RU2526850C2 - Method of obtaining radar image of portion of earth's surface and synthetic aperture radar station (versions) - Google Patents

Method of obtaining radar image of portion of earth's surface and synthetic aperture radar station (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2526850C2
RU2526850C2 RU2012150978/07A RU2012150978A RU2526850C2 RU 2526850 C2 RU2526850 C2 RU 2526850C2 RU 2012150978/07 A RU2012150978/07 A RU 2012150978/07A RU 2012150978 A RU2012150978 A RU 2012150978A RU 2526850 C2 RU2526850 C2 RU 2526850C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
radar
antenna
digital
Prior art date
Application number
RU2012150978/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012150978A (en
Inventor
Сергей Леонидович Внотченко
Владимир Сергеевич Дудукин
Александр Иванович Коваленко
Лев Соломонович Нейман
Виктор Владимирович Риман
Алексей Игоревич Селянин
Станислав Николаевич Смирнов
Валентин Степанович Чернышов
Анатолий Васильевич Шишанов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов"
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 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов"
Priority to RU2012150978/07A priority Critical patent/RU2526850C2/en
Publication of RU2012150978A publication Critical patent/RU2012150978A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2526850C2 publication Critical patent/RU2526850C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics, navigation.
SUBSTANCE: invention can be used to obtain radar images of the earth's surface using synthetic aperture radar (SAR) stations mounted on spacecraft. The method employs a non-periodic phase-code modulated radio pulse as a probing pulse in SAR, and the vertical dimension of the antenna aperture of the radar station is selected according to the required scanning band. The SAR is in form of coherent side-looking radar, the antenna area of which is defined by the product of the selected vertical dimension of the antenna the horizontal dimension, which is defined by design capabilities of the spacecraft. To expand the scanning band of the antenna, the SAR can be in form of a waveguide-slit grating which realises in the vertical plane a beam pattern with a special shape which compensates for the effect of the change in range and specific radar cross-section in the frame of a radar image on radar reflection signal power.
EFFECT: smaller radar antenna area and larger scanning bandwidth for radar images without complication of the antenna design, which simultaneously reduces power consumption, weight and size characteristics of on-board equipment of aircraft and high reliability thereof.
7 cl, 6 dwg

Description

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы при формировании радиолокационных изображений (РЛИ) земной поверхности с помощью радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА), размещаемых на космических аппаратах (КА).The invention relates to the field of radar and can be used in the formation of radar images (RLI) of the earth's surface using radars with synthesized aperture (SAR), placed on spacecraft (SC).

Информационная технология получения радиолокационного изображения Земли из космоса реализуется с разделением по времени и включает в себя следующее.Information technology for obtaining a radar image of the Earth from space is implemented with time sharing and includes the following.

1. Проведение радиолокационной съемки, результат которой представляет собой цифровой массив зарегистрированных радиолокационных данных (радиоголограмму) (реализуется с помощью бортовой радиолокационной аппаратуры, размещенной на КА).1. Conducting a radar survey, the result of which is a digital array of registered radar data (radio hologram) (implemented using on-board radar equipment located on the spacecraft).

2. Формирование радиолокационных изображений (осуществляется на наземных программно-технических средствах посредством когерентной обработки радиолокационных данных, учитывающей параметры движения КА в процессе съемки).2. The formation of radar images (carried out on ground software and hardware by means of coherent processing of radar data, taking into account the parameters of the spacecraft in the process of shooting).

Алгоритм формирования радиолокационного изображения участка местности реализуется в виде согласованной фильтрации траекторного радиолокационного сигнала точечной цели, проводимой для каждого элемента земной поверхности, входящего в область радиолокационного наблюдения.The algorithm for generating a radar image of a terrain is implemented in the form of a coordinated filtering of the trajectory radar signal of a point target, carried out for each element of the earth's surface, included in the area of radar observation.

РЛИ характеризуется пространственной разрешающей способностью и геометрическими размерами снимаемого участка местности.The radar image is characterized by spatial resolution and the geometric dimensions of the recorded area.

Пространственная разрешающая способность РЛИ обеспечивается за счет использования широкополосного зондирующего сигнала и когерентной обработки радиолокационных сигналов, полученных на участке траектории носителя РСА (интервале синтезирования - синтезированной апертуре) в процессе радиолокационной съемки.The spatial resolution of the radar image is ensured through the use of a broadband probe signal and the coherent processing of radar signals obtained on a portion of the path of the SAR carrier (synthesis interval - synthesized aperture) during radar imaging.

Геометрические размеры РЛИ определяются протяженностью маршрута съемки (по направлению вдоль траектории КА) и размерами полосы съемки (полосы захвата) на поверхности Земли (в поперечном направлении относительно траектории КА).The geometrical dimensions of the radar image are determined by the length of the survey route (in the direction along the spacecraft trajectory) and the dimensions of the survey strip (capture strip) on the Earth's surface (in the transverse direction relative to the spacecraft trajectory).

Аналогом предлагаемого изобретения, относящегося к способу получения РЛИ, является способ, заключающейся в реализации бортовым радиолокационным комплексом пачечного режима излучения, причем пачка зондирующих импульсов имеет фазокодовую модуляцию от импульса к импульсу, а отраженные от Земли сигналы подвергаются согласованной обработке в наземном комплексе [С.Л. Внотченко, В.В. Риман, А.В. Теличев, В.С. Чернышев, А.В. Шишанов. Системные принципы реализации космического радиолокатора «Северянин-М». К 71 Космическая радиолокация [Электронный ресурс]: Всероссийские радиофизические научные чтения-конференции памяти Н.А. Арманда. Сб. докладов научно-практической конференции (Муром, 28 июня - 1 июля 2010 г.). - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2010, стр.20-29]. При этом азимутальная разрешающая способность РЛИ определяется длительностью пачки зондирующих импульсов. Недостатком данного способа является снижение отношения сигнал/шум в элементе РЛИ, степень которого пропорциональна значению скважности пачки зондирующих импульсов.An analogue of the present invention related to a method for producing radar images is a method for implementing an on-board radar complex of a burst mode of radiation, wherein the packet of probe pulses has phase-phase modulation from pulse to pulse, and the signals reflected from the Earth undergo coordinated processing in a ground-based complex [S. L. . Vnotchenko, V.V. Riemann, A.V. Telichev, V.S. Chernyshev, A.V. Shishanov. Systemic principles for the implementation of the Severyanin-M space radar. K 71 Space Radar [Electronic Resource]: All-Russian Radiophysical Scientific Readings and Conferences in Memory of N. A. Armanda. Sat reports of the scientific-practical conference (Murom, June 28 - July 1, 2010). - Murom: Publishing house-printing center MI VlSU, 2010, pp. 20-29]. In this case, the azimuthal resolution of the radar image is determined by the duration of the packet of probe pulses. The disadvantage of this method is the reduction of the signal-to-noise ratio in the radar element, the degree of which is proportional to the duty cycle of the probe pulse train.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу получения РЛИ, является способ, заключающийся в излучении модулированного зондирующего импульса, приеме и регистрации отраженных сигналов с помощью радиолокационной станции (РЛС) с синтезированной апертурой антенны, и последующем проведении согласованной фильтрации отраженных сигналов для элементов наблюдаемой поверхности. [Проблемы современной радиотехники и электроники. Отв. ред. В.А. Котельников. М., "Наука", 1987, стр.59-62]. В данном способе зондирующий импульс модулирован по фазе кодом периодически повторяемой М-последовательности (кодом максимальной длины [1]), а параметры диаграммы направленности антенны (ДНА) (ширина основного лепестка и положение электрической оси ДНА относительно местной вертикали) выбираются из условия эффективного подавления помех неоднозначности в РЛИ.Closest to the proposed invention relating to a method for producing radar images is a method that consists in emitting a modulated probe pulse, receiving and recording reflected signals using a radar station with a synthesized aperture of the antenna, and then conducting consistent filtering of the reflected signals for elements of the observed surface . [Problems of modern radio engineering and electronics. Repl. ed. V.A. Kotelnikov. M., "Science", 1987, pp. 59-62]. In this method, the probe pulse is phase-modulated by a code of a periodically repeated M-sequence (maximum length code [1]), and the antenna pattern (BOTTOM) parameters (the width of the main lobe and the position of the BOTTOM electric axis relative to the local vertical) are selected from the condition of effective interference suppression ambiguities in radar imagery.

РЛС, выбранная в качестве прототипа заявляемого устройства для проведения радиолокационной съемки, содержит антенну площадью S, подключенную к входу-выходу циркулятора, вход и выход которого подключены, соответственно, к первому выходу и входу когерентного приемопередающего тракта [Радиолокационные станции обзора Земли. Под ред. Г.С. Кондратенкова, М.: "Радио и связь", 1983, стр.203-204].The radar, selected as a prototype of the inventive device for conducting radar imaging, contains an antenna of area S connected to the input / output of the circulator, the input and output of which are connected, respectively, to the first output and the input of the coherent transceiver path [Earth radar. Ed. G.S. Kondratenkova, M .: "Radio and communications", 1983, p.203-204].

Эффект неоднозначности, обусловленный использованием периодического зондирующего сигнала, приводит к тому, что в радиолокационном изображении помимо полезного сигнала, формируемого наблюдаемым элементом земной поверхности, присутствуют специфические отражения - т.н. помехи неоднозначности. В формировании помех неоднозначности участвуют элементы земной поверхности, отстоящие от визируемого объекта по наклонной дальности и азимуту на значительные расстояния, определяемые значением периода повторения зондирующих импульсов и параметрами геометрии радиолокационного наблюдения. Подавление помех неоднозначности при реализации технологии получения РЛИ осуществляется выбором параметров диаграммы направленности антенны, согласованным со скоростью носителя РСА V и дальностью наблюдения R. Это приводит к известному ограничению на площадь раскрыва антенны радиолокатора S [2, стр.255-257]:The ambiguity effect due to the use of a periodic sounding signal leads to the fact that in the radar image, in addition to the useful signal generated by the observed element of the earth's surface, there are specific reflections - the so-called interferences of ambiguity. The formation of ambiguity interference involves elements of the earth’s surface, spaced apart from the sighted object in oblique range and azimuth over considerable distances, determined by the value of the repetition period of the probe pulses and the geometry parameters of radar observation. The suppression of ambiguity interference in the implementation of the technology for producing radar images is carried out by selecting the antenna pattern parameters that are consistent with the SAR carrier speed V and the observation range R. This leads to a known limitation on the aperture area of the radar antenna S [2, pp. 255-257]:

S = l h > k 4 V λ R t g ( ϕ ) c ( 1 )

Figure 00000001
S = l h > k four V λ R t g ( ϕ ) c ( one )
Figure 00000001

где l - горизонтальный размер антенны; h - вертикальный размер антенны; k=1-3 - коэффициент, зависящий от распределения поля по апертуре антенны и заданного уровня подавления помехи неоднозначности; λ - рабочая длина волны; R - наклонная дальность до наблюдаемого участка земной поверхности; φ - угол падения электромагнитной волны; c - скорость света.where l is the horizontal size of the antenna; h is the vertical size of the antenna; k = 1-3 is a coefficient depending on the field distribution over the antenna aperture and a given level of suppression of ambiguity interference; λ is the working wavelength; R is the slant range to the observed portion of the earth's surface; φ is the angle of incidence of the electromagnetic wave; c is the speed of light.

Из (1) следует, что требования к величине площади раскрыва антенны радиолокатора резко повышаются с ростом рабочего угла падения φ электромагнитной волны. В то же время, для реализации возможности получения РЛИ в широкой полосе обзора необходимо использовать рабочий угловой сектор радиолокационного зондирования, расширенный в сторону больших значений углов падения. При этом реализация широкой полосы съемки (захвата) требует введения электронного сканирования узким лучом антенны по углу места.From (1) it follows that the requirements for the magnitude of the aperture area of the radar antenna increase sharply with increasing working angle of incidence φ of the electromagnetic wave. At the same time, to realize the possibility of obtaining radar data in a wide field of view, it is necessary to use the working angular sector of radar sensing, expanded in the direction of large values of the angle of incidence. Moreover, the implementation of a wide band of shooting (capture) requires the introduction of electronic scanning with a narrow beam of the antenna along the elevation angle.

Таким образом, недостатком известного способа получения радиолокационного изображения и реализующей этот способ РЛС является необходимость, для обеспечения широкой полосы радиолокационной съемки, размещения на космическом аппарате антенны с большими размерами раскрыва, обеспечивающей электронное сканирование луча антенны.Thus, the disadvantage of the known method of obtaining radar images and implementing this method of radar is the need to provide a wide band of radar, placement on the spacecraft of the antenna with large aperture, providing electronic scanning of the antenna beam.

Предлагаемыми изобретениями решается задача сокращения площади антенны радиолокатора с синтезированной апертурой, размещенного на космическом аппарате.The proposed inventions solve the problem of reducing the area of the antenna of the synthetic-aperture radar located on the spacecraft.

Также предлагаемыми изобретениями достигается технический результат, заключающийся в увеличении ширины полосы захвата (полосы съемки РЛИ) без усложнения конструкции антенны (введения электронного сканирования), что одновременно приводит к снижению энергопотребления, габаритно-массовых характеристик бортовой аппаратуры КА и повышению ее надежности.Also, the proposed inventions achieve a technical result, which consists in increasing the width of the capture band (shooting strip of the radar image) without complicating the design of the antenna (introducing electronic scanning), which at the same time leads to a decrease in power consumption, overall mass characteristics of the onboard spacecraft equipment and to increase its reliability.

Для получения названных технических результатов в предлагаемом способе получения радиолокационного изображения участка земной поверхности с борта космического аппарата, заключающемся в том, что осуществляют излучение модулированного зондирующего импульса, прием и регистрацию отраженных сигналов с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны и проведение согласованной фильтрации отраженных сигналов для элементов земной поверхности, зондирующий импульс выбран в виде радиоимпульса с непериодической фазокодовой модуляцией, а вертикальный размер h раскрыва антенны радиолокационной станции выбран в соответствии с требуемым размером L полосы захватаTo obtain the named technical results in the proposed method for obtaining a radar image of a piece of the earth’s surface from the spacecraft, which consists in the fact that they emit a modulated probe pulse, receive and register the reflected signals using a radar with a synthesized aperture of the antenna and conduct matched filtering of the reflected signals for earth surface elements, the probe pulse is selected in the form of a radio pulse with a non-periodic phase modulation, and the vertical size h of the aperture of the antenna of the radar station is selected in accordance with the required size L of the capture band

h λ R L cos ( ϕ ) ( 2 )

Figure 00000002
h λ R L cos ( ϕ ) ( 2 )
Figure 00000002

где λ - рабочая длина волны; R - наклонная дальность до середины полосы захвата; φ - угол падения электромагнитной волны.where λ is the working wavelength; R is the slant range to the middle of the capture band; φ is the angle of incidence of the electromagnetic wave.

Для достижения названных технических результатов предлагается радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны, содержащая антенну с площадью раскрыва S, подключенную к входу-выходу циркулятора, вход и выход которого подключены, соответственно, к первому выходу и входу когерентного приемопередающего тракта. При этом когерентный приемо-передающий тракт выполнен обеспечивающим формирование на первом выходе зондирующего радиоимпульса с непериодической фазокодовой модуляцией. Площадь раскрыва антенны S выбрана из условияTo achieve the aforementioned technical results, a radar station with a synthesized aperture of the antenna is proposed, comprising an antenna with an aperture area S connected to the input / output of the circulator, the input and output of which are connected, respectively, to the first output and the input of the coherent transceiver path. At the same time, the coherent transmitting and transmitting path is made providing the formation of a probing radio pulse with non-periodic phase-phase modulation at the first output. The antenna opening area S is selected from the condition

S = l λ R L cos ( ϕ ) ( 3 )

Figure 00000003
S = l λ R L cos ( ϕ ) ( 3 )
Figure 00000003

где l - горизонтальный размер антенны.where l is the horizontal size of the antenna.

Для достижения названных технических результатов предлагается второй вариант радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны, содержащий антенну, подключенную к входу-выходу циркулятора, вход и выход которого подключены, соответственно, к первому выходу и входу когерентного приемопередающего тракта. При этом когерентный приемо-передающий тракт выполнен обеспечивающим формирование на первом выходе радиоимпульса с непериодической фазокодовой модуляцией, а антенна выполнена в виде волноводно-щелевой решетки, обеспечивающей диаграмму направленности G(ε) в вертикальной плоскостиTo achieve the aforementioned technical results, a second version of a radar station with a synthesized aperture of the antenna is proposed, comprising an antenna connected to the input / output of the circulator, the input and output of which are connected, respectively, to the first output and input of the coherent transceiver path. In this case, the coherent transceiver path is made capable of generating a radio pulse with non-periodic phase-code modulation at the first output, and the antenna is made in the form of a waveguide-slot array providing the radiation pattern G (ε) in the vertical plane

G ( ε ) 1 K sin ε [ k s cos ε 1 k s 2 sin 2 ε ] 3 cos 2 [ arcsin ( k s sin ε ) ]

Figure 00000004
G ( ε ) one K sin ε [ k s cos ε - one - k s 2 sin 2 ε ] 3 cos 2 [ arcsin ( k s sin ε ) ]
Figure 00000004

где ε - угол места, K=0,1569, ks=1+H/Rs, H - высота полета космического аппарата, Rs - радиус Земли.where ε is the elevation angle, K = 0.1569, k s = 1 + H / R s , H is the flight altitude of the spacecraft, R s is the radius of the Earth.

Для обеспечения эффективности использования радиоканала передачи радиолокационной информации на наземные пункты приема в радиолокационную станцию с синтезированной апертурой антенны введено буферное оперативное запоминающее устройство, вход которого соединен со вторым выходом когерентного приемо-передающего тракта, а выход - с выходом радиолокационной станции.To ensure the efficient use of the radio channel for transmitting radar information to ground-based reception points, a buffer memory was introduced into the radar with a synthesized aperture of the antenna, the input of which is connected to the second output of the coherent transceiver path and the output to the output of the radar station.

Как пример исполнения, когерентный приемо-передающий тракт содержит задающий генератор, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, формирователь цифрового сигнала, передатчик и приемник, причем первый и второй выходы задающего генератора соединены, соответственно, с первым входом цифроаналогового преобразователя и с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход формирователя цифрового сигнала соединен со вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу передатчика, выход передатчика соединен с первым выходом когерентного приемо-передающего тракта, вход приемника подключен к входу когерентного приемо-передающего тракта, выход приемника подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым выходом когерентного приемо-передающего тракта.As an example of execution, the coherent transceiver path includes a master oscillator, a digital-to-analog converter, an analog-to-digital converter, a digital signal conditioner, a transmitter and a receiver, the first and second outputs of the master oscillator being connected, respectively, to the first input of the digital-to-analog converter and to the first input of the analog -digital converter, the output of the digital signal driver is connected to the second input of the digital-to-analog converter, the output of which is connected to the input of the transmitter, the transmitter output is connected to the first output of the coherent transceiver path, the input of the receiver is connected to the input of the coherent transceiver path, the output of the receiver is connected to the second input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the second output of the coherent transceiver path.

Предлагаемые способ и устройства поясняются чертежами, представленными на фиг.1-6.The proposed method and device is illustrated by the drawings shown in figures 1-6.

На фиг.1 показана геометрия визирования земной поверхности с помощью радиолокатора с синтезированной апертурой.Figure 1 shows the geometry of the sighting of the earth's surface using a synthetic aperture radar.

На фиг.2 показано сечение геометрии радиолокационного визирования в угломестной плоскости с учетом сферичности Земли.Figure 2 shows a cross-section of the geometry of radar sighting in the elevation plane, taking into account the sphericity of the Earth.

На фиг.3 представлен зондирующий радиоимпульс с несколькими вариантами непериодической фазокодовой модуляции.Figure 3 presents the sounding radio pulse with several options for non-periodic phase-phase modulation.

На фиг.4 приведена форма нормированной диаграммы направленности антенны по мощности в угломестной плоскости.Figure 4 shows the shape of the normalized antenna pattern of power in the elevation plane.

На фиг.5 изображена структурная схема радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны.Figure 5 shows a structural diagram of a radar with a synthesized aperture of the antenna.

На фиг.6 показана структурная схема когерентного приемопередающего тракта радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны.Figure 6 shows a structural diagram of a coherent transceiver path of a radar with a synthesized aperture of the antenna.

При проведении радиолокационной съемки участка земной поверхности радиолокатор перемещается вдоль участка траектории носителя АВ, представляющего собой синтезированную апертуру (см. фиг.1). На фиг.1 точка С является элементом земной поверхности, принадлежащим полосе захвата шириной L, высота орбиты космического аппарата обозначена через Н, а угол места (отсчитывается от местной вертикали) электрической оси диаграммы направленности антенны (ДНА) - через ε0.When conducting a radar survey of a portion of the earth's surface, the radar moves along a portion of the path of the carrier AB, which is a synthesized aperture (see figure 1). In figure 1, point C is an element of the earth's surface belonging to a capture band of width L, the orbit height of the spacecraft is denoted by H, and the elevation angle (measured from the local vertical) of the electric axis of the antenna pattern (BOTTOM) is indicated by ε 0 .

На фиг.2 показано угломестное сечение геометрии радиолокационного визирования с учетом сферичности Земли. Эффективная ширина ДНА в угломестной плоскости (для двукратного распространения волны) составляет величину Δε, φ - угол падения электромагнитной волны, отсчитываемый от локальной вертикали. Наклонная дальность R(ε) от радиолокатора до произвольной точки, принадлежащей полосе захвата, зависит от текущего значения угла места ε. Связь между углом падения φ и углом места ε задается формулой sin(φ)=ks sin(ε), где ks=1+H/Rs; Н - высота орбиты космического аппарата; Rs - радиус Земли.Figure 2 shows the elevation section of the geometry of radar sighting taking into account the sphericity of the Earth. The effective beam width in the elevation plane (for double wave propagation) is Δε, φ is the angle of incidence of the electromagnetic wave, measured from the local vertical. The slant range R (ε) from the radar to an arbitrary point belonging to the capture band depends on the current elevation angle ε. The relationship between the angle of incidence φ and elevation angle ε is given by the formula sin (φ) = k s sin (ε), where k s = 1 + H / R s ; H - the height of the orbit of the spacecraft; R s is the radius of the Earth.

Задача сокращения площади антенны радиолокатора с синтезированной апертурой, размещенного на космическом аппарате, решается за счет излучения и приема сигнала специального вида.The task of reducing the area of the synthesized aperture radar antenna located on the spacecraft is solved by radiation and receiving a special type of signal.

В радиолокаторе используется импульсный режим излучения (см. фиг.3). Вид зондирующего сигнала - протяженный модулированный радиоимпульс с непериодической фазокодовой модуляцией. Радиоимпульс состоит из N монохроматических субимпульсов, имеющих длительность τ. При реализации фазокодовой модуляции управляемыми параметрами субимпульса могут являться:The radar uses a pulsed radiation mode (see figure 3). The type of the probe signal is an extended modulated radio pulse with non-periodic phase-phase modulation. A radio pulse consists of N monochromatic subpulses having a duration of τ. When implementing phase-phase modulation, the controlled parameters of the subpulse can be:

1) начальная фаза φn, принимающая одно из двух значений 0 или π (см. фиг.3a);1) the initial phase φ n , taking one of two values 0 or π (see figa);

2) начальная фаза, а также амплитуда, которая может принимать нулевое значение (см. фиг.3b и фиг.3c).2) the initial phase, as well as the amplitude, which can take a zero value (see fig.3b and fig.3c).

В первом случае (фиг.3а) фазокодовая модуляция основывается на бинарных последовательностях [12], у которых при длине кода N длительность зондирующего радиоимпульса равна TN=τ·N.In the first case (Fig. 3a), phase-code modulation is based on binary sequences [12], for which, for the code length N, the duration of the probe radio pulse is T N = τ · N.

Во втором случае фазокодовая модуляция основывается на троичных последовательностях [13] с малым (фиг.3b) или большим (фиг.3c) количеством пропусков (нулевых субимпульсов). При этом длительность зондирующего радиоимпульса, равная TN, определяется конкретным видом последовательности.In the second case, phase-phase modulation is based on ternary sequences [13] with a small (FIG. 3b) or large (FIG. 3c) number of gaps (zero subpulses). In this case, the duration of the probe radio pulse, equal to T N , is determined by the specific type of sequence.

Для исключения «слепой» зоны по дальности максимальная длительность TN излучаемого зондирующего сигнала ограничивается временем распространения сигнала до ближнего края полосы захвата и обратно, т.е.To exclude the blind zone in range, the maximum duration T N of the emitted sounding signal is limited by the propagation time of the signal to the near edge of the capture band and vice versa, i.e.

T N 2 R min / c ( 4 )

Figure 00000005
T N 2 R min / c ( four )
Figure 00000005

где Rmin - наклонная дальность до ближнего края полосы съемки, c - скорость распространения электромагнитных волн.where R min is the slant range to the near edge of the survey strip, c is the propagation velocity of electromagnetic waves.

Например, при минимальной высоте орбиты КА 815 км эта длительность составляет TN≤5,9 мс. Следующий зондирующий сигнал излучается только после приема отраженных сигналов со всей полосы съемки.For example, with a minimum spacecraft orbit altitude of 815 km, this duration is TN≤5.9 ms. The next sounding signal is emitted only after receiving the reflected signals from the entire shooting band.

Величина азимутального разрешения δx радиолокатора обеспечивается за счет когерентной обработки (синтезирования апертуры) на протяженности одного зондирующего сигнала; в этом случае время синтезирования (интервал когерентного накопления сигнала) Tsint=TN. При таком методе обработки имеется принципиальный предел значения линейного разрешения δxmin по азимуту. При синтезировании апертуры по пачке импульсов фиксированной длины наилучшее азимутальное разрешение δxmin достигается на ближнем краю полосы съемки при R(ε)=Rmin:The azimuthal resolution δx of the radar is ensured by coherent processing (aperture synthesis) over the length of one probe signal; in this case, the synthesis time (interval of coherent signal accumulation) T sint = T N. With this processing method, there is a fundamental limit to the linear resolution value δx min in azimuth. When synthesizing an aperture from a burst of pulses of a fixed length, the best azimuthal resolution δx min is achieved at the near edge of the survey strip at R (ε) = R min :

δ x min = λ R min 2 V T s i n t , ( 5 )

Figure 00000006
δ x min = λ R min 2 V T s i n t , ( 5 )
Figure 00000006

где λ - длина волны; V - орбитальная скорость КА.where λ is the wavelength; V is the orbital velocity of the spacecraft.

Подстановка условия (4) в (5) дает оценку минимального размера элемента разрешения по азимутуSubstitution of condition (4) into (5) gives an estimate of the minimum size of the resolution element in azimuth

δ x min λ c / ( 4 V ) ( 6 )

Figure 00000007
δ x min λ c / ( four V ) ( 6 )
Figure 00000007

который в X-диапазоне (длина волны около 3 см) имеет значение порядка 300 м. Таким образом, синтезирование апертуры на интервале длительности TN одной пачки позволяет в несколько раз повысить азимутальное разрешение по сравнению с некогерентными радиолокационными системами, имеющими разрешение 1,3-2,5 км [9, 10].which in the X-range (wavelength of about 3 cm) has a value of the order of 300 m. Thus, synthesizing the aperture in the interval of duration T N of one packet allows one to increase the azimuth resolution several times as compared with incoherent radar systems having a resolution of 1.3- 2.5 km [9, 10].

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. С помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны осуществляют излучение модулированного зондирующего импульса, прием и регистрацию отраженных от поверхности сигналов, которые передаются на наземные пункты приема. Далее на наземных вычислительных средствах проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов для элементов участка земной поверхности,The proposed method is carried out in the following sequence. Using a radar station with a synthesized aperture of the antenna, a modulated probe pulse is emitted, signals received from the surface are received and registered, which are transmitted to ground-based reception points. Then, on the ground computing means, a consistent filtering of the reflected signals for the elements of the earth’s surface is carried out,

Предлагаемая радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны содержит (см. фиг.5) антенну 1, подключенную к входу-выходу циркулятора 2, вход и выход которого подключены, соответственно, к первому выходу и входу когерентного приемопередающего тракта 3, второй выход которого подключен к буферному оперативному запоминающему устройству 4, с выхода которого сигналы подаются в аппаратуру радиолинии.The proposed radar with a synthesized aperture of the antenna contains (see figure 5) an antenna 1 connected to the input-output of the circulator 2, the input and output of which are connected, respectively, to the first output and input of the coherent transceiver path 3, the second output of which is connected to the buffer random access memory 4, the output of which signals are fed to the radio equipment.

Когерентный приемо-передающего тракт радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны содержит (см. фиг.6) задающий генератор 5, цифроаналоговый преобразователь 6, аналого-цифровой преобразователь 7, формирователь 8 цифрового сигнала, передатчик 9 и приемник 10. Первый и второй выходы задающего генератора 5 соединены, соответственно, с первым входом цифроаналогового преобразователя 6 и с первым входом аналого-цифрового преобразователя 7. Выход формирователя 8 цифрового сигнала соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя 6, выход которого подключен к входу передатчика 9. Выход передатчика 9 соединен с первым выходом когерентного приемопередающего тракта. Вход приемника 10 подключен к входу когерентного приемо-передающего тракта, выход приемника 10 подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя 7, выход которого соединен со вторым выходом когерентного приемо-передающего тракта.The coherent transceiver path of the synthetic aperture antenna radar station contains (see FIG. 6) a master oscillator 5, a digital-to-analog converter 6, an analog-to-digital converter 7, a digital signal driver 8, a transmitter 9 and a receiver 10. The first and second outputs of the master oscillator 5 are connected, respectively, with the first input of the digital-to-analog converter 6 and with the first input of the analog-to-digital converter 7. The output of the digital signal driver 8 is connected to the second input of the digital-to-analog converter 6, the output of which is connected to the input of the transmitter 9. The output of the transmitter 9 is connected to the first output of the coherent transceiver path. The input of the receiver 10 is connected to the input of the coherent transceiver path, the output of the receiver 10 is connected to the second input of the analog-to-digital converter 7, the output of which is connected to the second output of the coherent transceiver path.

Радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны работает следующим образом. Цифровой массив отсчетов зондирующего сигнала посредством ЦАП и задающего генератора преобразуется в радиосигнал, поступающий на вход передатчика, который осуществляет его усиление и трансляцию через циркулятор, обеспечивающий развязку приемного и передающего трактов, в антенну. Антенна осуществляет излучение зондирующего радиоимпульса с характеристиками направленности, определяемыми формой диаграммы направленности антенны. Отраженные от поверхности земли радиосигналы принимаются антенной в паузах между излучаемыми радиоимпульсами, поступают через циркулятор в приемник; с выхода приемника радиосигнал посредством проведения аналого-цифрового и частотного преобразований, реализуемых с помощью АЦП и задающего генератора, преобразуется в цифровую форму. Полученный цифровой массив записывается в буферное оперативное запоминающее устройство (БОЗУ), из которого цифровые отсчеты сигнала далее транслируются в аппаратуру радиолинии передачи данных на наземные пункты приема.A synthesized aperture antenna radar operates as follows. The digital array of samples of the probe signal through the DAC and the master oscillator is converted into a radio signal fed to the input of the transmitter, which carries out its amplification and broadcast through the circulator, providing isolation of the receiving and transmitting paths, into the antenna. The antenna emits a sounding radio pulse with directivity characteristics determined by the shape of the antenna pattern. The radio signals reflected from the surface of the earth are received by the antenna in the pauses between the emitted radio pulses, and are transmitted through the circulator to the receiver; from the output of the receiver, the radio signal is converted to digital form by means of analog-to-digital and frequency conversions implemented using the ADC and the master oscillator. The resulting digital array is recorded in a buffer memory (BOSU), from which the digital samples of the signal are then transmitted to the equipment of the radio data transmission line at ground receiving points.

Конкретная реализация предлагаемого способа получения радиолокационного изображения участка земной поверхности может быть осуществлена при решении задач исследования природных ресурсов Земли и оперативной гидрометеорологии, включая мониторинг ледовой обстановки с помощью радиолокатора космического базирования. До сих пор эти задачи могли решаться двумя способами:A specific implementation of the proposed method for obtaining a radar image of a plot of the earth's surface can be carried out when solving the problems of studying the Earth's natural resources and operational hydrometeorology, including monitoring the ice situation using a space-based radar. Until now, these tasks could be solved in two ways:

1) с помощью реализации режимов обзорной съемки типа ScanSAR в когерентных РСА космического базирования, размещенных на КА типа RADARSAT-1,2, TerraSAR-X и CosmoSkyMed [3-8] и использующих электронное сканирование луча антенны в угломестной плоскости;1) using the implementation of ScanSAR-type survey survey modes in space-based coherent SARs located on RADARSAT-1,2, TerraSAR-X and CosmoSkyMed spacecraft [3-8] and using electronic scanning of the antenna beam in the elevation plane;

2) некогерентными РЛС бокового обзора (БО) космических аппаратов "Океан" [9] и "Сич-1М" [10], имеющими невысокое линейное разрешение (порядка 1,3÷2,5 км) в полосе обзора 450÷460 км.2) incoherent side-scan radars (BO) of the Okean [9] and Sich-1M spacecraft [10], which have a low linear resolution (of the order of 1.3–2.5 km) in the 450–460 km range.

Рассмотрим пример, позволяющий сравнить эффективные площади раскрыва антенн при одном значении угла места дальнего края полосы захвата или при одной полосе захвата в случае применения известного метода РСА и предлагаемого способа съемки. Пусть радиолокаторы работают в диапазоне 3,1 см, а высота Н орбиты составляет 500 км. Минимальный угол визирования εmin принимается равным 20°, что является типовым значением для рассматриваемого класса радиолокаторов, а максимальный угол визирования εmax принят равным 50°. Тогда угол места центра полосы захвата будет равенConsider an example that allows you to compare the effective aperture areas of the antennas for one value of the elevation angle of the far edge of the capture band or for one capture band in the case of applying the known SAR method and the proposed shooting method. Let the radars operate in the range of 3.1 cm, and the height H of the orbit is 500 km. The minimum viewing angle ε min is taken to be 20 °, which is a typical value for the considered class of radars, and the maximum viewing angle ε max is taken to be 50 °. Then the elevation angle of the center of the capture band will be equal to

ε0=(εmaxmin)/2=35°.ε 0 = (ε max + ε min ) / 2 = 35 °.

Полоса захвата при заданных параметрах для сферической модели Земли равна 450 км. Вертикальный размер h антенны предлагаемого устройства в соответствии с формулой (2) равен 5,5 см. При допустимой конструктивной длине 10÷15 м площадь данной антенны составит 0,55÷0,83 м2.The capture band at given parameters for the spherical model of the Earth is 450 km. The vertical size h of the antenna of the proposed device in accordance with formula (2) is 5.5 cm. With an allowable structural length of 10 ÷ 15 m, the area of this antenna will be 0.55 ÷ 0.83 m 2 .

Площадь S антенны РСА для тех же условий (H=500 км, V=7600 м/с) в соответствии с формулой (1) равна 9,6 м2. Из этого примера следует, что предлагаемый способ позволяет сократить площадь антенного устройства в 11÷17 раз.The S area of the SAR antenna for the same conditions (H = 500 km, V = 7600 m / s) in accordance with formula (1) is 9.6 m 2 . From this example it follows that the proposed method allows to reduce the area of the antenna device in 11 ÷ 17 times.

На практике антенны с вертикальным раскрывом порядка 2λ малоэффективны из-за низкого коэффициента усиления (КУ). Для обеспечения приемлемого КУ и широкой полосы захвата можно использовать антенну в виде волноводно-щелевой решетки со специальной (косекансного типа) формой диаграммы направленности (ДН). Требования к форме ДН такой антенны в рабочем секторе углов места ε определяются исходя из постоянства мощности отражений для заданного класса протяженной поверхности. При этом принимаются во внимание следующие факторы, влияющие на изменение мощности радиолокационных отражений в полосе захвата:In practice, antennas with a vertical aperture of the order of 2λ are ineffective due to the low gain (gain). To ensure an acceptable KU and a wide capture band, you can use the antenna in the form of a waveguide-slot array with a special (cosecant type) beam pattern (beam pattern). The requirements for the shape of the MD of such an antenna in the working sector of elevation angles ε are determined based on the constancy of the reflection power for a given class of extended surface. In this case, the following factors are taken into account, affecting the change in the power of radar reflections in the capture band:

1) переменная наклонная дальность R ( ε ) = R s ( k s cos ε 1 k s 2 sin 2 ε )

Figure 00000008
, действующая как 1/R3(ε);1) variable slant range R ( ε ) = R s ( k s cos ε - one - k s 2 sin 2 ε )
Figure 00000008
acting as 1 / R 3 (ε);

2) линейное разрешение по горизонтальной дальности, величина которого пропорциональна 1/sin ε;2) linear resolution in horizontal range, the value of which is proportional to 1 / sin ε;

3) зависимость удельной эффективной отражающей поверхности (УЭПР) от угла падения, описываемая законом Ламберта [11], т.е. пропорциональная cos2φ.3) the dependence of the specific effective reflecting surface (ESR) on the angle of incidence, described by Lambert’s law [11], i.e. proportional to cos 2 φ.

Аналитическое выражение для рабочего участка угломестной ДН с учетом сферичности земной поверхности (фиг.2) имеет видThe analytical expression for the working section of the elevated DN taking into account the sphericity of the earth's surface (Fig. 2) has the form

G ( ε ) 1 K sin ε [ k s cos ε 1 k s 2 sin 2 ε ] 3 cos 2 [ arcsin ( k s sin ε ) ] ( 7 )

Figure 00000009
G ( ε ) one K sin ε [ k s cos ε - one - k s 2 sin 2 ε ] 3 cos 2 [ arcsin ( k s sin ε ) ] ( 7 )
Figure 00000009

где ε - угол места; K=0,1569 - нормировочный коэффициент; ks=1+H/Rs;where ε is the elevation angle; K = 0.1569 - normalization coefficient; k s = 1 + H / R s ;

H - высота полета космического аппарата; Rs - радиус Земли.H is the flight altitude of the spacecraft; R s is the radius of the Earth.

Соответствующая форма ДН показана на фиг.4.The corresponding shape of the pattern is shown in figure 4.

Конкретный вид применяемой в зондирующем радиоимпульсе фазокодовой модуляции определяется из требований минимизации боковых лепестков кнопочной функции неопределенности (ФН). При этом могут использоваться сигналы на основе бинарных кодов Баркера, М-последовательностей, а также троичных кодов и др. [12, 13].The specific type of phase-code modulation used in the sounding radio pulse is determined from the requirements of minimizing the side lobes of the button function of uncertainty (FN). In this case, signals based on binary Barker codes, M-sequences, as well as ternary codes, etc. can be used [12, 13].

Радиолокационные сигналы, принимаемые антенной когерентной радиолокационной станции в течение приемного строба, расположенного между зондирующими радиоимпульсами, подвергаются дискретизации по времени и квантованию по амплитуде и преобразуются в цифровые комплексные сигналы с помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и запоминаются в буферном оперативном запоминающем устройстве (см. фиг.5, 6).The radar signals received by the antenna of the coherent radar station during the receiving gate located between the probing radio pulses are sampled in time and quantized in amplitude and converted into digital complex signals using a high-speed analog-to-digital converter (ADC) and stored in a buffer memory ( see figure 5, 6).

С радиолокаторов космического базирования полученная цифровая информация передается на наземные станции приема по радиолинии передачи данных.From space-based radars, the received digital information is transmitted to ground-based receiving stations via a radio data line.

Алгоритм наземного процессора реализует согласованную фильтрацию отраженных сигналов для элементов наблюдаемого участка земной поверхности, что обеспечивает синтезирование апертуры антенны на временном интервале, равном длительности зондирующего сигнала TN, а также сжатие сигнала по дальности.The ground processor algorithm implements a coordinated filtering of reflected signals for elements of the observed portion of the earth's surface, which ensures the synthesis of the antenna aperture over a time interval equal to the duration of the probing signal T N , as well as signal compression in range.

Приведем оценку эффективности способа для радиолокационного комплекса наблюдения Земли, имеющего следующие численные значения параметров радиолокатора и геометрии визирования:Here is an estimate of the effectiveness of the method for the Earth observation radar complex, which has the following numerical values of the parameters of the radar and the geometry of sight:

- рабочая частота f=9650 МГц;- operating frequency f = 9650 MHz;

- высота орбиты H=832 км;- orbit height H = 832 km;

- скорость носителя V=7440 м/с;- carrier velocity V = 7440 m / s;

- максимальный угол визирования (от местной вертикали) εmax=50°;- maximum angle of sight (from the local vertical) ε max = 50 °;

- минимальный угол визирования (от местной вертикали) εmin=23°;- minimum angle of sight (from the local vertical) ε min = 23 °;

- полоса съемки L=750 км.- shooting strip L = 750 km.

Указанные параметры обеспечиваются предлагаемой радиолокационной станцией с синтезированной апертурой антенны при следующих размерах раскрыва антенны:These parameters are provided by the proposed radar with a synthesized aperture of the antenna with the following dimensions of the aperture of the antenna:

- по горизонтали Dx=13,4 м;- horizontally D x = 13.4 m;

- по вертикали Dy,=0,1 м (при равномерном амплитудном распределении поля);- vertically D y , = 0.1 m (with uniform amplitude field distribution);

- по вертикали Dy=0,25 м (при использовании косекансной ДН); т.е. площадь антенны S для предлагаемого способа составляет 1,4 м2 (для первого варианта РЛС) или 3,3 м2 (для второго варианта РЛС).- vertically D y = 0.25 m (when using cosecant pattern); those. the antenna area S for the proposed method is 1.4 m 2 (for the first radar option) or 3.3 m 2 (for the second radar option).

В то же время в соответствии с формулой (1) площадь антенны РСА SPCA для указанных выше условий равна 19,4 м2, т.е. примерно в 6-13 раз больше.At the same time, in accordance with formula (1), the area of the SAR PCA antenna for the above conditions is 19.4 m 2 , i.e. about 6-13 times more.

Следует отметить, что полученные величины площади антенны S заметно меньше, чем у антенн современных космических радиолокаторов. Например, РСА, размещенная на КА «CosmoSkyMed» [8], имеет площадь антенны SCSM=8 м2 при существенно меньшей высоте орбиты H=620 км и, следовательно, меньших рабочих дальностях.It should be noted that the obtained values of the antenna area S are noticeably smaller than that of the antennas of modern space radars. For example, the SAR placed on the CosmoSkyMed spacecraft [8] has an antenna area S CSM = 8 m 2 at a significantly lower orbit height H = 620 km and, therefore, shorter operating ranges.

Таким образом, из описания способа и устройств следует, что излучение модулированного зондирующего сигнала, выбранного в виде радиоимпульсов с непериодической фазокодовой модуляцией, прием и регистрация отраженных сигналов с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны и проведение согласованной фильтрации отраженных сигналов для элементов земной поверхности позволяет существенно сократить эффективную площадь антенны радиолокатора, размещенного на космическом аппарате.Thus, from the description of the method and devices it follows that the radiation of a modulated probe signal selected in the form of radio pulses with non-periodic phase-code modulation, reception and registration of reflected signals using a radar station with a synthesized aperture of the antenna, and conducting consistent filtering of reflected signals for elements of the earth's surface allows reduce the effective area of the radar antenna located on the spacecraft.

Источники информацииInformation sources

1. Д.Е. Вакман, Р.М. Седлецкий. Вопросы синтеза радиолокационных сигналов. М.: Сов. радио, 1971.1. D.E. Wackman, R.M. Sedletsky. Issues of synthesis of radar signals. M .: Sov. Radio, 1971.

2. Р. Lacomme, J.-P. Hardange, J.-C. Marchais, Е. Normant. Air and Spacebome Radar Systems: An Introduction. William Andrew, N.-Y., 2001.2. R. Lacomme, J.-P. Hardange, J.-C. Marchais, E. Normant. Air and Spacebome Radar Systems: An Introduction. William Andrew, N.-Y., 2001.

3. В.С. Верба, Л.Б. Неронский, И.Г. Осипов, В.Э. Турук. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования. - М.: Радиотехника, 2010.3. V.S. Willow, L.B. Nero, I.G. Osipov, V.E. Turuk. Space Based Radar Surveillance Systems. - M .: Radio engineering, 2010.

4. K. Rokosh. RADARSAT. Reprinted courtesy of Canadian Space Agency Compiled By - IEEE. Http://www.ieee.ca/millennium/radarsat/radarsat.pdf.4. K. Rokosh. RADARSAT. Reprinted courtesy of Canadian Space Agency Compiled By - IEEE. Http://www.ieee.ca/millennium/radarsat/radarsat.pdf.

5. L.C. Morena, K.V. James, and J. Beck, "An introduction to the RADARSAT-2 mission," Can. J. Remote Sens., vol. 30, no.3, pp.221-234, Jun. 2004.5. L.C. Morena, K.V. James, and J. Beck, "An introduction to the RADARSAT-2 mission," Can. J. Remote Sens., Vol. 30, no.3, pp. 211-234, Jun. 2004.

6. Wolfgang Pitz. The TerraSAR-X Satellite. / EUSAR 2006 - 6th European Conference on Synthetic Aperture Radar, Dresden, Germany, 2006.6. Wolfgang Pitz. The TerraSAR-X Satellite. / EUSAR 2006 - 6th European Conference on Synthetic Aperture Radar, Dresden, Germany, 2006.

7. TerraSAR-X Satellite and Mission / Http://www.infoterra.de/terrasar-x-satellite.7. TerraSAR-X Satellite and Mission / http://www.infoterra.de/terrasar-x-satellite.

8. Italian Space Agency. COSMO-SkyMed Mission. COSMO-SkyMed System Description & User Guide. Http://www.e-geos.it/products/pdf/csk-user_guide.pdf.8. Italian Space Agency. COSMO-SkyMed Mission. COSMO-SkyMed System Description & User Guide. Http://www.e-geos.it/products/pdf/csk-user_guide.pdf.

9. Радиолокация поверхности Земли из космоса. / Под ред. Л.М. Митника и С.В. Викторова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990.9. Radar surface of the Earth from space. / Ed. L.M. Mitnik and S.V. Viktorova. - L .: Gidrometeoizdat, 1990.

10. Прием первого радиолокационного изображения со спутника «Сич-1М». Http://www.ntsomz.ru/news/news_center/sich_29_03_05.10. Reception of the first radar image from the Sich-1M satellite. Http://www.ntsomz.ru/news/news_center/sich_29_03_05.

11. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Том 1. М.: Сов. радио, 1976.11. Reference radar. Ed. M. Skolnik. Volume 1. M .: Sov. radio, 1976.

12. Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985.12. L.E. Varakin. Communication systems with noise-like signals. - M .: Radio and communications, 1985.

13. J.В. Seventline, D. Elizabath Rani, K. Raja Rajeswari. Ternary Chaotic Pulse Compression Sequences. / Radioengineering, vol. 19, No. 3, p.415-420, September 2010.13. J.V. Seventline, D. Elizabath Rani, K. Raja Rajeswari. Ternary Chaotic Pulse Compression Sequences. / Radioengineering, vol. 19, No. 3, p. 415-420, September 2010.

Claims (7)

1. Способ получения радиолокационного изображения участка земной поверхности с борта космического аппарата, заключающийся в том, что осуществляют излучение модулированного зондирующего импульса, прием и регистрацию отраженных от поверхности сигналов с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны и затем проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов для элементов участка земной поверхности, отличающийся тем, что зондирующий импульс формируют в виде радиоимпульса с непериодической фазокодовой модуляцией, а вертикальный размер h раскрыва антенны радиолокационной станции выполнен в соответствии с требуемым размером L полосы захвата
Figure 00000010
,
где λ - рабочая длина волны; R - наклонная дальность до середины полосы захвата; φ - угол падения электромагнитной волны.
1. A method of obtaining a radar image of a portion of the earth’s surface from the spacecraft, which comprises emitting a modulated probe pulse, receiving and recording signals reflected from the surface using a radar with a synthesized aperture of the antenna, and then carry out consistent filtering of the reflected signals for the elements of the plot earth surface, characterized in that the probe pulse is formed in the form of a radio pulse with a non-periodic phase-code module tion, and a vertical dimension h of the aperture radar antenna configured in accordance with the desired size of L swath
Figure 00000010
,
where λ is the working wavelength; R is the slant range to the middle of the capture band; φ is the angle of incidence of the electromagnetic wave.
2. Радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны, содержащая антенну с площадью раскрыва S, подключенную к входу-выходу циркулятора, вход и выход которого подключены, соответственно, к первому выходу и входу когерентного приемо-передающего тракта, отличающаяся тем, что когерентный приемо-передающий тракт выполнен обеспечивающим формирование на первом выходе зондирующего радиоимпульса с непериодической фазокодовой модуляцией, при этом площадь раскрыва антенны S рассчитана следующим образом
Figure 00000011
,
где l - горизонтальный размер апертуры антенны; λ - рабочая длина волны; R - наклонная дальность до середины полосы захвата; L - требуемый размер полосы захвата; φ - угол падения электромагнитной волны.
2. A radar with a synthesized aperture of the antenna, comprising an antenna with an aperture area S connected to the input-output of the circulator, the input and output of which are connected, respectively, to the first output and input of the coherent transceiver path, characterized in that the coherent transceiver the path is made providing for the formation at the first output of the probe radio pulse with non-periodic phase-phase modulation, while the antenna opening area S is calculated as follows
Figure 00000011
,
where l is the horizontal size of the aperture of the antenna; λ is the working wavelength; R is the slant range to the middle of the capture band; L is the required size of the capture band; φ is the angle of incidence of the electromagnetic wave.
3. Радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны по п.2, отличающаяся тем, что когерентный приемо-передающий тракт содержит задающий генератор, цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, формирователь цифрового сигнала, передатчик и приемник, причем первый и второй выходы задающего генератора соединены, соответственно, с первым входом цифро-аналогового преобразователя и с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход формирователя цифрового сигнала соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к входу передатчика, выход передатчика соединен с первым выходом когерентного приемо-передающего тракта, вход приемника подключен к входу когерентного приемо-передающего тракта, выход приемника подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым выходом когерентного приемо-передающего тракта.3. A radar station with a synthesized antenna aperture according to claim 2, characterized in that the coherent transceiver path includes a master oscillator, a digital-to-analog converter, an analog-to-digital converter, a digital signal conditioner, a transmitter and a receiver, the first and second outputs of the master the generator are connected, respectively, with the first input of the digital-to-analog converter and with the first input of the analog-to-digital converter, the output of the digital signal former is connected to the second input of the digital-to-analog A burn converter, the output of which is connected to the input of the transmitter, the output of the transmitter is connected to the first output of the coherent transceiver path, the input of the receiver is connected to the input of the coherent transceiver path, the output of the receiver is connected to the second input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the second output coherent transceiver path. 4. Радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны по п.3, отличающаяся тем, что в устройство введено буферное оперативное запоминающее устройство, вход которого соединен со вторым выходом когерентного приемо-передающего тракта, а выход - с входом радиолинии передачи данных на наземные пункты приема.4. A radar station with a synthesized antenna aperture according to claim 3, characterized in that a buffer random access memory is introduced into the device, the input of which is connected to the second output of the coherent transceiver path, and the output is connected to the input of the radio data line to ground receiving points. 5. Радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны, содержащая антенну, подключенную к входу-выходу циркулятора, вход и выход которого подключены, соответственно, к первому выходу и входу когерентного приемопередающего тракта, отличающаяся тем, что когерентный приемо-передающий тракт выполнен обеспечивающим формирование на первом выходе зондирующего радиоимпульса с непериодической фазокодовой модуляцией, при этом антенна выполнена в виде волноводно-щелевой решетки, обеспечивающей диаграмму направленности в вертикальной плоскости G(ε)
Figure 00000012

где ε - угол места, K=0,1569, ks=1+H/Rs, H - высота полета космического аппарата, Rs - радиус Земли.
5. A radar station with a synthesized aperture of the antenna, comprising an antenna connected to the input-output of the circulator, the input and output of which are connected, respectively, to the first output and input of the coherent transceiver path, characterized in that the coherent transceiver path is configured to form on the first the output of the probe radio pulse with non-periodic phase-phase modulation, while the antenna is made in the form of a waveguide-slot array, providing a directivity pattern in the vertical th plane G (ε)
Figure 00000012

where ε is the elevation angle, K = 0.1569, k s = 1 + H / R s , H is the flight altitude of the spacecraft, R s is the radius of the Earth.
6. Радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны по п.5, отличающаяся тем, что когерентный приемо-передающий тракт содержит задающий генератор, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, формирователь цифрового сигнала, передатчик и приемник, причем первый и второй выходы задающего генератора соединены, соответственно, с первым входом цифроаналогового преобразователя и с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход формирователя цифрового сигнала соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к входу передатчика, выход передатчика соединен с первым выходом когерентного приемо-передающего тракта, вход приемника подключен к входу когерентного приемо-передающего тракта, выход приемника подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым выходом когерентного приемо-передающего тракта.6. A radar station with a synthesized antenna aperture according to claim 5, characterized in that the coherent transceiver path includes a master oscillator, a digital-to-analog converter, an analog-to-digital converter, a digital signal conditioner, a transmitter and a receiver, the first and second outputs of the master oscillator being connected , respectively, with the first input of the digital-to-analog converter and with the first input of the analog-to-digital converter, the output of the shaper of the digital signal is connected to the second input of the digital-analog transducer, the output of which is connected to the input of the transmitter, the output of the transmitter is connected to the first output of the coherent transceiver path, the input of the receiver is connected to the input of the coherent transceiver path, the output of the receiver is connected to the second input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the second output coherent transceiver path. 7. Радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны по п.6, отличающаяся тем, что в устройство введено буферное оперативное запоминающее устройство, вход которого соединен со вторым выходом когерентного приемо-передающего тракта, а выход - с входом радиолинии передачи данных на наземные пункты приема. 7. A radar station with a synthesized antenna aperture according to claim 6, characterized in that a buffer random access memory is introduced into the device, the input of which is connected to the second output of the coherent transceiver path, and the output is connected to the input of the radio data line to ground receiving points.
RU2012150978/07A 2012-11-28 2012-11-28 Method of obtaining radar image of portion of earth's surface and synthetic aperture radar station (versions) RU2526850C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012150978/07A RU2526850C2 (en) 2012-11-28 2012-11-28 Method of obtaining radar image of portion of earth's surface and synthetic aperture radar station (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012150978/07A RU2526850C2 (en) 2012-11-28 2012-11-28 Method of obtaining radar image of portion of earth's surface and synthetic aperture radar station (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012150978A RU2012150978A (en) 2014-06-10
RU2526850C2 true RU2526850C2 (en) 2014-08-27

Family

ID=51213928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012150978/07A RU2526850C2 (en) 2012-11-28 2012-11-28 Method of obtaining radar image of portion of earth's surface and synthetic aperture radar station (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2526850C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578126C1 (en) * 2014-12-08 2016-03-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of forming radar images
GB2531939A (en) * 2014-10-22 2016-05-04 Commissariat L Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for obtaining a reference target with low monostatic RCS in a determined direction
RU2590900C1 (en) * 2015-06-16 2016-07-10 Борис Григорьевич Татарский Method of producing detailed radar image of limited section of earth's surface
RU2602891C1 (en) * 2015-07-08 2016-11-20 Борис Григорьевич Татарский Radar system for monitoring of open car parks and determination of free car parking lots
RU2614041C1 (en) * 2016-04-06 2017-03-22 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Method for generating image of the ground surface in radar station with antenna aperture synthesis
RU2617116C1 (en) * 2016-05-10 2017-04-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for forming a surface image in a radar location with synthesization of antenna aperture with electronic control of a beam
RU2812759C1 (en) * 2020-11-17 2024-02-02 Виасат, Инк. Radar using through repeater

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU92012735A (en) * 1992-12-18 1995-09-27 Н.Н. Бондарев METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING A RADAR IMAGE OF THE EARTH SURFACE
RU3335U1 (en) * 1995-03-31 1996-12-16 Валерий Павлович Першиков DEVICE FOR OBTAINING A RADAR SURFACE OF A GROUND SURFACE
RU2158008C1 (en) * 1999-12-16 2000-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр программных исследований" Space radar with synthetic aperture forming the image in real time
JP2007033258A (en) * 2005-07-27 2007-02-08 Nec Corp Method and device for observing object to be observed
RU2360848C1 (en) * 2008-01-25 2009-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Multi-purpose space system
CN101414003B (en) * 2008-11-28 2011-05-04 北京航空航天大学 Star-loaded SAR image geocoding method based on star ground coordinate transformation
EP2394184A1 (en) * 2009-02-06 2011-12-14 Saab AB Radar system and method for a synthetic aperture radar
WO2012120137A1 (en) * 2011-03-10 2012-09-13 Astrium Limited Sar data processing

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU92012735A (en) * 1992-12-18 1995-09-27 Н.Н. Бондарев METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING A RADAR IMAGE OF THE EARTH SURFACE
RU3335U1 (en) * 1995-03-31 1996-12-16 Валерий Павлович Першиков DEVICE FOR OBTAINING A RADAR SURFACE OF A GROUND SURFACE
RU2158008C1 (en) * 1999-12-16 2000-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр программных исследований" Space radar with synthetic aperture forming the image in real time
JP2007033258A (en) * 2005-07-27 2007-02-08 Nec Corp Method and device for observing object to be observed
RU2360848C1 (en) * 2008-01-25 2009-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Multi-purpose space system
CN101414003B (en) * 2008-11-28 2011-05-04 北京航空航天大学 Star-loaded SAR image geocoding method based on star ground coordinate transformation
EP2394184A1 (en) * 2009-02-06 2011-12-14 Saab AB Radar system and method for a synthetic aperture radar
WO2012120137A1 (en) * 2011-03-10 2012-09-13 Astrium Limited Sar data processing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Проблемы современной радиотехники и электроники. Ред. КОТЕЛЬНИКОВ В.А., Москва, "Наука", 1987, с.50-62. Радиолокационные станции обзора Земли. Под ред. КОНДРАТЕНКОВА Г.С., Москва, "Радио и связь", 1983, с.203-204. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2531939A (en) * 2014-10-22 2016-05-04 Commissariat L Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for obtaining a reference target with low monostatic RCS in a determined direction
GB2531939B (en) * 2014-10-22 2017-03-29 Commissariat L Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for obtaining a reference target with low monostatic RCS in a determined direction
RU2578126C1 (en) * 2014-12-08 2016-03-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of forming radar images
RU2590900C1 (en) * 2015-06-16 2016-07-10 Борис Григорьевич Татарский Method of producing detailed radar image of limited section of earth's surface
RU2602891C1 (en) * 2015-07-08 2016-11-20 Борис Григорьевич Татарский Radar system for monitoring of open car parks and determination of free car parking lots
RU2614041C1 (en) * 2016-04-06 2017-03-22 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Method for generating image of the ground surface in radar station with antenna aperture synthesis
RU2617116C1 (en) * 2016-05-10 2017-04-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for forming a surface image in a radar location with synthesization of antenna aperture with electronic control of a beam
RU2817767C1 (en) * 2020-11-13 2024-04-22 Виасат, Инк. Method of obtaining image of geographic region and imaging system
RU2812759C1 (en) * 2020-11-17 2024-02-02 Виасат, Инк. Radar using through repeater

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012150978A (en) 2014-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11539130B2 (en) 1D phased array antenna for radar and communications
RU2526850C2 (en) Method of obtaining radar image of portion of earth's surface and synthetic aperture radar station (versions)
Kulpa Signal processing in noise waveform radar
Tarchi et al. SAR imaging with noise radar
Belcher Theoretical limits on SAR imposed by the ionosphere
Lukin et al. Ka-band bistatic ground-based noise waveform SAR for short-range applications
US9958539B2 (en) Real aperture radar system for use on board a satellite and for maritime surveillance applications
Cherniakov et al. Space-surface bistatic synthetic aperture radar with global navigation satellite system transmitter of opportunity-experimental results
Lishchenko et al. The Method of Increasing the Detection Range of Unmanned Aerial Vehicles In Multiradar Systems Based on Surveillance Radars
EP3893023A1 (en) Multi-beam scanning radar altimeter
Vouras et al. An overview of advances in signal processing techniques for classical and quantum wideband synthetic apertures
JP3172739B2 (en) VLBI radar search method
Baskakov et al. Problem of detecting space debris objects using multi-position radar system
RU2510685C2 (en) Synthetic-aperture and quasicontinuous radiation radar station
US20230061894A1 (en) Radio system with multiple antenna arrays and adaptive waveforms
RU2414721C1 (en) Method for radar measurement of speed of an object
Roettger The instrumental principles of MST radars and incoherent scatter radars and the configuration of radar system hardware
Kubica Opportunistic radar imaging using a multichannel receiver
Volosyuk et al. Optimal Method of RCS Estimation in Synthetic Aperture Radar with Linear Antenna Array
Vnotchenko et al. Wide-swath spaceborne SAR system “Severyanin-M” for remote sensing: First results
RU2716145C1 (en) Method for spatial localization of radio-emitting objects
Dorje A Simulation Study of Radar Imaging with Sparse and Irregular Virtual Arrays
Carrer et al. Clutter Reduction by Estimation of Echoes Direction of Arrival in Distributed Radar Sounders in Formation Flying
Lukin et al. Advances in noise radar design
Rao et al. Synthetic Aperture Radar: A Focus on Current Problems.