE19902008C2 (de) 1999-01-21 2001-04-12 Daimler Chrysler Ag Anordnung zur interferometrischen Radarmessung nach dem ROSAR-Prinzip
DE19945791C1 (de) * 1999-09-24 2001-05-17 Daimler Chrysler Ag Hubschraubergetragene Radaranlage
DE10101991C1 (de) * 2001-01-18 2002-06-20 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Signalverarbeitung- und Prozessierung nach dem ROSAR-System
DE10101990C2 (de) * 2001-01-18 2003-01-09 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Drahterkennung auf der Basis des ROSAR-Systems
US7106250B2 (en) * 2003-09-03 2006-09-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Robust predictive deconvolution system and method
US6970128B1 (en) * 2004-10-06 2005-11-29 Raytheon Company Motion compensated synthetic aperture imaging system and methods for imaging
DE102004061486B4 (de) * 2004-12-21 2007-04-05 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Signaldatenverarbeitung eines fluggerätegetragenen Radars mit synthetischer Apertur und eine Vorrichtung dafür
EP1918737A1 (en) * 2006-11-04 2008-05-07 Sula Systems Limited Method of resolving ambiguity in the detection and location of moving targets in synthetic aperture radar
US7576684B2 (en) * 2007-05-10 2009-08-18 Honeywell International Inc. Integrated attitude altimeter
DE102008013066B3 (de) * 2008-03-06 2009-10-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Vorrichtung zur zweidimensionalen Abbildung von Szenen durch Mikrowellen-Abtastung und Verwendung der Vorrichtung
CN101561504B (zh) * 2008-04-16 2011-06-22 中国科学院电子学研究所 用于圆周合成孔径雷达三维成像的高程向降维处理方法
US8144051B2 (en) * 2008-09-05 2012-03-27 Raytheon Company Adaptive sidelobe blanking for motion compensation
US7928901B2 (en) * 2008-10-16 2011-04-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Systems and methods for producing radar images
EP2194400B1 (en) * 2008-12-02 2011-11-16 Thales Nederland B.V. A surveillance system comprising a radar antenna mounted on a blade of a windmill
US9176227B2 (en) 2010-06-28 2015-11-03 Institute National D'optique Method and apparatus for compensating for a parameter change in a synthetic aperture imaging system
EP2741106A1 (en) * 2012-12-10 2014-06-11 AIRBUS HELICOPTERS DEUTSCHLAND GmbH An obstacle and terrain warning radar system for a rotorcraft
US9128184B1 (en) * 2013-03-14 2015-09-08 Lockheed Martin Corporation Radar wind turbine
CN105874307B (zh) * 2014-02-11 2019-11-26 Vega格里沙贝两合公司 包含折叠式天线装置的物位测量设备
US9973286B2 (en) 2016-09-22 2018-05-15 Raytheon Company System and method for cancelling phase noise induced by antenna vibration
CN106950565A (zh) * 2017-01-24 2017-07-14 王洋 星载sar成像抖动补偿方法、成像方法
US11047955B2 (en) * 2018-07-06 2021-06-29 Lyft, Inc. Calibrating a radar antenna
CN109581365B (zh) * 2018-12-14 2022-07-15 湖南华诺星空电子技术有限公司 一种基于多旋翼无人机的生命探测系统、方法
CN109471108A (zh) * 2018-12-17 2019-03-15 中国人民解放军空军工程大学 进动椎体目标三维成像方法、装置及电子设备
CN110471037B (zh) * 2019-08-23 2022-05-13 电子科技大学 一种基于网格失配的步进频合成孔径雷达成像方法
JP7532031B2 (ja) * 2019-12-20 2024-08-13 株式会社東芝 レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法
KR20210154446A (ko) * 2020-06-12 2021-12-21 삼성전자주식회사 복소수 기반 어텐션 네트워크 연산 방법 및 장치
CN114660601B (zh) * 2022-03-18 2023-06-30 中国科学院光电技术研究所 一种应用于合成孔径成像系统的振动抑制方法及装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4034370A (en) * 1972-08-23 1977-07-05 Westinghouse Electric Corporation Second order motion compensator for high resolution radar
FR2400714A1 (fr) * 1977-08-19 1979-03-16 Thomson Csf Radar de cartographie
US4578812A (en) * 1982-12-01 1986-03-25 Nec Corporation Digital image processing by hardware using cubic convolution interpolation
US4638315A (en) * 1984-06-20 1987-01-20 Westinghouse Electric Corp. Rotor tip synthetic aperture radar
US4737788A (en) * 1985-04-04 1988-04-12 Motorola, Inc. Helicopter obstacle detector
DE3922086C1 (ru) * 1989-07-05 1990-10-18 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De
DE4233416C2 (de) * 1992-10-05 1994-09-08 Deutsche Aerospace Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen
DE4233415C2 (de) * 1992-10-05 1994-07-14 Deutsche Aerospace Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen
DE4242532C2 (de) * 1992-12-16 1995-10-26 Daimler Benz Aerospace Ag Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen
DE4323511C1 (de) * 1993-07-14 1995-01-26 Deutsche Aerospace Radargerät zur Hinderniswarnung
US5614907A (en) * 1996-03-14 1997-03-25 Daimler-Benz Aerospace Ag All weather visual system for helicopters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597221C1 (ru) * 2015-11-24 2016-09-10 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Способ измерения дальности цели в ближней радиолокации

Also Published As

Publication number Publication date
DE19528613C2 (de) 1998-07-02
JPH09171076A (ja) 1997-06-30
US5777573A (en) 1998-07-07
EP0757259B1 (de) 1998-10-28
DE59600730D1 (de) 1998-12-03
EP0757259A1 (de) 1997-02-05
JP3121544B2 (ja) 2001-01-09
DE19528613A1 (de) 1997-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2168741C2 (ru) Устройство для компенсации погрешностей движения для рлс с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (rosar) для вертолетов
US4134113A (en) Monopulse motion compensation for a synthetic aperture radar
EP0239022B1 (en) Extended sar imaging capability for ship classification
US4912474A (en) Radar apparatus for realizing a radio map of a site
JP3050492B2 (ja) 障害物を警戒するレーダー装置
US4924229A (en) Phase correction system for automatic focusing of synthetic aperture radar
EP0913705B1 (en) FM-CW radar
US4594593A (en) Synthetic aperture radar image processing system
US4992796A (en) Computed-interferometry radar system with coherent integration
US20120119943A1 (en) Method and apparatus for determining a doppler centroid in a synthetic aperture imaging system
US7218272B2 (en) Reducing antenna boresight error
JP3045977B2 (ja) Ｆｍ−ｃｗレーダ装置
EP0425006B1 (en) FM-CW radar apparatus
WO2011028637A2 (en) Method and apparatus for coherent marine radar measurements of properties of ocean waves and currents
RU96115330A (ru) Устройство для компенсации погрешностей движения для рлс с синтезированной апертурой на основе вращающихся антенн (rosar) для вертолетов
US5334980A (en) Method and system for sharpening impulse response in a synthetic aperture radar
US5164730A (en) Method and apparatus for determining a cross-range scale factor in inverse synthetic aperture radar systems
US6005509A (en) Method of synchronizing navigation measurement data with S.A.R radar data, and device for executing this method
US5485160A (en) Radar-type object shape detector
RU2271019C1 (ru) Способ компенсации фазовых набегов сигнала в бортовой радиолокационной системе и бортовая радиолокационная система с синтезированной апертурой антенны для летательных аппаратов
Kenney et al. The surface contour radar, a unique remote sensing instrument
CN111630410B (zh) Fmcw雷达传感器
JP2957090B2 (ja) レーダ装置
RU2660450C1 (ru) Устройство радиолокационной станции с непрерывным линейно-частотно-модулированным сигналом и синтезом апертуры
EP0473281A1 (en) Passive microwave near-field tomographic imaging system and method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070803