RU2713731C1 - Способ формирования радиотеплового изображения объектов - Google Patents
Способ формирования радиотеплового изображения объектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713731C1 RU2713731C1 RU2019120701A RU2019120701A RU2713731C1 RU 2713731 C1 RU2713731 C1 RU 2713731C1 RU 2019120701 A RU2019120701 A RU 2019120701A RU 2019120701 A RU2019120701 A RU 2019120701A RU 2713731 C1 RU2713731 C1 RU 2713731C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- objects
- receiver
- optical
- coordinates
- scanning
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
- G01S13/865—Combination of radar systems with lidar systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
- G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
- G01S13/9005—SAR image acquisition techniques with optical processing of the SAR signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за объектами, и может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов. Достигаемый технический результат – сокращение времени сканирования радиометрического приемника за счет передачи угловых координат центров объектов от оптического приемника радиометрическому приемнику с последующим сканированием в малой окрестности переданных ему координат. Указанный результат достигается за счет того, что система состоит из радиометрического приемника (радиометра) со сканирующей антенной, совмещенного с оптическим приемником. Приемники наблюдают объекты в заданном секторе обзора. По результатам наблюдения формируются матрицы радиотеплового и оптического изображения объектов.
Description
Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн [1], предназначенным для наблюдения за объектами. Система состоит из радиометрического приемника (радиометра) со сканирующей антенной, совмещенного с оптическим приемником. Приемники наблюдают объекты в заданном секторе обзора: радиометрический приемник в угловых координатах угла места и азимута, оптический приемник - в прямоугольных координатах кадра видео изображения. По результатам наблюдения формируются две матрицы: матрица радиотеплового изображения (РИ) сектора обзора и матрица оптического изображения (ОИ), или кадр видео изображения, этого же сектора обзора. Формирование РИ занимает десятки минут из-за медленного сканирования антенны в растровом (построчном) режиме с задержкой, необходимой для накопления сигнала [2]. Формирование ОИ занимает доли секунды.
Требуется увеличить скорость сканирования радиометрического приемника при формировании РИ объектов.
Известен способ формирования матрицы РИ с повышенным шагом сканирования по углу места [3], который заключается в построчном сканировании антенны радиометра по азимуту и углу места с шагом по углу места большим, чем шаг дискретизации искомого изображения, с последующей обработкой матрицы наблюдений в частотной области, отличающийся тем, что между соседними строками разреженной матрицы наблюдений располагают новые строки по числу недостающих элементов дискретизации угла места, а элементы этих строк получают линейной интерполяцией соответствующих элементов соседних строк исходной матрицы, затем полученную расширенную матрицу подвергают операциям восстановления изображения и получают матрицу восстановленного изображения объектов.
Это дает эффект повышения быстродействия в h раз, где h - шаг сканирования по углу места в количестве строк формируемой матрицы РИ. При обычном сканировании h=1 и строки не пропускаются. При h=2 формируется матрица РИ с пропуском через одну строку, при h=3 - в две строки.
Недостаток данного способа заключается в том, что даже при h=10 время сканирования сектора обзора занимает минуты, что недопустимо при наблюдении динамических сцен.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этого недостатка, а именно на уменьшение времени сканирования в десятки раз по сравнению с прототипом при формировании радиотеплового изображения объектов с шагом сканирования h=1 без прореживания, а также без операций интерполяции и восстановления изображений.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа формирования радиотеплового изображения объектов, который заключается в построчном сканировании радиометрическим приемником сектора обзора и формировании по результатам сканирования радиотеплового изображения объектов, отличающийся тем, что совмещают с радиометрическим приемником оптический приемник и формируют видео кадр оптического изображения сектора обзора, затем определяют прямоугольные координаты центров объектов в кадре видео изображения, пересчитывают прямоугольные координаты в угловые координаты азимута и угла места и передают угловые координаты радиометрическому приемнику, после чего радиометрический приемник сканирует в малой окрестности переданных ему угловых координат и по результатам сканирования формирует радиотепловые изображения объектов.
Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.
1. Радиометрический приемник совмещается с оптическим приемником. В оптическом приемнике формируется оптическое изображение сектора обзора (кадр видео изображения).
2. Определяются прямоугольные координаты xk, yk, центров n объектов, наблюдаемых в видео кадре. В прямоугольной системе координат, совмещенной с видео кадром, оси ох и oz расположены в горизонтальной плоскости, ось оу - в вертикальной, ось oz направлена в сторону объектов.
3. Координаты xk, yk пересчитываются в угловые координаты θk, ϕk угла места и азимута в системе координат, построенной относительно центра оптической линзы - точки О. Пересчет осуществляется по формулам:
или в пределах линейной характеристики функции arctg:
где f - фокусное расстояние оптической линзы; азимут ϕ отсчитывается в горизонтальной плоскости от оси OZ, угол места - в вертикальной плоскости в направлении от горизонтальной плоскости, ось OZ направлена в сторону объектов.
4. Линия визирования антенны радиометрического приемника (биссектрисса диаграммы направленности) последовательно выводится в направления, заданные угловыми координатами θk, ϕk, После чего осуществляется сканирование в малой окрестности переданных угловых координат θk, ϕk,
5. По результатам сканирования формируются радиотепловые изображения объектов в координатах θ, ϕ радиометрического приемника.
Расчетная часть
В системе координат радиометрического приемника орт вектора направления на k-й объект определяется как
где - прямоугольные координаты орта в антенной системе координат, выраженные через угловые координаты.
Приравняем координаты ортов выражений (3) и (4):
Делением левых и правых частей (5) и взятием обратных тригонометрических функций получаем:
Второе равенство в (6) преобразуем к равносильному выражению с учетом Окончательно имеем выражения (1) и (2).
Расчет предельных абсолютных погрешностей Δθ и Δϕ определения угловых координат в оптическом приемнике дает следующие формулы:
где Δxy - абсолютная ошибка определения координат хк и ук в ОИ, которая равна линейному размеру пикселя матрицы видео кадра (пространственному разрешению кадра).
Пример. При xk=yk=0,1 м, Δxy=0,001 м, абсолютные ошибки определения угловых координат составляют Δθ~Δϕ~0,001 рад (0,057°), что на дальности г - 100 м дает линейную ошибку которая уменьшается с увеличением Угловая ошибка в 0,057° при передаче координат от оптического к радиометрическому приемнику оказывается меньше размера 0,3°×0,3° элемента матрицы РИ 100×100 (при обзоре в секторе 30°) в 5 раз. Это означает, что оптический приемник передает идеальные оценки координат для радиометрического приемника.
Далее, для сектора обзора в ϕmax=30° по азимуту при шаге сканирования ϕmax/100=0,3° и времени накопления сигнала 0,1 с формируется строка изображения в 100 элементов за 10 с. Соответственно матрица РИ 100×100 формируется за 17 мин. Для оптической системы видимого и инфракрасного диапазонов длин волн накопление сигнала отсутствует, и ОИ сектора обзора формируется за доли секунды. Поэтому угловые координаты от оптического приемника передаются радиометрическому приемнику также за доли секунды. После чего осуществляется сканирование в малой окрестности переданных координат.
Предложенный способ позволяет существенно сократить время сканирования при формировании РИ объектов. Так, в условиях примера при формировании изображения каждого объекта, наблюдаемого в пределах 3°, время сканирования сокращается до 10 с, то есть уменьшается в 100 раз.
Предложенный способ может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов.
Литература
1. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2008. 320 с.
2. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.
3. Патент RU 2600573. Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений. Опубл. 27.10.2016. Бюл. №30.
Claims (1)
- Способ формирования радиотеплового изображения объектов, заключающийся в построчном сканировании радиометрическим приемником сектора обзора и формировании по результатам сканирования радиотеплового изображения объектов, отличающийся тем, что совмещают с радиометрическим приемником оптический приемник и формируют видео кадр оптического изображения сектора обзора, затем определяют прямоугольные координаты центров объектов в кадре видео изображения, пересчитывают прямоугольные координаты в угловые координаты азимута и угла места и передают угловые координаты радиометрическому приемнику, после чего радиометрический приемник сканирует в малой окрестности переданных ему угловых координат и по результатам сканирования формирует радиотепловые изображения объектов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120701A RU2713731C1 (ru) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Способ формирования радиотеплового изображения объектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120701A RU2713731C1 (ru) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Способ формирования радиотеплового изображения объектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713731C1 true RU2713731C1 (ru) | 2020-02-07 |
Family
ID=69625086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120701A RU2713731C1 (ru) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Способ формирования радиотеплового изображения объектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713731C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08240623A (ja) * | 1995-03-07 | 1996-09-17 | Mitsubishi Electric Corp | 干渉計型マイクロ波放射計 |
US6563451B1 (en) * | 2002-01-16 | 2003-05-13 | Raytheon Company | Radar imaging system and method |
JP2006270954A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Agilent Technol Inc | 走査パネルおよびそれを用いた方法 |
FR2909773A1 (fr) * | 2006-12-12 | 2008-06-13 | Thales Sa | Procede de traitement radar passif multivoies d'un signal d'opportunite en fm. |
RU2382382C2 (ru) * | 2008-02-04 | 2010-02-20 | Карен Артоваздович Аганбекян | Способ формирования радиопортрета объекта одним детектором и устройство для его реализации |
RU2600573C1 (ru) * | 2015-11-23 | 2016-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Версия" (Ооо "Нтц "Версия") | Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений |
RU2661491C1 (ru) * | 2017-01-23 | 2018-07-17 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Способ формирования радиотеплового изображения |
-
2019
- 2019-07-01 RU RU2019120701A patent/RU2713731C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08240623A (ja) * | 1995-03-07 | 1996-09-17 | Mitsubishi Electric Corp | 干渉計型マイクロ波放射計 |
US6563451B1 (en) * | 2002-01-16 | 2003-05-13 | Raytheon Company | Radar imaging system and method |
JP2006270954A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Agilent Technol Inc | 走査パネルおよびそれを用いた方法 |
FR2909773A1 (fr) * | 2006-12-12 | 2008-06-13 | Thales Sa | Procede de traitement radar passif multivoies d'un signal d'opportunite en fm. |
RU2382382C2 (ru) * | 2008-02-04 | 2010-02-20 | Карен Артоваздович Аганбекян | Способ формирования радиопортрета объекта одним детектором и устройство для его реализации |
RU2600573C1 (ru) * | 2015-11-23 | 2016-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Версия" (Ооо "Нтц "Версия") | Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений |
RU2661491C1 (ru) * | 2017-01-23 | 2018-07-17 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Способ формирования радиотеплового изображения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6484729B2 (ja) | 無人航空機の奥行き画像の取得方法、取得装置及び無人航空機 | |
US9864054B2 (en) | System and method for 3D SAR imaging using compressive sensing with multi-platform, multi-baseline and multi-PRF data | |
US9971031B2 (en) | System and method for 3D imaging using compressive sensing with hyperplane multi-baseline data | |
US9948362B2 (en) | System and method for 3D imaging using a moving multiple-input multiple-output (MIMO) linear antenna array | |
JP2016189184A (ja) | リアルタイム多次元画像融合 | |
JP5966935B2 (ja) | 赤外線目標検出装置 | |
AU2017285945B2 (en) | Three-dimensional imaging method and system | |
CN107945216B (zh) | 基于最小二乘估计的多图像联合配准方法 | |
CN107861920A (zh) | 点云数据配准方法 | |
CN111308466A (zh) | 一种多角度微变监测雷达系统及其数据处理方法 | |
RU2713731C1 (ru) | Способ формирования радиотеплового изображения объектов | |
WO2021014799A1 (ja) | 信号処理装置、信号処理方法 | |
US20110184292A1 (en) | Ultrasound image enhancement in an ultrasound system | |
El-Ashkar et al. | Compressed sensing for SAR image reconstruction | |
CN110988907A (zh) | 基于多普勒补偿的三维相干激光雷达推扫成像方法 | |
CN110082760A (zh) | 一种随机辐射雷达三维高分辨成像方法 | |
CN113640794B (zh) | 一种mimo-sar三维成像自聚焦方法 | |
Hryvachevskyi et al. | The influence of destabilizing factors in the high resolution multispectral imaging systems | |
CN109870685A (zh) | 基于改进的rd算法的室内距离向移动sar成像方法 | |
Cui et al. | Seeing around obstacles with terahertz waves | |
JP2880960B2 (ja) | 複合画像装置 | |
Nallabolu et al. | RF compressed sensing based radar for 2-D localization and mapping | |
AU2019293511A1 (en) | Ground based synthetic aperture radar (GBSAR) with transmitting and receiving multiple antennas (MIMO) and using the processing technique called compressive sensing (CS) | |
Álvarez-Narciandi et al. | Last advances in freehand sensing for mmWave imaging | |
Wenping et al. | An image matching correction method of integrating least squares and phase correlation using window series |