RU2379705C2 - Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях - Google Patents

Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях Download PDF

Info

Publication number
RU2379705C2
RU2379705C2 RU2008110294/09A RU2008110294A RU2379705C2 RU 2379705 C2 RU2379705 C2 RU 2379705C2 RU 2008110294/09 A RU2008110294/09 A RU 2008110294/09A RU 2008110294 A RU2008110294 A RU 2008110294A RU 2379705 C2 RU2379705 C2 RU 2379705C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
image
radar
amplitudes
radio
Prior art date
Application number
RU2008110294/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008110294A (ru
Inventor
Владимир Константинович Клочко (RU)
Владимир Константинович Клочко
Original Assignee
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет
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 агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет filed Critical Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет
Priority to RU2008110294/09A priority Critical patent/RU2379705C2/ru
Publication of RU2008110294A publication Critical patent/RU2008110294A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2379705C2 publication Critical patent/RU2379705C2/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к системам активной и пассивной радиолокации наблюдения за наземными и воздушными объектами на базе подвижных и неподвижных носителей станций с антенными решетками. Достигаемый технический результат заключается в повышении быстродействия восстановления радиоизображений. Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях заключается в том, что при наблюдении за поверхностью или воздушной обстановкой с помощью сканирующей антенной системы с матрицей приемных каналов формируют блочную матрицу измерений всех каналов, которую далее обрабатывают в матричной форме в виде двухэтапной процедуры. В результате получают матрицу амплитудного изображения зоны обзора с разрешением по угловым координатам. 4 ил.

Description

Изобретение относится к системам активной и пассивной радиолокации наблюдения за наземными и воздушными объектами на базе подвижных и неподвижных носителей станций с антенными решетками [1].
При получении радиоизображений (РИ) наземных или воздушных объектов в системах активной локации на базе бортовых радиолокационных станций (РЛС) реального луча или пассивной локации на базе радиотеплолокационных станций (РТЛС) миллиметрового диапазона осуществляется построчное сканирование зоны обзора смещением диаграммы направленности антенны (ДНА) по азимуту и по углу места. После прохождения тракта первичной обработки принятые сигналы переводятся в двумерное яркостное (амплитудное) изображение в координатах азимут - угол места. Однако изображение получается смазанным по строкам и столбцам, и четкость такого РИ и точность определения угловых координат объектов на РИ ограничены шириной ДНА. Повышение разрешающей способности РИ можно достичь на основе их алгоритмической обработки с привлечением оптимальных методов решения задачи восстановления изображений, например [2]-[5].
Известны способы повышения разрешающей способности по угловым координатам сканирующих РЛС в режиме "реального луча" [4], [5], которые могут быть использованы также для повышения разрешающей способности сканирующих РТЛС. Однако эти способы обладают недостатками - ограниченной точностью восстановления изображений из-за малого числа измерительных каналов и ограниченным быстродействием при вычислении весовых коэффициентов и оценок амплитуд элементов РИ в реальном масштабе времени.
Наиболее близким по технической сущности является способ повышения разрешающей способности по угловым координатам [4], который заключается в восстановлении матрицы изображения в заданном диапазоне (или элементе разрешения) дальности и сводится к следующим операциям.
1. Луч антенны РЛС последовательно смещают по азимуту и углу места соответственно на величину элемента дискретизации построчно в I×J-зоне обзора. Ширина ДНА на уровне 0,5 мощности составляет 2n+1 элементов дискретизации по азимуту и 2m+1 элементов дискретизации по углу места.
2. Полученные при каждом i, j-м положении луча амплитуды отраженных сигналов в данном элементе разрешения дальности на выходе одного измерительного канала y(i, j) формируют в матрицу измерений Y с элементами y(i, j),
Figure 00000001
,
Figure 00000002
.
3. Обработка элементов матрицы Y осуществляется в виде двухэтапной процедуры. Вначале восстанавливается изображение вдоль каждой i-й строки матрицы РИ
Figure 00000003
вычислением промежуточных оценок:
Figure 00000004
затем восстанавливается изображение вдоль каждого j-го столбца матрицы РИ
Figure 00000005
вычислением искомых оценок амплитуд:
Figure 00000006
где h1(i1) и h2(j1) - вычисляемые заранее весовые коэффициенты.
4. Таким образом, при 2n1+1=2m1+1=N на основе вычисления одномерных сумм затрачивается примерно (J>>n1, I>>m1) 2IJN операций умножения. В сравнении со способом восстановления РИ [5], основанном на вычислении двумерных сумм, для одного измерительного канала:
Figure 00000007
где затрачивается примерно IJN2 операций умножения, выигрыш от применения [4] в быстродействии составляет N/2 раз. Если вычисления (2) осуществляются параллельно, то затрачивается IJN операций и выигрыш составляет N раз. Если обработка (1) ведется в процессе сканирования луча, то реально выигрыш в быстродействии может быть больше N.
Однако способ [4] проигрывает способу [5] в точности восстановления РИ, так как [5] рассчитан на применение в общем случае К измерительных каналов:
Figure 00000008
где k - номер измерительного канала.
Если каналы расположены в форме Q×K-матрицы, то в (4) используется двойная нумерация q, k-x каналов:
Figure 00000009
В форме (4), (5) не удается применить двухэтапную процедуру по типу (1), (2) и тем самым увеличить быстродействие алгоритмов восстановления РИ (4), (5).
Технический результат направлен на повышение быстродействия алгоритма восстановления РИ в многоканальной измерительной антенной системе РЛС и РТЛС.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных РЛС и РТЛС заключается в том, что при наблюдении за поверхностью или воздушной обстановкой в I×J-зоне обзора с помощью сканирующей антенной системы в виде Q×K-матрицы приемных каналов последовательно смещают луч антенной системы по азимуту и углу места соответственно на величину (2n+1)-й и (2m+1)-й части ширины ДНА на уровне 0,5 мощности построчно в зоне обзора, измеряют при каждом i,j-м положении луча
Figure 00000010
в q, k-x измерительных каналах
Figure 00000011
значения амплитуд принимаемых сигналов yqk(i, j), формируют из этих амплитуд I×J-матрицы измерений Yqk с элементами yqk(i, j),
Figure 00000012
, которые располагают в составе блочной матрицы Y и далее обрабатывают,
отличающийся тем, что вначале восстановление ведут вдоль строк матрицы изображения умножением матрицы измерений Y слева на вычисленную заранее матрицу весовых коэффициентов
Figure 00000013
, в результате получают матрицу промежуточных оценок
Figure 00000014
, затем восстановление ведут вдоль столбцов матрицы изображения умножением матрицы промежуточных оценок
Figure 00000014
справа на вычисленную заранее матрицу весовых коэффициентов
Figure 00000015
и получают матрицу оценок
Figure 00000016
с элементами
Figure 00000017
, представляющими амплитуды восстановленного изображения зоны обзора РЛС или РТЛС в i, j-x элементах дискретизации угломерного пространства.
Расчет матриц весовых коэффициентов сводится к следующему. Модель измерений амплитуд принимаемых сигналов в РЛС и РТЛС после прохождения тракта первичной обработки и выделения низкочастотной составляющей (на видеочастоте) имеет вид
Figure 00000018
где yqk(i, j) - результат измерения амплитуды сигнала в q, k-м измерительном канале при i, j-м положении антенны, сканирующей по азимуту (по j) и углу места (по i) на величину элемента дискретизации; аqk(i1, j1) - нормированные коэффициенты ДНА q, k-го канала, характеризующие интенсивность прихода сигнала с i1, j1-го углового направления относительно i, j-го положения антенны; x(i+i1, j+j1) - искомые параметры поля отражения в РЛС или поля излучения в РТЛС (искомое РИ), характеризующие интенсивность отражения или излучения в i1, j1-x элементах дискретизации; рqk(i, j) - гауссовские помехи q, k-го канала, включающие в себя ошибки формирования модели (3) и шумы первичной обработки принимаемого сигнала.
В общем случае все составляющие модели (6) - комплексные величины, имеющие амплитуду и фазу, причем задержка по фазе при приеме сигнала в q, k-м измерительном канале по отношению к фазовому центру антенной системы определяется.
Для увеличения быстродействия бортовой вычислительной системы коэффициенты ДНА аппроксимируются функцией с разделенными переменными:
aqk(i1, j1)=αq(i1)·βk(j1).
Тогда двойная сумма (6) записывается в виде повторной суммы
Figure 00000019
и совокупность i, j-x измерений для каждого q, k-го канала представляется в матричной форме:
Figure 00000020
где Yqk - I×J-матрица измерений yqk(i, j) q, k-го канала; Аq - I×(I+2m) - матрица одноленточного типа коэффициентов ДНА αq(i1), описывающая искажение изображения по i в q-м канале; Х - (I+2m)×(J+2n) - матрица искомых параметров поля излучения x(i+i1, j+j1); Вk - (J+2n)×J - матрица одноленточного типа коэффициентов ДНА βk (j1), описывающая искажение изображения по j в k-м канале; Рqk - I×J-матрица помех рqk(i, j).
Помещая матрицы Yqk, Aq, Вk, Рqk модели (8) в соответствующие блочные матрицы Y, А, В, Р, получаем матрично-блочную модель измерений:
Figure 00000021
Оптимальная МНК-оценка матрицы Х находится минимизацией следа матрицы F:
Figure 00000022
где Т - символ транспонирования, который для комплексных величин символизирует операцию сопряжения и транспонирования; матричная функция F характеризует отклонение
Figure 00000023
измерений Y относительно Y€=АХВ. След Tr[F] матрицы F представляет сумму квадратов отклонения измерений всех каналов от их восстановленных значений. Решение задачи (10) сводится к стандартной процедуре дифференцирования скалярной функции по матрице [1]:
Figure 00000024
и приводит к алгоритму восстановления РИ:
Figure 00000025
или в раскрытом виде:
Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000028
который реализуется в виде следующей двухэтапной процедуры:
1. Вначале восстанавливается РИ вдоль строк матрицы изображения:
Figure 00000029
2. Затем восстанавливается РИ вдоль столбцов:
Figure 00000030
Для комплексных величин совокупность модулей элементов x€(i+i1, j+j1) матрицы оценок X€ представляют восстановленное РИ в зоне обзора РЛС или РТЛС.
На фиг.1-3 показаны: фиг.1 - сжатое РИ по строкам и столбцам в 7 раз - имитация сканирования 7×7-ДНА зоны обзора со смещением на ширину ДНА; фиг.2 - искаженное РИ при поэлементном сканировании ДНА по строкам и столбцам; фиг.3 - восстановленное РИ при обработке изображения на фиг.2 двухэтапным алгоритмом, (10)-(11) для случая одного измерительного канала (Q=1, K=1). Размер матрицы РИ 150×150, максимальная амплитуда хmax=250, СКО помехи σP=10. Коэффициенты ДНА задавались экспоненциальной функцией с квадратичным показателем степени.
На фиг.4 представлены зависимости среднеквадратического отклонения (СКО)
Figure 00000031
ошибки оценивания (восстановления) от СКО помехи σP, полученные для одноканальной (k=1) и для четырехканальной системы (k=2). Результаты моделирования показывают очевидное преимущество многоканальной системы.
Таким образом, предложенный способ по сравнению с прототипом имеет преимущество в быстродействии при одинаковом числе каналов за счет более эффективной организации вычислений. Способ может быть использован в бортовых сканирующих РЛС и РТЛС маловысотного полета с целью повышения их разрешающей способности по угловым координатам для навигации в сложных метеоусловиях и при отсутствии оптической видимости.
Литература
1. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986. 448 с.
2. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. М.: Радио и связь, 1986. 304 с.
3. Пирогов Ю.А., Тимановский А.Л. Сверхразрешение в системах пассивного радиовидения миллиметрового диапазона // Радиотехника. 2006 №3. С.14-19.
4. Патент RU 2284548 C1. Способ наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой на базе бортовой РЛС / В.К.Клочко. МПК: G01S 13/02. Приоритет 23.06.2005. Опубл.: 27.09. 2006. Бюл. №27.
5. Патент RU 2292060 C1. Способ наблюдения за воздушными объектами и поверхностью на базе бортовой РЛС / В.К.Клочко. МПК: G01S 13/02. Приоритет 28.06.2005. Опубл.: 20.01. 2007. Бюл. №2.
6. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / В.Н.Антипов, В.Т.Горяинов, А.Н.Кулин, Толстов Е.Ф. и др. Под ред. В.Т.Горяинова. М.: Радио и связь, 1988. 304 с.

Claims (1)

  1. Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях (РЛС и РТЛС), заключающийся в том, что при наблюдении за поверхностью или воздушной обстановкой с I×J-зоне обзора с помощью сканирующей антенной системы в виде Q×K-матрицы приемных каналов последовательно смещают луч антенной системы по азимуту и углу места соответственно на величину (2n+1)-й и (2m+1)-й частей ширины диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 мощности построчно в зоне обзора, измеряют при каждом i, j-м положении луча
    Figure 00000032
    в q, k-x измерительных каналах
    Figure 00000033
    значения амплитуд принимаемых сигналов yqk(i, j), формируют из этих амплитуд I×J-матрицы измерений Yqk с элементами yqk(i, j)
    Figure 00000034
    которые располагают в составе блочной матрицы Y, и далее обрабатывают, отличающийся тем, что вначале восстановление ведут вдоль строк матрицы изображения умножением матрицы измерений Y слева на вычисленную заранее матрицу весовых коэффициентов
    Figure 00000035
    в результате получают матрицу промежуточных оценок
    Figure 00000036
    затем восстановление ведут вдоль столбцов матрицы изображения умножением матрицы промежуточных оценок
    Figure 00000037
    справа на вычисленную заранее матрицу весовых коэффициентов
    Figure 00000038
    и получают матрицу оценок
    Figure 00000039
    с элементами
    Figure 00000040
    представляющими амплитуды восстановленного изображения зоны обзора РЛС или РТЛС в i, j-x элементах дискретизации угломерного пространства.
RU2008110294/09A 2008-03-17 2008-03-17 Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях RU2379705C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008110294/09A RU2379705C2 (ru) 2008-03-17 2008-03-17 Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008110294/09A RU2379705C2 (ru) 2008-03-17 2008-03-17 Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008110294A RU2008110294A (ru) 2009-10-10
RU2379705C2 true RU2379705C2 (ru) 2010-01-20

Family

ID=41260114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008110294/09A RU2379705C2 (ru) 2008-03-17 2008-03-17 Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2379705C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528169C1 (ru) * 2013-04-11 2014-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой рлс, установленной на движущемся летательном аппарате
RU2657331C1 (ru) * 2017-02-20 2018-06-13 Акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания" (АО "РРК") Способ формирования температурной карты местности
CN110726967A (zh) * 2019-10-25 2020-01-24 北京理工大学 用于一维阵列测向的单边稀疏嵌套阵设计方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528169C1 (ru) * 2013-04-11 2014-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой рлс, установленной на движущемся летательном аппарате
RU2657331C1 (ru) * 2017-02-20 2018-06-13 Акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания" (АО "РРК") Способ формирования температурной карты местности
CN110726967A (zh) * 2019-10-25 2020-01-24 北京理工大学 用于一维阵列测向的单边稀疏嵌套阵设计方法
CN110726967B (zh) * 2019-10-25 2021-08-03 北京理工大学 用于一维阵列测向的单边稀疏嵌套阵设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008110294A (ru) 2009-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Malanowski et al. Digital beamforming for passive coherent location radar
US6720910B2 (en) Pri-staggered post-doppler adaptive monopulse processing for detection and location of a moving target in ground clutter
US11454702B2 (en) Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar device
CA2901610A1 (en) Surface wave radar
CN109765529B (zh) 一种基于数字波束形成的毫米波雷达抗干扰方法及系统
EP4050364A1 (en) Radar detection using angle of arrival estimation based on scaling parameter with pruned sparse learning of support vector
CN111413666A (zh) 一种阵列测频测向联合接收机设计方法
Lapierre et al. New methods for handling the range dependence of the clutter spectrum in non-sidelooking monostatic STAP radars
CN114594478B (zh) 基于星载Ka波段SAR系统的船只目标干涉检测方法
CN108107427A (zh) 基于超分辨技术的机载/弹载阵列雷达前视成像方法
EP1617232B1 (en) Radiometer imaging system and method thereof
RU2379705C2 (ru) Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях
RU2524401C1 (ru) Способ обнаружения и пространственной локализации подвижных объектов
CN114545401A (zh) 用于机载前视阵列雷达的空时自适应迭代超分辨成像方法
CN111929682B (zh) 基于距离向分块的机载dbf-tops sar成像方法
RU2379706C2 (ru) Способ повышения разрешающей способности радиотепловых изображений
RU2422846C1 (ru) Способ калибровки декаметрового радиопеленгатора-дальномера
CN115840226A (zh) 一种方位向多通道ScanSAR快速目标检测方法
CN115015925A (zh) 基于改进匹配追踪的机载阵列雷达超分辨前视成像方法及装置
CN102495408B (zh) 一种合成孔径雷达点阵目标图像数据的自动寻点方法
CN112255596B (zh) 一种基于空间频率插值的星载sar欺骗干扰信号生成方法
Pavlikov et al. Algorithm of Formation Radio Images from Aerospace Carriers
RU2539558C1 (ru) Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки
RU2309425C2 (ru) Способ калибровки радиопеленгатора-дальномера
CN110018460B (zh) 星载合成孔径雷达整星阶段板间相位差的远场测量方法

Legal Events

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

Effective date: 20100318