RU2723706C1 - Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения - Google Patents

Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения Download PDF

Info

Publication number
RU2723706C1
RU2723706C1 RU2019122559A RU2019122559A RU2723706C1 RU 2723706 C1 RU2723706 C1 RU 2723706C1 RU 2019122559 A RU2019122559 A RU 2019122559A RU 2019122559 A RU2019122559 A RU 2019122559A RU 2723706 C1 RU2723706 C1 RU 2723706C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radar
elements
dimensional
frequency
coordinate
Prior art date
Application number
RU2019122559A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Сергеевич Грибков
Виталий Сергеевич Грибков
Сергей Владимирович Ковалев
Станислав Игоревич Моряков
Сергей Михайлович Нестеров
Иван Алексеевич Скородумов
Original Assignee
Алексей Сергеевич Грибков
Виталий Сергеевич Грибков
Сергей Владимирович Ковалев
Станислав Игоревич Моряков
Сергей Михайлович Нестеров
Иван Алексеевич Скородумов
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 Алексей Сергеевич Грибков, Виталий Сергеевич Грибков, Сергей Владимирович Ковалев, Станислав Игоревич Моряков, Сергей Михайлович Нестеров, Иван Алексеевич Скородумов filed Critical Алексей Сергеевич Грибков
Priority to RU2019122559A priority Critical patent/RU2723706C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2723706C1 publication Critical patent/RU2723706C1/ru

Links

Images

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
    • G01S13/88—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
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/5242—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi with means for platform motion or scan motion compensation, e.g. airborne MTI
    • 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
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9029—SAR image post-processing techniques specially adapted for moving target detection within a single SAR image or within multiple SAR images taken at the same time
    • 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
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9064—Inverse SAR [ISAR]
    • 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
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано, в частности, в радиолокационных измерительных комплексах (стендах) с измерительными установками многочастотного импульсного зондирования, осуществляющих построение двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) исследуемых объектов с помощью инверсного синтеза апертуры антенны. Достигаемый технический результат - улучшение разрешающей способности двумерных РЛИ и получение оценки третьей координаты его элементов. Указанный результат достигается за счет уточнения размеров области определения пространственных частот, введения проверки выполнения условия принадлежности отсчетов пространственных частот области определения измеренного сигнала, приема отраженного сигнала на две разнесенные по высоте антенны и формирования двух двумерных РЛИ, оценки третьей координаты (относительной высоты) элементов полученных изображений на основе известных значений углов места наблюдения объекта обеими приемными антеннами и полученных набегов фаз элементов двух сформированных двумерных РЛИ объекта. 5 ил.

Description

Изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано, в частности, в радиолокационных измерительных комплексах (стендах) с измерительными установками многочастотного импульсного зондирования, осуществляющих построение двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) исследуемых объектов с помощью инверсного синтеза апертуры антенны.
Методы получения двумерного инверсно синтезируемого РЛИ объекта основаны на цифровой обработке комплексной огибающей отраженного от него сигнала, измеренного в широкой полосе частот зондирующих импульсов радиолокационной системы (РЛС) при различных ракурсах наблюдения вращающегося объекта.
Известен [Патент RU 2422851 С1 «Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании» МПК: G01S 13/89 (2006.01), 27.06.2011] способ получения двумерного РЛИ объекта в большом диапазоне изменения эффективных площадей рассеивания (ЭПР) локальных рассеивающих центров (РЦ) при многочастотном импульсном зондировании, включающий излучение импульсов с изменением несущей частоты ƒ от импульса к импульсу с шагом Δƒ в полосе частот ΔF, измерение частоты ƒ(tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измерение в земной системе отсчета в моменты времени tnm координат центра антенны радиолокационной системы (РЛС) и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерение относительно земной системы отсчета угла наблюдения ψ(tnm) связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих S(tnm) отраженных сигналов, корректировку фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе, образование двумерной матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот
Figure 00000001
и преобразование ее с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определение радиолокационного изображения объектов в виде совокупности выделенных элементов матрицы. Определение размера половины сектора углов наблюдения Δψ, исходя из соотношения
Figure 00000002
где
Figure 00000003
ƒ0 - средняя частота в полосе перестройки, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в секторе углов наблюдения ±Δψ, занесение в элементы с номерами (n1, m1) двумерной матрицы комплексных огибающих значений, полученных для номера n2 шага перестройки частоты и номера m2 повторного цикла перестройки, где
Figure 00000004
Figure 00000005
с - скорость света,
n1=1, …, N1, m1=1, …, М1,
N1=Lz (maxƒz - minƒz), M1=Lx (max f x - min ƒx),
Lz, Lx - размеры области синтезирования радиолокационного изображения по продольной z и поперечной х координатам,
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Данный способ синтезирования двумерных РЛИ объектов обеспечивает повышение разрешающей способности РЛИ и точности оценок ЭПР РЦ при расширении сектора углов наблюдения объекта соответственно увеличению полосы перестройки частоты зондирования, что достигается за счет формирования матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот. А именно: в силу билинейной связи значений пространственных частот и декартовых координат РЦ в записи фазы комплексных огибающих, линейный оператор Фурье преобразует отраженный сигнал из области пространственных частот в область декартовых координат без искажений при увеличении полосы частот и сектора углов локации.
Данный способ взят в качестве прототипа.
Известен также способ [Патент RU 2628997 С1 «Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с итерационным уточнением расстояния от эквивалентного фазового центра антенны до точки синтезирования» МПК: G01S 13/89 (2006.01), 24.08.2017], отличающийся от описанного выше способа в части усовершенствования операции корректировки фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования на объекте. Способ обеспечивает повышение разрешающей способности РЛИ путем итерационного улучшения фокусировки и уменьшения энтропии РЛИ вплоть до достижения потенциальной разрешающей способности для имеющейся полосы перестройки частоты. Указанный результат достигается за счет итерационного, по критерию минимума энтропии РЛИ, уточнения расстояния от эквивалентного фазового центра антенны до точки синтезирования, которое на практике, в силу имеющихся фазовых задержек сигнала в волноводных устройствах, устройствах формирования, преобразования и фильтрации сигналов, не может быть точно определено только геометрическими измерениями.
Существенным недостатком описанных способов является неполное использование всей измеренной сигнальной информации, а также введенное условие на возможность увеличения сектора углов синтезирования только при расширении полосы частот зондирования, что ограничивает достижение потенциальной разрешающей способности двумерных РЛИ.
Факт неполного использования имеющейся информации поясняет рисунок (фиг. 1) из [Радиолокационные характеристики объектов. Методы исследования. Монография / Под ред. С.М. Нестерова - М.: Радиотехника, 2015. С. 210]. На этом рисунке показаны половинки (учитывая симметрию относительно середины сектора углов наблюдения) областей определения сигнала. Область в виде кругового сектора ограничивает область определения фактически измеренной информации в полярных координатах частота-угол. Вписанный в круговой сектор прямоугольник показывает область определения сигнала в прямоугольных координатах пространственных частот, используемую в прототипе. Серым цветом на рисунке закрашены области измеренных данных, не используемые в прототипе при формировании РЛИ.
Для использования при формировании РЛИ всего объема измеренных сигнальных данных и обеспечения возможности улучшения разрешения изображений объекта при увеличении сектора углов его наблюдения без расширения полосы частот зондирования необходимо расширить область определения пространственных частот до описанного вокруг кругового сектора прямоугольника и ввести проверку принадлежности взятых в новой области отсчетов сигнала физической области определения измеренных данных согласно соотношению [Там же. С. 211].
Figure 00000009
Соответственно требуется уточнить пределы изменения значений пространственных частот:
Figure 00000010
Существенным ограничением использования способа-прототипа на практике является неизвестная третья координата (относительная высота) элементов формируемого РЛИ объекта, что не позволяет устанавливать однозначное соответствие выявляемых на изображениях РЦ элементам конструкции объекта.
Предлагается способ, позволяющий устранить указанные недостатки.
Способ решает задачу получения двумерного РЛИ объекта с достижимой для имеющихся полосы частот и сектора углов наблюдения разрешающей способностью и определением третьей координаты элементов изображения.
Для решения указанной задачи предлагается способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения, включающий излучение импульсов с изменением несущей частоты ƒ от импульса к импульсу с шагом Δƒ в полосе частот ΔF, измерение частоты ƒ(tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измерение в земной системе отсчета в моменты времени tnm координат центра антенны РЛС и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерение относительно земной системы отсчета угла наблюдения ψ(tnm) связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих S(tnm) отраженных сигналов, корректировку фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе ±Δψ, образование двумерной матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот
Figure 00000011
и ее преобразование с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определение радиолокационного изображения объектов в виде совокупности выделенных элементов матрицы.
Согласно изобретению, в элементы матрицы комплексных огибающих с номерами (n1, m1) заносят значения комплексных огибающих для шага перестройки частоты с номером
Figure 00000012
и повторного цикла перестройки частоты с номером
Figure 00000013
при выполнении условия
Figure 00000014
где
Figure 00000015
с - скорость света, n1=1, …, N1, m1=1, …, М1,
Figure 00000016
N1=Lz (maxƒz - minƒz),
Figure 00000017
М1=Lx (maxƒx - minƒx),
Lz, Lx - задаваемые размеры координатной области,
Figure 00000018
Отраженный сигнал принимают на две разнесенные по высоте антенны О и А, первая из которых наблюдает объект под углом места γO, а вторая под углом места γА; соответственно формируют два двумерных РЛИ с элементами
Figure 00000019
где
Figure 00000020
- увеличенные за счет добавления нулевых сигнальных отсчетов количественные размеры каждого РЛИ; оценивают третью координату элементов полученных изображений по соотношению
Figure 00000021
где ϕA
Figure 00000022
и ϕO
Figure 00000022
- значения набегов фаз в элементах РЛИ,
Figure 00000023
- средняя частота полосы перестройки.
Технический результат изобретения, заключающийся в улучшении разрешающей способности двумерного РЛИ, а также в получении оценки третьей координаты его элементов, достигается за счет использования при формировании РЛИ всего объема измеренных данных, а также учета различий набегов фаз в элементах двух двумерных РЛИ объектов при приеме отраженного сигнала на две разнесенные по высоте антенны.
Из приведенной совокупности существенных признаков предлагаемого способа следует, что общими с прототипом являются операции излучения зондирующих импульсов с изменением несущей частоты от импульса к импульсу в полосе частот ΔF, измерения частоты зондирующих импульсов, измерения в земной системе отсчета координат центра антенны радиолокационной станции и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерения относительно земной системы отсчета угла наблюдения ψ связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, приема отраженных сигналов, измерения комплексных огибающих отраженных сигналов, корректировки фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны РЛС до точки синтезирования, запоминания измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе, образования двумерной матрицы комплексных огибающих и преобразования двумерной матрицы комплексных огибающих с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определения величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнения величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определения радиолокационного изображения в виде совокупности выделенных элементов матрицы и вычисления для них оценок координат и ЭПР.
Операция формирования матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот является общей с прототипом только формально, так как определены новые размеры области определения пространственных частот и введена проверка выполнения условия принадлежности отсчетов пространственных частот области определения измеренного сигнала.
Операция определения размера Δψ половины сектора углов наблюдения в соответствии с имеющейся полосой частот исключена как ограничивающая использование всего объема измеренной информации.
Введены новые операции:
прием отраженного сигнала на две разнесенные по высоте антенны и формирование двух двумерных РЛИ;
оценка третьей координаты (относительной высоты) элементов полученных изображений на основе известных значений углов места наблюдения объекта обеими приемными антеннами и полученных разниц набегов фаз элементов двух сформированных двумерных РЛИ объекта.
Новые и уточненные операции изобретения позволяют улучшить по сравнению с прототипом разрешающую способность получаемых двумерных РЛИ объектов и получить оценку третьей координаты их элементов.
Описание предлагаемого способа заключается в следующем.
Известно [Радиолокационные характеристики объектов. Методы исследования. Монография / Под ред. С.М. Нестерова - М.: Радиотехника, 2015. С. 210], что оператор синтезирования РЛИ после свертки взятых в координатах пространственных частот комплексных огибающих с фокусирующей опорной функцией, с учетом условий дальней зоны локации и физической области определения сигнала в виде кругового сектора на плоскости пространственных координат (фиг. 1), представляется в виде
Figure 00000024
где
Figure 00000025
Figure 00000026
Δƒz=maxƒz - minƒz, Δƒx=maxƒx - minƒx.
Дискретная форма оператора (2) с учетом интерполяции сигнала из полярных в прямоугольные координаты имеет вид
Figure 00000027
где
Figure 00000028
Figure 00000029
Figure 00000030
Figure 00000031
Lz, Lx - задаваемые размеры координатной области.
Размеры области определения пространственных частот (фиг. 1):
Figure 00000032
Потенциально лучшее значение разрешения двумерного РЛИ по поперечной координате (по «азимуту») получим при синтезировании сигнала в секторе углов размером в половину круга и более. Приближенная оценка этого разрешения равна
Figure 00000033
Точная оценка разрешения слабым образом зависит от ширины полосы частот: при перестройке частоты от 0 до 200% изменяется от 0,2 λ0 до 0,18λ0, где
Figure 00000034
[Там же. С. 213].
Разрешение двумерных РЛИ по дальности при интегрировании по полукругу в два раза хуже указанного разрешения поперек и приближается к нему при увеличении размера сектора углов синтезирования до полного круга. При синтезировании в полном круге получаем так называемые круговые двумерные РЛИ, разрешение которых в любом направлении одинаково и составляет (0,2…0,18)λ0.
Уменьшение разрешения РЛИ согласно прототипу достигается увеличением полосы перестройки частоты при увеличении сектора углов наблюдения соответственно соотношению
Figure 00000035
где
Figure 00000036
Достижимое разрешение двумерного РЛИ объекта согласно прототипу составляет 0,28 λ0 при Δψ≥π/2=90° и 200% перестройке частоты, что на 40% ниже потенциально достижимого разрешения РЛИ, полученного предложенным способом при любой перестройке частоты.
При реализации предлагаемого способа выполняется следующая последовательность действий в части оценки третьей координаты элементов двумерного РЛИ:
согласно изобретению формируют два двумерных РЛИ объекта, соответствующие приему отраженного сигнала на две разнесенные по высоте антенны;
рассчитывают разности набегов фаз элементов сформированных РЛИ;
определяют третью координату (относительную высоту) элементов сформированных изображений.
Рассматривая одновременный прием отраженного сигнала на две антенны О и А и сворачивая принятые сигналы SO и SA в полосе частот ΔF и секторе углов азимута ±Δψ, имеем два РЛИ sO и sA:
Figure 00000037
где γ - угол места между фазовым центром соответствующей приемной антенны и центром вращения наблюдаемого объекта.
Принимая, в силу малости высот антенн сравнительно с дальностью до наблюдаемого объекта, cosγ≈1 и полагая
Figure 00000038
переписываем (3) в координатах пространственных частот
Figure 00000039
Тогда разница набегов фаз элементов двух изображений ϕA(x,z) и ϕO(x,z) может быть оценена из соотношения:
Figure 00000040
Представляя γА = γO + (γA - γO) и учитывая малость (γА-γO) имеем
Figure 00000041
Тем самым относительная высота элемента (x,z) полученных изображений равна
Figure 00000042
Имея относительную высоту всех элементов двумерных РЛИ, каждое из них можно представить в виде объемного изображения, позволяющего наглядно устанавливать однозначное соответствие выявляемых РЦ элементам конструкции объекта.
Работоспособность предлагаемого способа проверена методом математического моделирования.
Условия локации заданы следующим образом:
зондирующие сигналы РЛС - импульсы с периодом повторения 20 мкс,
несущая частота сигнала меняется от импульса к импульсу с шагом 1000/511 МГц в полосе частот от 9500 до 10500 МГц,
объект равномерно вращается со скоростью 12%.
Модель объекта задана в виде совокупности неподвижных относительно связанной системы отсчета 9 шт. РЦ, которые расположены в линию на расстоянии 15 см друг от друга с монотонным изменением высоты в соответствии с таблицей. Уровни ЭПР заданных РЦ выбраны одинаковыми и равными в относительных единицах 50 дБ.
Figure 00000043
На фиг. 2 приведено двумерное РЛИ объекта в плоскости локации, полученное согласно прототипу в соответствующем заданной перестройке частоты секторе углов наблюдения ±30. Разрешение РЛИ составляет 15 см. Погрешность оценки двух координат заданных РЦ составляет 5%. Третья координата РЦ не определена.
На фиг. 3 приведены двумерные РЛИ объекта в плоскости локации (наблюдение под углами места γO=0° и γA=1° полученные предложенным способом для того же сектора углов наблюдения ±30. На фиг. 4 два полученных РЛИ представлены в пространстве. Разрешение РЛИ составляет 15 см. Погрешность оценки двух координат заданных РЦ составляет 5%, третьей координаты - 10%.
Для снижения погрешности оценки координат РЦ предложенным способом необходимо увеличивать сектор углов наблюдения. В качестве примера на фиг. 5 приведено двумерное РЛИ объекта в плоскости локации, полученное предложенным способом для полного круга углов наблюдения. Разрешение РЛИ составляет 6 мм. Погрешность оценки координат заданных РЦ не превышает 1%.
Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что технический результат достигнут: устранены недостатки прототипа, обеспечено улучшение разрешающей способности двумерных РЛИ и получена оценка третьей координаты его элементов.

Claims (11)

  1. Способ получения двумерного радиолокационного изображения (РЛИ) объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов изображения, включающий излучение импульсов с изменением несущей частоты ƒ от импульса к импульсу с шагом Δƒ в полосе частот ΔF, измерение частоты ƒ(tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измерение в земной системе отсчета в моменты времени tnm координат центра антенны РЛС и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерение относительно земной системы отсчета угла наблюдения ψ(tnm) связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих S(tnm) отраженных сигналов, корректировку фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны радиолокационной системы до точки синтезирования, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе ±Δψ, образование двумерной матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот
    Figure 00000044
    и ее преобразование с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определение радиолокационного изображения объектов в виде совокупности выделенных элементов матрицы, отличающийся тем, что в элементы матрицы комплексных огибающих с номерами (n1, m1) заносят значения комплексных огибающих для шага перестройки частоты с номером
    Figure 00000045
    и повторного цикла перестройки частоты с номером
    Figure 00000046
    при выполнении следующего условия
    Figure 00000047
  2. где
    Figure 00000048
  3. с - скорость света, n1=1,…,N1, m1=1,…,М1,
  4. Figure 00000049
    N1=Lz (maxƒz - minƒz),
  5. Figure 00000050
    M1=Lx (maxƒx - min ƒx),
  6. Lz, Lx - задаваемые размеры координатной области,
  7. Figure 00000051
  8. отраженный сигнал принимают на две разнесенные по высоте антенны О и А, первая из которых наблюдает объект под углом места γO, вторая под углом места γА; соответственно формируют два двумерных РЛИ с элементами
    Figure 00000052
    где
    Figure 00000053
    - увеличенные за счет добавления нулевых сигнальных отсчетов количественные размеры каждого РЛИ; оценивают третью координату элементов полученных изображений по соотношению
  9. Figure 00000054
  10. где
    Figure 00000055
    - значения набегов фаз в элементах РЛИ,
  11. Figure 00000056
    - средняя частота полосы перестройки.
RU2019122559A 2019-07-15 2019-07-15 Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения RU2723706C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122559A RU2723706C1 (ru) 2019-07-15 2019-07-15 Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122559A RU2723706C1 (ru) 2019-07-15 2019-07-15 Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723706C1 true RU2723706C1 (ru) 2020-06-17

Family

ID=71095833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122559A RU2723706C1 (ru) 2019-07-15 2019-07-15 Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723706C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115480244A (zh) * 2022-08-09 2022-12-16 中国人民解放军63921部队 一种同步轨道空间目标的二维成像方法和系统
RU2819757C1 (ru) * 2023-11-20 2024-05-23 Виталий Сергеевич Грибков Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании, обеспечивающий восстановление амплитуды и фазы отраженного сигнала

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152626C1 (ru) * 1999-05-17 2000-07-10 Военный университет войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил РФ Радиолокационная станция с инверсным синтезированием апертуры и многочастотным зондирующим сигналом
RU2372627C1 (ru) * 2008-03-24 2009-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта в большом диапазоне изменения величин эффективных площадей рассеивания локальных центров при многочастотном импульсном зондировании
RU2422851C1 (ru) * 2010-05-04 2011-06-27 Сергей Владимирович Ковалев Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании
CN102681032A (zh) * 2011-03-11 2012-09-19 南京信息工程大学 基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法
US20140306840A1 (en) * 2011-09-09 2014-10-16 Astyx Gmbh Imaging radar sensor with synthetic enlargement of the antenna aperture and two-dimensional beam sweep
CN206282358U (zh) * 2016-12-14 2017-06-27 广西师范大学 一种河流断面二维显示系统
US20180088229A1 (en) * 2016-09-27 2018-03-29 Steradian Semiconductors Private Limited Method, system and device for radar based high resolution object detection

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152626C1 (ru) * 1999-05-17 2000-07-10 Военный университет войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил РФ Радиолокационная станция с инверсным синтезированием апертуры и многочастотным зондирующим сигналом
RU2372627C1 (ru) * 2008-03-24 2009-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта в большом диапазоне изменения величин эффективных площадей рассеивания локальных центров при многочастотном импульсном зондировании
RU2422851C1 (ru) * 2010-05-04 2011-06-27 Сергей Владимирович Ковалев Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании
CN102681032A (zh) * 2011-03-11 2012-09-19 南京信息工程大学 基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法
US20140306840A1 (en) * 2011-09-09 2014-10-16 Astyx Gmbh Imaging radar sensor with synthetic enlargement of the antenna aperture and two-dimensional beam sweep
US20180088229A1 (en) * 2016-09-27 2018-03-29 Steradian Semiconductors Private Limited Method, system and device for radar based high resolution object detection
CN206282358U (zh) * 2016-12-14 2017-06-27 广西师范大学 一种河流断面二维显示系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115480244A (zh) * 2022-08-09 2022-12-16 中国人民解放军63921部队 一种同步轨道空间目标的二维成像方法和系统
CN115480244B (zh) * 2022-08-09 2024-05-31 中国人民解放军63921部队 一种同步轨道空间目标的二维成像方法和系统
RU2819757C1 (ru) * 2023-11-20 2024-05-23 Виталий Сергеевич Грибков Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании, обеспечивающий восстановление амплитуды и фазы отраженного сигнала

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7796829B2 (en) Method and system for forming an image with enhanced contrast and/or reduced noise
US8665132B2 (en) System and method for iterative fourier side lobe reduction
US8193967B2 (en) Method and system for forming very low noise imagery using pixel classification
CN108872985B (zh) 一种近场圆周sar快速三维成像方法
RU2628997C1 (ru) Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с итерационным уточнением расстояния от эквивалентного фазового центра антенны до точки синтезирования
Torgrimsson et al. Factorized geometrical autofocus for synthetic aperture radar processing
CN108318879B (zh) 基于iaa谱估计技术的isar图像横向定标方法
JP6179940B2 (ja) ドップラーイメージング信号送信装置、ドップラーイメージング信号受信装置、ドップラーイメージングシステム及び方法
RU2372627C1 (ru) Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта в большом диапазоне изменения величин эффективных площадей рассеивания локальных центров при многочастотном импульсном зондировании
Setsu et al. Super-Resolution Doppler Velocity Estimation by Kernel-Based Range–$\tau $ Point Conversions for UWB Short-Range Radars
CN114415140A (zh) 基于近场平面扫描三维波数域成像的目标rcs测量方法
CN110879391A (zh) 基于电磁仿真和弹载回波仿真的雷达图像数据集制作方法
RU2422851C1 (ru) Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании
JP2012068222A (ja) レーダークロスセクション（ｒｃｓ）測定システム
RU2723706C1 (ru) Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с определением третьей координаты элементов формируемого изображения
CN111896954A (zh) 一种船载sar影像的角反射器坐标定位方法
CN116819466A (zh) 基于图像最小熵的双基isar方位定标和几何校正方法
RU2284043C1 (ru) Способ калибровки компьютерно-интерферометрических систем на подвижных платформах
CN115712115A (zh) 一种算、测数据结合的雷达目标属性散射中心提取方法
CN115865142A (zh) 一种雷达天线波束指向校准方法、系统、装置及存储介质
RU2752878C2 (ru) Способ пеленгации широкополосных сигналов с повышенной разрешающей способностью
RU2393500C2 (ru) Способ определения фаз комплексных огибающих отраженных сигналов при многочастотном импульсном зондировании объекта для получения его радиолокационного изображения
RU2819757C1 (ru) Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании, обеспечивающий восстановление амплитуды и фазы отраженного сигнала
Thompson et al. Target separation in SAR image with the MUSIC algorithm
Klochko Algorithms of 3D radio-wave imaging in airborne Doppler radar