RU2382382C2 - Method of forming radio image with one detector and device for realising said method - Google Patents
Method of forming radio image with one detector and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382382C2 RU2382382C2 RU2008103428/09A RU2008103428A RU2382382C2 RU 2382382 C2 RU2382382 C2 RU 2382382C2 RU 2008103428/09 A RU2008103428/09 A RU 2008103428/09A RU 2008103428 A RU2008103428 A RU 2008103428A RU 2382382 C2 RU2382382 C2 RU 2382382C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- elements
- detector
- disk
- antenna
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области радиовидения и может быть применено для обнаружения предметов в ММ диапазоне волн под одеждой человека, в таможенном контроле грузов, в радиоастрономии для картографирования области неба и протяженных небесных объектов, в дистанционном зондировании земной поверхности, в охранных системах, работающих в условиях плохой видимости.The present invention relates to the field of radio imaging and can be used to detect objects in the MM wavelength range under human clothing, in customs control of goods, in radio astronomy to map the sky and long celestial objects, in remote sensing of the earth's surface, in security systems operating in poor visibility.
К настоящему времени известны способы формирования радиоизображений с помощью фокальной двумерной матрицы приемников, с использованием многоэлементного интерферометра, с помощью фазированных матриц.To date, methods are known for generating radio images using a focal two-dimensional array of receivers, using a multi-element interferometer, using phased arrays.
Перечисленные способы реализуются сложными приемными системами, состоящими из множества элементов, что снижает надежность систем, а разброс параметров элементов, обусловленный внешними факторами и технологией их изготовления, влияет на качество радиоизображений.The above methods are implemented by complex receiving systems consisting of many elements, which reduces the reliability of the systems, and the dispersion of the parameters of the elements, due to external factors and their manufacturing technology, affects the quality of radio images.
Известен также способ механического сканирования с несколькими или единственным детектором, реализующийся в результате последовательного приема излучений элементов объекта и последующей компьютерной обработки принятого сигнала.There is also a known method of mechanical scanning with several or a single detector, implemented as a result of sequential reception of radiation from the elements of the object and subsequent computer processing of the received signal.
Наиболее близким аналогом является способ механического сканирования, реализованный с помощью приемной радиометрической системы, состоящей из антенны, радиометра и поворотного устройства, обеспечивающего сканирование по углу места и азимуту [1].The closest analogue is a mechanical scanning method implemented using a receiving radiometric system consisting of an antenna, radiometer and a rotary device that provides scanning by elevation and azimuth [1].
К недостатку способа можно отнести то, что изображение формируется при последовательном приеме излучений элементов объекта и что для его реализации требуются высокоточные механические поворотные устройства, способные обеспечить следующие режимы работы: разгон, равномерное движение, торможение, остановка, смещение по координате X или Y, изменение направления движения, повторение цикла.The disadvantage of this method is that the image is formed by sequentially receiving radiation from the elements of the object and that its implementation requires high-precision mechanical rotary devices that can provide the following operating modes: acceleration, uniform movement, braking, stopping, shifting along the X or Y coordinate, changing directions of movement, repetition of the cycle.
Осуществление таких сложных движений механическим устройством требует больших затрат времени, что является вторым недостатком способа.The implementation of such complex movements by a mechanical device is time consuming, which is the second disadvantage of the method.
Технический результат заключается в том, что упрощается конструкция системы радиовидения за счет исключения поворотного устройства и, кроме того, в совокупности с параллельно-последовательным приемом излучений элементов объекта сокращается время формирования изображений.The technical result consists in simplifying the design of the radio-vision system by eliminating the rotary device and, in addition, in conjunction with the parallel-serial reception of the radiation of the elements of the object, the time of image formation is reduced.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования радиопортрета объекта одним детектором излучения всех элементов объекта переносятся в предметную плоскость, модулируются функциями с различными для каждого элемента параметрами, параллельно (одновременно) принимаются, разделяются на составляющие, соответствующие излучению каждого элемента, и преобразуются в оптическое изображение.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of forming a radio portrait of an object with one detector, the radiation of all elements of the object is transferred to the object plane, modulated by functions with different parameters for each element, parallel (simultaneously) received, divided into components corresponding to the radiation of each element, and converted into optical image.
Способ формирования радиопортрета объекта одним детектором реализуется устройством (см. фиг.1), в котором прием излучений элементов объекта осуществляется неподвижной антенной (1), состоящим (кроме антенны) из дискового модулятора излучений элементов объекта (2), расположенного в предметной плоскости антенны, рупора (3), выполненного с возможностью вращения относительно оси диска, направленного перпендикулярно к плоскости диска, служащего для приема и передачи модулированных диском излучений элементов объекта на вход детектора (5), выход которого связан с входом устройства обработки сигнала (6), выполненного в виде компьютера, предназначенного для выделения составляющих, соответствующих интенсивностям излучений элементов объекта, преобразования значений интенсивностей излучения в оптическое изображение и формирования радиопортрета объекта, генератора импульсов (4), расположенного у кромки диска, служащего для подачи тактовых импульсов в устройство обработки сигнала.The method of generating a radio portrait of an object by one detector is implemented by a device (see Fig. 1), in which the radiation of the elements of the object is received by a fixed antenna (1), consisting (except for the antenna) of a disk modulator of radiation of the elements of the object (2) located in the object plane of the antenna, horn (3), made with the possibility of rotation relative to the axis of the disk, directed perpendicular to the plane of the disk, which serves to receive and transmit modulated disk of the radiation of the elements of the object to the input of the detector (5), output to associated with the input of the signal processing device (6), made in the form of a computer, designed to extract components corresponding to the radiation intensities of the elements of the object, convert the values of the radiation intensities into an optical image and form a radio portrait of the object, a pulse generator (4) located at the edge of the disk, serving to supply clock pulses to the signal processing device.
Устройство работает следующим образом: излучение объекта (7) фокусируется антенной системой (1) в предметной плоскости, где расположен модулятор (2).The device operates as follows: the radiation of the object (7) is focused by the antenna system (1) in the subject plane, where the modulator (2) is located.
Конструктивно модулятор (2) представляет собой диск, поверхность которого разграничена на n кольцевых участков с номерами 1, …k, …,n (см. фиг.1). На каждом участке сделаны прорези. Количество прорезей на разных участках различно.Structurally, the modulator (2) is a disk whose surface is delimited into n ring sections with
Диск вращается с постоянной скоростью относительно оси ОО антенной системы. В результате вращения диска излучения элементов объекта, соответствующие n участкам диска, будут модулированы функциями с различными параметрами. Излучения с одной элементарной области каждого участка через рупор (3) параллельно передаются на детектор (5), выходной сигнал которого обрабатывается по ниже приведенному алгоритму устройством обработки сигнала (6), выполненным в виде компьютера.The disk rotates at a constant speed relative to the axis of the OO antenna system. As a result of rotation of the disk, the radiation of the elements of the object corresponding to n sections of the disk will be modulated by functions with various parameters. Radiations from one elementary region of each section through a horn (3) are simultaneously transmitted to a detector (5), the output signal of which is processed according to the algorithm given below by a signal processing device (6) made in the form of a computer.
Рупор (3) вращается относительно оси оптической системы, что позволяет за один оборот принять излучения всех элементарных областей объекта.The horn (3) rotates relative to the axis of the optical system, which allows one radiation to take the radiation of all elementary areas of the object.
Алгоритм обработки выходного сигнала детектораDetector output processing algorithm
Выходной сигнал детектора обрабатывается по алгоритму, схема которого показана на фиг.1 (позиция 6). Программируется параллельная работа n каналов, в каждый из которых входят следующие виртуальные устройства: фильтр (Фk), синхронный детектор (СДk) генератор опорного сигнала (Гk), сумматор (Σk), где k=1, 2, …, n номер канала.The output signal of the detector is processed according to the algorithm, the circuit of which is shown in figure 1 (position 6). The parallel operation of n channels is programmed, each of which includes the following virtual devices: filter (Ф k ), synchronous detector (SD k ) reference signal generator (Г k ), adder (Σ k ), where k = 1, 2, ..., n channel number.
Сигнал с выхода детектора (5), представленный функцией 1, одновременно поступает на входы (n каналов) фильтров.The signal from the output of the detector (5), represented by
где k=1, 2, …, n участки объекта,where k = 1, 2, ..., n are sections of the object,
Jk - интенсивность излучения элементарной области k-го участка, t - время, J k - radiation intensity of the elementary region of the k-th plot, t - time,
Pk(t) - модулирующая функция, P k (t) is the modulating function,
H(t) - интенсивность шума.H (t) is the noise intensity.
Принцип обработки сигнала каналами одинаковый, поэтому достаточно рассмотреть алгоритм работы одного k-го канала.The principle of processing the signal by the channels is the same, therefore, it suffices to consider the algorithm of operation of one k-th channel.
Сигнал на выходе фильтра (Фk) представлен формулой 2.The signal at the output of the filter (f k ) is represented by
где (Jk×Pk(t)) - выделенный фильтром сигнал с элементарной области k-го участка, Z(t) - сумма ослабленных фильтром сигналов с остальных (n-1) участков объекта и шум.where (J k × P k (t)) is the signal selected by the filter from the elementary region of the k-th section, Z (t) is the sum of the signals weakened by the filter from the remaining (n-1) sections of the object and noise.
С целью уменьшения величины Z(t) применяется синхронное детектирование. Сигнал на выходе синхронного детектора (формула 3) есть результат умножения функции Xk(t) на опорный сигнал, который представляется той же функцией, что и функция модуляции.In order to reduce the value of Z (t), synchronous detection is used. The signal at the output of the synchronous detector (formula 3) is the result of multiplying the function X k (t) by the reference signal, which is represented by the same function as the modulation function.
Опорный сигнал формирует генератор (Гk) по поступающим с генератора (4) тактовым импульсам, частота которых задается модулятором (2) (см. фиг.1).The reference signal is generated by the generator (G k ) by the clock pulses coming from the generator (4), the frequency of which is set by the modulator (2) (see figure 1).
Алгоритм работы сумматора определяют формулы (4), (5):The adder operation algorithm is determined by formulas (4), (5):
По формуле (4) выполняется усреднение функции (3) для различного времени интегрирования (Δti), а по формуле (5) вычисляется интенсивность излучения k-й элементарной области объекта с ошибкой, величина которой уменьшается с увеличением времени интегрирования.According to formula (4), function (3) is averaged for different integration times (Δt i ), and formula (5) calculates the radiation intensity of the kth elementary region of the object with an error, the value of which decreases with increasing integration time.
С целью оценки взаимного влияния излучений областей объекта и шума на выходные сигналы каналов проведено численное моделирование работы устройства, реализующее данный способ.In order to assess the mutual influence of the radiation of the object regions and noise on the output signals of the channels, a numerical simulation of the operation of the device that implements this method was carried out.
Приняты следующие условия: модулятор вращается со скоростью 50 об/с, частоты модуляции отличаются друг от друга на 20-30%, уровень шума -20 дБ, излучения принимаются с 10-ти областей объекта, интенсивность излучения 5-й области равна 0.8, интенсивности излучений остальных 9-ти областей равны 1.The following conditions are accepted: the modulator rotates at a speed of 50 r / s, the modulation frequencies differ from each other by 20-30%, the noise level is -20 dB, the radiation is received from 10 areas of the object, the radiation intensity of the 5th region is 0.8, the intensity emissions of the remaining 9 areas are equal to 1.
В качестве примера рассматривалась работа 5-го канала (k=5), который вычисляет интенсивность излучения 5-го элемента объекта. На выходе 5-го канала сигнал, который представляет зависимость вычисляемой интенсивности излучения от времени интегрирования, показан на фиг.2. Видно, что кривая стремится к значению 0.8, соответствующему интенсивности излучения 5-го элемента объекта. При этом ошибка вычисления быстро уменьшается и за время интегрирования менее 0.1 с становится меньше 1%.The work of the 5th channel (k = 5), which calculates the radiation intensity of the 5th element of the object, was considered as an example. At the output of the 5th channel, a signal that represents the dependence of the calculated radiation intensity on the integration time is shown in FIG. It can be seen that the curve tends to a value of 0.8, corresponding to the radiation intensity of the 5th element of the object. In this case, the calculation error decreases rapidly and during the integration time of less than 0.1 s, it becomes less than 1%.
На основании результатов численного моделирования можно сделать вывод: излучения n элементов объекта, одновременно принятые детектором в ММ диапазоне волн, можно с высокой точностью разделить на составляющие, соответствующие каждому элементу объекта, и построить оптическое изображение.Based on the results of numerical modeling, we can conclude that the radiation of n elements of the object, simultaneously received by the detector in the MM wavelength range, can be accurately divided into components corresponding to each element of the object and an optical image can be constructed.
Источники информацииInformation sources
1. В.А.Голунов, А.Ю.Зражевский, М.Т.Смирнов, В.С.Аблязов, А.А.Халдин, А.Е.Максимов, В.П.Нестеров. Радиотепловые поляризационные портреты объектов и покровов в ММ диапазоне волн. // 2-ая Всероссийская научная конференция «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами». Сб. докладов, Санкт-Петербург, 2004, т.1, с.56-59.1. V.A. Golunov, A.Yu. Zrazhevsky, M.T. Smirnov, V.S. Ablyazov, A.A. Khaldin, A.E. Maksimov, V.P. Nesterov. Radiothermal polarized portraits of objects and covers in the MM wavelength range. // 2nd All-Russian Scientific Conference “Remote Sensing of Earth Coverings and Atmosphere by Aerospace Means”. Sat Papers, St. Petersburg, 2004, v. 1, pp. 56-59.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103428/09A RU2382382C2 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Method of forming radio image with one detector and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103428/09A RU2382382C2 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Method of forming radio image with one detector and device for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008103428A RU2008103428A (en) | 2009-08-10 |
| RU2382382C2 true RU2382382C2 (en) | 2010-02-20 |
Family
ID=41049012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008103428/09A RU2382382C2 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Method of forming radio image with one detector and device for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2382382C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2504800C1 (en) * | 2012-06-07 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of forming radio portrait of object by frequency division parallel processing |
| RU2713731C1 (en) * | 2019-07-01 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method of generating radio heat imaging of objects |
-
2008
- 2008-02-04 RU RU2008103428/09A patent/RU2382382C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОЛУНОВ В.А и др. Радиотепловые поляризационные портреты объектов и покровов в ММ диапазоне волн. 2-ая Всероссийская научная конференция «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами». Сб. докладов. - СПб., 2004, т.1, с.56-59. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2504800C1 (en) * | 2012-06-07 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of forming radio portrait of object by frequency division parallel processing |
| RU2713731C1 (en) * | 2019-07-01 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method of generating radio heat imaging of objects |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008103428A (en) | 2009-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10591604B2 (en) | CDMA-based 3D imaging method for focal plane array LIDAR | |
| US11336373B2 (en) | Co-prime optical transceiver array | |
| EP3268771B1 (en) | Coherent ladar using intra-pixel quadrature detection | |
| EP2594959B1 (en) | System and method for multi TOF camera operation using phase hopping | |
| Zheng et al. | A passive millimeter-wave imager used for concealed weapon detection | |
| Cooper et al. | THz imaging radar for standoff personnel screening | |
| US9134414B2 (en) | Method and apparatus for determining a doppler centroid in a synthetic aperture imaging system | |
| JP7422224B2 (en) | Single pixel imaging of electromagnetic fields | |
| Cooper et al. | An approach for sub-second imaging of concealed objects using terahertz (THz) radar | |
| CN111103583B (en) | Three-dimensional radio frequency imaging system and method with real-time calibration | |
| Shevchenko et al. | Synthetic aperture microwave imaging with active probing for fusion plasma diagnostics | |
| CN102621070A (en) | Two-dimensional terahenz imaging system and imaging method thereof | |
| CN106124413A (en) | A kind of device improving THz wave compressed sensing image quality based on double image element | |
| WO2020036629A2 (en) | Methods and systems for distributed radar imaging | |
| RU2382382C2 (en) | Method of forming radio image with one detector and device for realising said method | |
| CN205844166U (en) | A kind of device improving THz wave compressed sensing image quality based on double image element | |
| RU2504800C1 (en) | Method of forming radio portrait of object by frequency division parallel processing | |
| Xie et al. | Frequency Estimation Method for Wideband Microwave Camera | |
| CA2864501C (en) | Phase error correction in synthetic aperture imaging | |
| CN103913231B (en) | Based on the space-time unite modulation fourier transformation imaging spectrometer of light-duty beam splitter | |
| JP5458124B2 (en) | Electromagnetic wave imaging apparatus and electromagnetic wave imaging method | |
| US3488656A (en) | Radio frequency holograms | |
| JP6706790B2 (en) | Terahertz wave imaging device | |
| McGill et al. | Holographic circle-to-point converter with particular applications for lidar work | |
| CN107014487B (en) | Compressed sensing measuring method and its system under a kind of dynamic scene |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100205 |