RU2287879C2 - Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции по дальности и азимуту - Google Patents

Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции по дальности и азимуту Download PDF

Info

Publication number
RU2287879C2
RU2287879C2 RU2005104129/09A RU2005104129A RU2287879C2 RU 2287879 C2 RU2287879 C2 RU 2287879C2 RU 2005104129/09 A RU2005104129/09 A RU 2005104129/09A RU 2005104129 A RU2005104129 A RU 2005104129A RU 2287879 C2 RU2287879 C2 RU 2287879C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
azimuth
radar
range
resolution
increasing
Prior art date
Application number
RU2005104129/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005104129A (ru
Inventor
Геннадий Николаевич Колодько (RU)
Геннадий Николаевич Колодько
Виктор Иванович Мойбенко (RU)
Виктор Иванович Мойбенко
В чеслав Викторович Андрсов (RU)
Вячеслав Викторович Андрсов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод
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 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод
Priority to RU2005104129/09A priority Critical patent/RU2287879C2/ru
Publication of RU2005104129A publication Critical patent/RU2005104129A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2287879C2 publication Critical patent/RU2287879C2/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к радиолокации. Техническим результатом является повышение разрешающей способности по дальности и азимуту (обужение ДНА) с одновременным расширением зоны обзора РЛС. Способ повышения разрешающей способности РЛС по дальности и азимуту заключается в формировании матрицы радиолокационного изображения в режиме реального луча с электронным сканированием и с последовательным смещением луча РЛС по азимуту на величину n-й части ширины ДНА, которая равна элементу повышения разрешения по азимуту, и с последовательным смещением длины стробов дальности на m-ю часть, которая равна элементу повышения разрешения по дальности, далее по полученным данным производят обработку раздельно для азимута и раздельно для дальности, по аналогичному алгоритму, отличающемуся только весовыми коэффициентами, при этом по отчетам сигнала, пронумерованного в порядке смещения положений ДНА, выполняют преобразование Фурье и последующее обратное преобразование с нахождением элементов более высокого разрешения выделяемого объекта. 6 ил.

Description

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным станциям (РЛС), работающим в режиме "реального луча" с последовательным смещением луча по азимуту на долю ширины диаграммы направленности антенны (ДНА) и последовательно смещенных стробов дальности на часть строба дальности.
Режим реального луча используется в современных бортовых РЛС при переднем обзоре, например в маловысотном полете и для совершения посадки после предварительного обнаружения посадочной площадки при боковом или переднебоковом обзоре. При этом разрешение РЛС по азимуту φ оказывается равным эффективной ширине диаграммы направленности антенны (ДНА), что недостаточно для различения малоразмерных объектов на поверхности, и требуется повысить разрешение по азимуту (осуществить обужение ДНА) при переднем обзоре. Разрешение по дальности R определяется шириной строба дальности - ключевого устройства, пропускающего сигнал на узком промежутке времени, длина которого равна длительности импульсного сигнала РЛС, и определяет размер элемента разрешения по дальности ΔR. Однако размер ΔR элемента разрешения дальности ограничен параметрами приемного и передающего устройств и не может быть уменьшен без увеличения стоимости аппаратуры. В связи с этим возникает также проблема повышения разрешающей способности РЛС по дальности с целью повышения качества радиолокационного изображения.
Известен способ повышения разрешения по азимуту при боковом или переднебоковом обзоре для РЛС, работающей в режиме синтезирования апертуры антенны или доплеровского обужения (Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны (В.Н.Антипов, В.Т.Горяинов, А.Н. Кулин и др. Под ред. В.Т.Горяинова. - М.: Радио и связь. 1988. 304 с.), который позволяет использовать узкополосную доплеровскую селекцию (фильтрацию) амплитуды отраженного сигнала по частоте (связанной с азимутом). В результате осуществляется значительное (в десятки и сотни раз) обужение диаграммы направленности антенны (ДНА), что позволяет на множестве элементов разрешения по дальности (по i-м строкам) и по азимуту (по j-м столбцам) сформировать матрицу радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности, i-, j-e элементы которой представляют амплитуду сигнала, зафиксированного в i-м элементе по дальности для j-го фильтра частот. Разрешение по дальности остается ограниченным шириной строба дальности. При переднем обзоре режим синтезирования апертуры не используется (не работает) и для обужения ДНА требуются другие подходы.
Наиболее близким по технической сущности является способ обужения ДНА в режиме реального луча по данным суммарного и разностного каналов (Роде Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию, М.: Сов. Радио. 1960, с.86-87), который заключается в следующем.
1. Формируются суммарная α(φ) и разностная β(φ) амплитудные характеристики ДНА в виде зависимостей амплитудных коэффициентов усиления антенны α или β от азимута φ.
2. Из суммарной амплитудной характеристики α(φ) вычитается с определенным коэффициентом разностная характеристика β(φ):
Figure 00000002
или
Figure 00000003
,
где регулировка коэффициента k позволяет контролировать эффективную ширину синтезированной ДНА антенны.
3. Полученная таким образом амплитудная характеристика ДНА γ(φ) имеет меньшую эффективную ширину по сравнению с α(φ) и достигается обужение ДНА в 2-3 раза.
Однако такой способ обладает следующими недостатками.
Обужение по азимуту в 2-3 раза достигается в воздушном пространстве, где число целей ограничено и их нет в зоне боковых лепестков суммарной ДНА в пределах разностной ДНА, при наблюдении наземных объектов, наблюдение которых является главной задачей получения радиолокационных изображений, этот сигнал препятствует повышению разрешающей способности. Разрешение по дальности при этом не меняется (не улучшается).
Описанные аналоги имеют лишь общую постановку задачи и принципиально отличаются от предлагаемого способа повышения разрешающей способности РЛС в математической реализации.
Технический результат предлагаемого технического решения направлен на повышение разрешающей способности по дальности и азимуту (обужение ДНА) с одновременным расширением зоны обзора РЛС.
Технический результат достигается тем, что способ повышения разрешающей способности РЛС по дальности и азимуту, заключающийся в формировании матрицы радиолокационного изображения в режиме реального луча с электронным сканированием и с последовательным смещением луча РЛС по азимуту на величину n-й части ширины диаграммы направленности антенны (ДНА), которая равна элементу повышения разрешения по азимуту, и с последовательным смещением длины стробов дальности на m-ю часть, которая равна элементу повышения разрешения по дальности, далее по полученным данным производят обработку раздельно для азимута (обрабатываются строки сформированной матрицы) и раздельно для дальности (обрабатываются столбцы сформированной матрицы), по аналогичному алгоритму, отличающемуся только весовыми коэффициентами Kj, при этом по отчетам сигнала А(1), А(2), ... А(n), пронумерованного в порядке смещения положений ДНА, выполняют преобразование Фурье:
Figure 00000004
где: Aj - последовательность отчетов сигнала при перестройке ДНА по азимутной строке;
j - номер элемента дискредитации по азимуту;
i - номер элемента спектра;
N - количество азимутальных положений;
Figure 00000005
- опорная функция преобразования Фурье,
и последующее обратное преобразование с нахождением элементов более высокого разрешения выделяемого объекта aj:
Figure 00000006
где:
β - отсчеты спектра;
k - степень повышения разрешения;
Kj - весовые коэффициенты.
Предлагаемый способ повышения разрешающей способности по азимуту осуществляется следующим образом.
В режиме реального луча разрешение РЛС по азимуту оказывается равным эффективной ширине диаграммы направленности антенны, что недостаточно для различения малоразмерных объектов на поверхности.
Формирование радиолокационного изображения в режиме реального луча РЛС приближенно показано на фиг.1. С помощью РЛС, установленной на летательном аппарате (носителе РЛС), путем механического (или электронного для фазированных антенных решеток) смещения во времени на n-ю часть диаграммы направленности антенны (ДНА) по азимуту формируются азимутальные отсчеты радиолокационного изображения. Совокупность всех азимутальных отсчетов формируют зону обзора (ЗО) по азимуту от левой границы βзол до правой βзоп, разделенных биссектрисой сектора обзора (БСО). Луч ДНА имеет "игольчатую" форму с параметрами: по азимуту ξДНА и по углу места βДНА. Элемент разрешения по дальности образуется шаровым слоем с центром в точке нахождения РЛС, толщина которого соответствует разрешающей способности по дальности, и определяется минимальным временем накопления сигнала. При этом образуется радиолокационное РЛ-"пятно" ДНА на поверхности земли в виде усеченного овала с элементами разрешения по дальности (фиг.2), которые записываются в прямоугольный массив в виде столбца по дальности одного азимутального отсчета (фиг.3). За короткий промежуток времени формируется матрица радиолокационного изображения поверхности в координатах азимут-дальность без существенных динамических ошибок (связанных с движением объекта-носителя РЛС), однако из-за искусственного перекрытия лучей полученное изображение оказывается смазанным по азимуту.
За период обзора формируется матрица радиолокационного изображения поверхности в координатах азимут-дальность без существенных динамических ошибок (связанных с движением объекта-носителя РЛС). В связи с этим возникает необходимость алгоритмической обработки полученного радиолокационного изображения поверхности с целью восстановления исходного поля отражения, т.е. устранения смазывания.
Пример конкретного выполнения.
Искомое поле отражения представлено совокупностью амплитуд отраженных сигналов x(l,j) в l, j-x элементах дискретизации в виде матрицы искомого изображения х(l,j),
Figure 00000007
,
Figure 00000008
, где l - номер элемента дискретизации до дальности, j - номер элемента дискретизации по азимуту, причем размер элемента дискретизации по дальности совпадает с размером элемента разрешения, а по азимуту в n=2m+l раз меньше ширины главного лепестка ДНА луча РЛС (апертуры системы наблюдения).
В последовательности дискретных моментов времени t1, t2, ..., tN на малом промежутке времени [t1,tN] центральное направление луча РЛС последовательно занимает N положений по строке (по азимуту), каждый раз смещаясь на один элемент дискретизации по j
Figure 00000009
.
На фиг.4, 5, 6 представлен пример формирования отраженного сигнала от 2 радиоконтрастных объектов. Интерес представляет случай, когда объекты расположены в пространстве на расстоянии не более половины ширины ДНА (фиг.4). Последовательный сдвиг на ширину n-й части ДНА, как показано на фиг.5, приводит к формированию n амплитуд отраженного сигнала. При этом цели, расположенные в пределах ширины ДНА, сливаются (фиг.6) и воспринимаются как одна.
Повышение разрешающей способности достигается следующим способом. (Вывод формулы обратного преобразования не используется в алгоритме повышения разрешения, используется только конечная формула, которая и является преобразованием, аналогичным преобразованию Фурье.)
Пусть Aj - последовательность отсчетов сигнала при перестройке ДНА по азимутальной строке. Каждый отсчет сигнала состоит из k элементов более высокого разрешения:
Figure 00000010
где Kj - весовой коэффициент, определяемый ДНА,
aj - выделяемый объект.
По данным последовательности отсчетов сигнала при перестройке ДНА по азимутальной строке (в каждом из стробов дальности) выполняется прямое преобразование Фурье сигнала:
Figure 00000011
Соответственно, результат преобразования Фурье может быть записан как
Figure 00000012
После перегруппировки, без учета крайних членов, получаем
Figure 00000013
или та же запись:
Figure 00000014
Для нахождения выделяемого объекта aj, т.е. повышения разрешающей способности, выполняется обратное преобразование, аналогичное преобразованию Фурье
Figure 00000015
Таким образом, выполняя обратное преобразование, получают восстановленное изображение, соответствующее разрешению сверх дифракционного предела, а следовательно, и повышение четкости изображения.
С точки зрения реализации с помощью технических устройств алгоритм имеет следующий вид. Принимаемый антенной суммарный сигнал поступает в приемо-задающий модуль (ПЗМ) через циркулятор. В ПЗМ принятый сигнал подается на входное приемное устройство. В канале сигнал через управляемое импульсом бланкирования приемника (ИБП) защитное устройство, малошумящий усилитель (МШУ) и фильтр зеркальных каналов подается на смеситель. На смеситель подается и сигнал первого гетеродина. После преобразования на первую промежуточную частоту принятый сигнал через ключ (управляемый импульсом ИБП) подается на устройство усиления промежуточной частоты (УПЧ). В устройстве УПЧ сигнал усиливается, фильтруется и через аттенюатор подается на смеситель. На смеситель через усилитель подается также сигнал второго гетеродина. После преобразования на вторую промежуточную частоту принятый сигнал усиливается и подается на модуль предварительной обработки сигнала. В аналоговой части блока сигнал усиливается с регулируемым с помощью аттенюатора усилением, фильтруется, преобразуется на видеочастоту и подается на АЦП. После преобразования в цифровую форму выполняется сжатие принятого ФКМ (фаза-кодовая манипуляция) сигнала (оптимальная фильтрация) и выдача сигнала в модуль обработки сигнала. В модуль обработки сигнала приходят реальная и мнимая квадратуры отраженного сигнала с заданной длиной строба дальности и заданным количеством стробов дальности, далее на четырех процессорах модуля производится обработка сигнала, приведенная в формуле изобретения.

Claims (1)

  1. Способ повышения разрешающей способности РЛС по дальности и азимуту, заключающийся в формировании матрицы радиолокационного изображения в режиме реального луча с электронным сканированием и с последовательным смещением луча РЛС по азимуту на величину n-ой части ширины диаграммы направленности антенны (ДНА), которая равна элементу повышения разрешения по азимуту, и с последовательным смещением длины стробов дальности на m-ю часть, которая равна элементу повышения разрешения по дальности, далее по полученным данным производят обработку раздельно для азимута (обрабатываются строки сформированной матрицы) и раздельно для дальности (обрабатываются столбцы сформированной матрицы) по аналогичному алгоритму, отличающемуся только весовыми коэффициентами Kj, при этом по отчетам сигнала А(1), А(2), ... А(n), пронумерованного в порядке смещения положений ДНА, выполняют преобразование Фурье:
    Figure 00000016
    где AJ - последовательность отчетов сигнала при перестройке ДНА по азимутной строке;
    j - номер элемента дискредитации по азимуту;
    i - номер элемента спектра;
    N - количество азимутальных положений;
    Figure 00000017
    - опорная функция преобразования Фурье,
    и последующее обратное преобразование с нахождением элементов более высокого разрешения выделяемого объекта аj:
    Figure 00000018
    где β - отсчеты спектра;
    k - степень повышения разрешения;
    Kj - весовые коэффициенты.
RU2005104129/09A 2005-02-16 2005-02-16 Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции по дальности и азимуту RU2287879C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104129/09A RU2287879C2 (ru) 2005-02-16 2005-02-16 Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции по дальности и азимуту

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104129/09A RU2287879C2 (ru) 2005-02-16 2005-02-16 Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции по дальности и азимуту

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005104129A RU2005104129A (ru) 2006-07-20
RU2287879C2 true RU2287879C2 (ru) 2006-11-20

Family

ID=37028619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005104129/09A RU2287879C2 (ru) 2005-02-16 2005-02-16 Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции по дальности и азимуту

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2287879C2 (ru)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510685C2 (ru) * 2012-02-29 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Радиолокационная станция с синтезированием апертуры и квазинепрерывным излучением
RU2537788C1 (ru) * 2013-09-10 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ измерения радиальной скорости отражателя в радиолокаторе бокового обзора с синтезированной апертурой
RU2596229C1 (ru) * 2015-09-21 2016-09-10 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ повышения разрешающей способности по дальности радиолокационной станции
RU2619445C1 (ru) * 2016-02-15 2017-05-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической фазированной антенной решетки
RU2650629C1 (ru) * 2017-05-10 2018-04-16 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования широкоугольной зоны сканирования антенной системы с электронным управлением лучом
CN108535726A (zh) * 2018-04-18 2018-09-14 哈尔滨工业大学深圳研究生院 基于幂权Fourier变换的ISAR成像方法
RU2680729C1 (ru) * 2018-03-30 2019-02-26 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования пеленгационных диаграмм направленности в антенне кругового электронного сканирования
RU2680732C1 (ru) * 2018-04-09 2019-02-26 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования пеленгационных диаграмм направленности в антенне кругового электронного сканирования
RU2713159C1 (ru) * 2019-06-26 2020-02-04 Андрей Викторович Быков Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической фазированной антенной решетки с увеличенным темпом обзора
RU2714534C1 (ru) * 2019-07-09 2020-02-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования двух приемо-передающих ДН в антенне кругового электронного сканирования
RU2714533C1 (ru) * 2019-08-12 2020-02-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования передающей и приемной ДН в антенне кругового электронного сканирования

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510685C2 (ru) * 2012-02-29 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Радиолокационная станция с синтезированием апертуры и квазинепрерывным излучением
RU2537788C1 (ru) * 2013-09-10 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ измерения радиальной скорости отражателя в радиолокаторе бокового обзора с синтезированной апертурой
RU2596229C1 (ru) * 2015-09-21 2016-09-10 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ повышения разрешающей способности по дальности радиолокационной станции
RU2619445C1 (ru) * 2016-02-15 2017-05-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической фазированной антенной решетки
RU2650629C1 (ru) * 2017-05-10 2018-04-16 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования широкоугольной зоны сканирования антенной системы с электронным управлением лучом
RU2680729C1 (ru) * 2018-03-30 2019-02-26 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования пеленгационных диаграмм направленности в антенне кругового электронного сканирования
RU2680732C1 (ru) * 2018-04-09 2019-02-26 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования пеленгационных диаграмм направленности в антенне кругового электронного сканирования
CN108535726A (zh) * 2018-04-18 2018-09-14 哈尔滨工业大学深圳研究生院 基于幂权Fourier变换的ISAR成像方法
RU2713159C1 (ru) * 2019-06-26 2020-02-04 Андрей Викторович Быков Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической фазированной антенной решетки с увеличенным темпом обзора
RU2714534C1 (ru) * 2019-07-09 2020-02-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования двух приемо-передающих ДН в антенне кругового электронного сканирования
RU2714533C1 (ru) * 2019-08-12 2020-02-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования передающей и приемной ДН в антенне кругового электронного сканирования

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005104129A (ru) 2006-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krieger MIMO-SAR: Opportunities and pitfalls
Ausherman et al. Developments in radar imaging
Prati et al. Passive geosynchronous SAR system reusing backscattered digital audio broadcasting signals
Villano et al. Staggered SAR: High-resolution wide-swath imaging by continuous PRI variation
Klemm Adaptive airborne MTI: an auxiliary channel approach
US6870500B2 (en) Side looking SAR system
Li et al. Performance improvement for constellation SAR using signal processing techniques
DE60302379T2 (de) Radarverarbeitungssystem und Verfahren zur Erkennung und Überwachung von Zielen
JP6437924B2 (ja) 高分解能ストリップマップsarイメージング
Billingsley et al. Statistical analyses of measured radar ground clutter data
Tomei et al. Compressive sensing-based inverse synthetic radar imaging imaging from incomplete data
Krieger et al. Multidimensional waveform encoding: A new digital beamforming technique for synthetic aperture radar remote sensing
Li et al. Generation of wide-swath and high-resolution SAR images from multichannel small spaceborne SAR systems
Porcello et al. The Apollo lunar sounder radar system
Ender et al. Improved space-based moving target indication via alternate transmission and receiver switching
Johansson et al. Three-dimensional ground-penetrating radar imaging using synthetic aperture time-domain focusing
US8193967B2 (en) Method and system for forming very low noise imagery using pixel classification
Cazzani et al. A ground-based parasitic SAR experiment
CN100470255C (zh) 基于多视子图像对的单通道合成孔径雷达动目标检测方法
EP1286180B1 (en) Periodic repetition interval staggered post-doppler adaptive monopulse processing for detection and location of a moving target in ground clutter
Cristallini et al. Exploiting MIMO SAR potentialities with efficient cross-track constellation configurations for improved range resolution
Younis et al. Performance comparison of reflector-and planar-antenna based digital beam-forming SAR
Charvat et al. An ultrawideband (UWB) switched-antenna-array radar imaging system
Brown et al. STAP for clutter suppression with sum and difference beams
Wang Near-space vehicle-borne SAR with reflector antenna for high-resolution and wide-swath remote sensing

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20120628