RU2812669C1 - Способ и устройство съемки поверхности земли космическим аппаратом с радиолокатором - Google Patents
Способ и устройство съемки поверхности земли космическим аппаратом с радиолокатором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812669C1 RU2812669C1 RU2023122662A RU2023122662A RU2812669C1 RU 2812669 C1 RU2812669 C1 RU 2812669C1 RU 2023122662 A RU2023122662 A RU 2023122662A RU 2023122662 A RU2023122662 A RU 2023122662A RU 2812669 C1 RU2812669 C1 RU 2812669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- reflector
- antenna array
- feed
- linear antenna
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к космическим системам дистанционного зондирования Земли на основе радиолокаторов, в том числе, с использованием технологии синтезирования апертуры. Технический результат - гибкое уменьшение затрат электроэнергии при получении изображения одного уровня качества при различных условиях съемки - режиме съемки, характере подстилающей поверхности, угле места (крена) съемки. Результат достигается тем, что предложено устройство съемки поверхности Земли КА, включающее радиолокатор в составе антенны с отражателем, облучателя в виде многорупорной линейной антенной решетки, поворотного устройства отражателя по крену, приемо-передающего тракта, бортового комплекса управления, отличающееся тем, что в состав передающего тракта последовательно введены электронные блоки формирователя излучаемого импульсного сигнала, делителя мощности, не менее 15 блоков усилителей мощности, блок суммирования мощности, управляемый по сигналу БКУ напрямую или через контроллер. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к космической технике - а точнее, к космическим системам дистанционного зондирования Земли на основе радиолокаторов, в том числе, с использованием технологии синтезирования апертуры (PCА).
Известны устройства космического аппарата (КА) с радиолокатором на основе технологии активной фазированной антенной решетки (АФАР). Достоинствами технологии является гибкое управление радиолокатором вследствие использования в составе антенны приемо-передающих модулей (ППМ) индивидуального управления, широкие возможности оптимизации и уменьшения энергопотребления. Например, после механического разворота антенны (или КА с антенной) в пространстве возможно программное изменение направления и ширины диаграммы направленности антенны, сформированной совокупностью диаграмм ППМ, формирование нескольких лучей для параллельного выполнения задач поиска/сопровождения целей, отключение или уменьшение мощности отдельных ППМ.
В то же время, вследствие конструктивно ограниченной мощности каждого ППМ к недостаткам технологии относятся невозможность максимальной концентрации энергии при сужении луча.
В этом аспекте более гибкой является технология пассивной фазированной решетки (ПФАР) в составе антенны - отражателя и облучателя. Здесь энергия может быть сконцентрирована на небольшом участке отражателя антенны, формируя мощную и узкую диаграмму направленности, перемещаемую в пределах поверхности отражателя. Технология является более простой и распространенной. К ее недостаткам относятся меньшие функциональные возможности антенны, возможности оптимизации и уменьшения энергопотребления.
Компромиссным решением является технология радиолокатора КА на основе ПФАР в составе отражателя и нескольких облучателей. Ближайшим аналогом является радиолокатор КА «Кондор-Э», содержащий поворотный облучатель в виде многорупорной линейной антенной решетки в составе линейки из более двух десятков облучателей рупорного типа (см., например, статью «Некоторые результаты испытаний космического аппарата «Кондор-Э» с РСА как основы новой радиолокационной космической системы» авт.Ефимов А.В., Зайцев С.Э., Савосин Г.В. и др., журнал «Радиотехнические и телекоммуникационные системы, 2016 год, доступно на https://cyberleninka.ru/article/n/nekotorye-rezultaty-ispytaniy-kosmicheskogo-apparata-kondor-e-s-rsa-kak-osnovy-novoy-radiolokatsionnoy-kosmicheskoy-sistemy 10.02.2023).
Поворотный облучатель в виде многорупорной линейной антенной решетки позволяет обеспечивать более гибкое изменение ширины и направления диаграммы направленности излучаемого сигнала (далее также -луча), а также возможности перераспределения и локального повышения мощности сигнала.
Целью изобретения является уточнение технического решения - ближайшего аналога в части приближения его к АФАР по возможностям оптимизации и уменьшения энергопотребления.
Техническим результатом является создание способа и устройства съемки поверхности Земли космическим аппаратом с радиолокатором, обеспечивающих гибкое уменьшение (оптимизацию) затрат электроэнергии при получении изображения одного уровня качества при различных условиях съемки - режиме съемки, характере подстилающей поверхности, угле места съемки (далее - угле крена), определяемом как угол между надиром КА (направлением силы гравитации) и направлением радиолокационного луча.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе съемки поверхности Земли космическим аппаратом с радиолокатором в составе антенны с отражателем, облучателя в виде многорупорной линейной антенной решетки, поворотного устройства отражателя по крену, приемопередающего тракта, бортового комплекса управления (БКУ), включающим запись в БКУ КА информации о времени и режиме съемки, угле поворота отражателя по крену относительно надира при съемке, последовательности включения рупоров линейной антенной решетки, поворот отражателя и облучателя с расположением рупоров линейной антенной решетки в соответствии с режимом съемки, излучение импульса электромагнитного сигнала последовательно через каждый рупор, в БКУ для каждого положения отражателя по крену определяют разный уровень предельной мощности импульса излучаемого сигнала, меньший или равный максимальной мощности радиолокатора, рупоры линейной антенной решетки излучают сигнал разной мощности, при этом формируемый в приемо-передающем тракте импульсный сигнал разделяют на набор из не менее чем 15 импульсов меньшей равной мощности, которые затем суммируют по сигналу БКУ в нужном количестве в зависимости от угла поворота отражателя по крену и номера излучающего рупора линейной антенной решетки облучателя. При этом мощность излучаемого сигнала ступенчато уменьшают при приближении излучаемого сигнала к надиру по формуле
где uMAX - максимальная располагаемая мощность, передаваемая через линейную антенную решетку облучателя, - коэффициент уменьшения мощности излучения при приближении излучаемого сигнала к надиру, K - номер рупора линейной антенной решетки облучателя по направлению приближения излучаемого сигнала к надиру.
Схема реализации способа приведена на фиг.1, фиг.2, устройства - на фиг 3.
Приняты обозначения:
1 - космический аппарат;
2 - отражатель антенны;
3 - облучатель, многорупорная линейная антенная решетка;
4 - участок (кадр) съемки поверхности Земли;
5 - неинформативный участок поверхности съемки (например, суша);
6 - информативный участок поверхности съемки (например, море);
γ - угол крена поворота антенны относительно надира ОХ;
е - угол крена луча относительно надира ОХ.
Реализация технического решения, способа, осуществляется следующим образом.
В любом радиолокаторе с увеличением угла места облучаемой зоны (другими словами - увеличением выноса зоны захвата радиолокатора или угла крена антенны) мощность отраженного сигнала уменьшается из-за увеличения дальности, причем самая большая мощность отражается при наименьшем выносе зоны захвата. Это означает, что чувствительность радиолокатора по мере удаления зоны захвата ухудшается. Обычно радиолокатор проектируют таким образом, чтобы заданная чувствительность удовлетворялась на максимальной дальности. При этом появляется запас чувствительности на дальностях меньших. Этот запас можно использовать для уменьшения мощности облучения, (и, значит, энергопотребления радиолокатора), не нарушая требований по чувствительности во всем диапазоне выносов зоны захвата.
В бортовой комплекс управления КА, фиг.1, поз.1, записывают задание на съемку, в том числе информацию о времени, режимах (детальный, обзорный), координатах съемки, угле съемки (γ) относительно надира. При подготовке задания на съемку поверхности Земли на ней заранее определяются информативные и неинформативные участки. Например, для КА морской разведки и целеуказания, осуществляющего съемку морского побережья, акватории бухты, фиг.1, поз.6, заранее неинформативными являются участки суши, фиг.1, поз.5, попадающие в кадр, фиг.1, поз.4. Кроме того, при съемке участков поверхности Земли с меньшим углом крена луча е, находящихся «ближе», потребуется меньший уровень мощности луча, чем для участков с большим е. Таким образом, если при съемке наиболее удаленной зоны захвата использовать максимальную за техническим возможностям, проектную мощность луча, при приближении к местной вертикали, а также при вынужденном облучении неинформативных участков поверхности мощность, без потери качества кадра, может быть уменьшена. Это правило применимо как к общей мощности излучаемого радиолокатором сигнала, так и к отдельным рупорам линейной антенной решетки, расположенных с разным относительным углом крена.
Поэтому, в способе съемки поверхности Земли космическим аппаратом с радиолокатором в составе антенны с отражателем, облучателя в виде многорупорной линейной антенной решетки, поворотного устройства отражателя по крену, приемо-передающего тракта, бортового комплекса управления, включающим запись в БКУ КА информации о времени и режиме съемки, угле поворота отражателя по крену относительно надира при съемке, последовательности включения рупоров линейной антенной решетки, поворот отражателя, фиг.1, поз.2, и облучателя, фиг.1, поз.3, с расположением рупоров линейной антенной решетки в соответствии с режимом съемки, излучение импульса электромагнитного сигнала последовательно через каждый рупор, в БКУ для каждого положения отражателя по крену определяют разный уровень предельной мощности импульса излучаемого сигнала, меньший или равный максимальной мощности радиолокатора, рупоры линейной антенной решетки излучают сигнал разной мощности. При этом формируемый в приемо-передающем тракте импульсный сигнал разделяют на набор из не менее чем 15 импульсов меньшей равной мощности, которые затем суммируют по сигналу БКУ в нужном количестве в зависимости от угла поворота отражателя по крену и номера излучающего рупора линейной антенной решетки облучателя, излучая сигнал требуемой мощности.
Мощность излучаемого сигнала ступенчато уменьшают при приближении излучаемого сигнала к надиру по формуле
где uМАХ - максимальная располагаемая мощность, передаваемая через линейку облучателя, - коэффициент уменьшения мощности излучения при приближении излучаемого сигнала к надиру, K - номер излучателя по направлению приближения излучаемого сигнала к надиру.
Например, согласно формуле, при съемке участка поверхности с максимальным углом крена, фиг.2, мощность луча, проходящего через линейку облучателя с номером K=1, равна максимальной. При съемке участка с меньшим углом крена и коэффициенте мощности 0,98 мощность луча, проходящего через линейку облучателя с номером, например N=12, составляет 0,78. Таким же образом может быть уменьшена мощность луча при его прохождении через неинформативные участки поверхности Земли.
Для реализации способа должно быть использовано устройство съемки, позволяющее менять мощность излучаемого сигнала.
Для этого в устройстве съемки поверхности Земли КА, включающем радиолокатор в составе антенны с отражателем, облучателя в виде многорупорной линейной антенной решетки, поворотного устройства отражателя по крену, приемо-передающего тракта, бортового комплекса управления, в состав передающего тракта последовательно введены электронные блоки формирования излучаемого импульсного сигнала, делителя мощности, не менее 15 блоков усилителей мощности, блок суммирования мощности, управляемый по сигналу БКУ напрямую или через контроллер.
В соответствии с техническим решением устройства, в передающем тракте импульсный сигнал с формирователя подается на электронный блок - делитель мощности, фиг.3. Далее каждый из набора полученных сигналов по отдельному проводу поступает в свой усилитель мощности, и затем они суммируется в электронном блоке суммирования мощности, формируя излучаемый сигнал заданной мощности. При этом, количество суммируемых сигналов определяется в соответствии с закономерностью, записанной в БКУ (в зависимости от угла поворота облучателя по крену и номера излучающего рупора линейной антенной решетки облучателя), по сигналу БКУ, передаваемому, например, по кабелю на блок суммирования мощности напрямую или через специализированный прибор - контроллер (на схеме фиг.3 показан штриховой линией), и определяет фактическую мощность излучения радиолокатора.
Применение технического решения способа и устройства позволит оптимизировать затраты электроэнергии при получении изображения одного уровня качества при различных условиях съемки, повысив, тем самым, надежность и долговечность работы аппаратуры, расширить диапазон условий применения КА с радиолокатором, как следствие, увеличить эффективность использования ракетно-космической техники.
Claims (5)
1. Способ съемки поверхности Земли космическим аппаратом (КА) с радиолокатором в составе антенны с отражателем, облучателя в виде многорупорной линейной антенной решетки, поворотного устройства отражателя по крену, приемо-передающего тракта, бортового комплекса управления (БКУ), включающий запись в БКУ КА информации о времени и режиме съемки, угле поворота отражателя по крену относительно надира при съемке, последовательности включения рупоров линейной антенной решетки, поворот отражателя и облучателя с расположением рупоров линейной антенной решетки в соответствии с режимом съемки, излучение импульса электромагнитного сигнала последовательно через каждый рупор, отличающийся тем, что в БКУ для каждого положения отражателя по крену определяют разный уровень предельной мощности импульса излучаемого сигнала, меньший или равный максимальной мощности радиолокатора, рупоры линейной антенной решетки излучают сигнал разной мощности, при этом формируемый в приемо-передающем тракте импульсный сигнал разделяют на набор из не менее чем 15 импульсов меньшей равной мощности, которые затем суммируют по сигналу БКУ в нужном количестве в зависимости от угла поворота отражателя по крену и номера излучающего рупора линейной антенной решетки облучателя.
2. Способ съемки поверхности Земли по п. 1, отличающийся тем, что мощность излучаемого сигнала ступенчато уменьшают при приближении излучаемого сигнала к надиру по формуле
где uMAX - максимальная располагаемая мощность, передаваемая через линейную антенную решетку облучателя, - коэффициент уменьшения мощности излучения при приближении излучаемого сигнала к надиру, K - номер рупора линейной антенной решетки облучателя по направлению приближения излучаемого сигнала к надиру.
3. Устройство съемки поверхности Земли КА, включающее радиолокатор в составе антенны с отражателем, облучателя в виде многорупорной линейной антенной решетки, поворотного устройства отражателя по крену, приемо-передающего тракта, бортового комплекса управления, отличающееся тем, что в состав передающего тракта последовательно введены электронные блоки формирователя излучаемого импульсного сигнала, делителя мощности, не менее 15 блоков усилителей мощности, блок суммирования мощности, управляемый по сигналу БКУ напрямую или через контроллер.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812669C1 true RU2812669C1 (ru) | 2024-01-31 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2347239C1 (ru) * | 2007-10-02 | 2009-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) | Способ формирования радиолокационного изображения объектов |
| EP1067398B1 (en) * | 1998-12-25 | 2009-08-12 | Anatoly Ivanovich Konochkin | Method for generating a radiolocation image of an object and device for generating a radiolocation image |
| RU103935U1 (ru) * | 2009-03-31 | 2011-04-27 | Открытое Акционерное Общество "Межгосударственная Акционерная Корпорация "Вымпел" | Устройство дистанционного зондирования земли при помощи многопозиционной радиолокационной системы |
| US20200025855A1 (en) * | 2017-08-08 | 2020-01-23 | U.S. Army Research Laboratory Attn: Rdrl-Loc-I | Method and apparatus for providing a passive transmitter based synthetic aperture radar |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1067398B1 (en) * | 1998-12-25 | 2009-08-12 | Anatoly Ivanovich Konochkin | Method for generating a radiolocation image of an object and device for generating a radiolocation image |
| RU2347239C1 (ru) * | 2007-10-02 | 2009-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) | Способ формирования радиолокационного изображения объектов |
| RU103935U1 (ru) * | 2009-03-31 | 2011-04-27 | Открытое Акционерное Общество "Межгосударственная Акционерная Корпорация "Вымпел" | Устройство дистанционного зондирования земли при помощи многопозиционной радиолокационной системы |
| US20200025855A1 (en) * | 2017-08-08 | 2020-01-23 | U.S. Army Research Laboratory Attn: Rdrl-Loc-I | Method and apparatus for providing a passive transmitter based synthetic aperture radar |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ефимов А.В. et al. "Некоторые результаты испытаний космического аппарата "Кондор-Э" с РСА как основы новой радиолокационной космической системы", журнал "Радиотехнические и телекоммуникационные системы", N3, 2016, стр. 24-36. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108398677B (zh) | 三坐标连续波一维相扫无人机低空目标检测系统 | |
| CN108008380B (zh) | 一种基于卫星编队的微波凝视关联成像方法及系统 | |
| US20110012777A1 (en) | Interferometric Synthetic Aperture Radar for Imaging of Buildings | |
| US11965954B2 (en) | Apparatus and method for monitoring objects in space | |
| Lishchenko et al. | The Method of Increasing the Detection Range of Unmanned Aerial Vehicles In Multiradar Systems Based on Surveillance Radars | |
| CN207408590U (zh) | 一种基于二维doe元件的激光雷达 | |
| JPH0712937A (ja) | 逐次型像合成装置 | |
| CN109298431B (zh) | 一种三波段机载激光雷达系统 | |
| CN103487798A (zh) | 一种相控阵雷达测高方法 | |
| CN110412586B (zh) | 一种基于相控发射和聚束成像的水下目标探查方法 | |
| RU2812669C1 (ru) | Способ и устройство съемки поверхности земли космическим аппаратом с радиолокатором | |
| US10890659B2 (en) | Light-weight radar system | |
| US6650274B1 (en) | Radar imaging system and method | |
| AU2020327713A1 (en) | Optical seismic surveying system | |
| RU103935U1 (ru) | Устройство дистанционного зондирования земли при помощи многопозиционной радиолокационной системы | |
| JP2011007572A (ja) | スプリットビーム方式合成開口レーダ | |
| RU2741057C1 (ru) | Способ радиолокационного распознавания классов воздушно-космических объектов для многодиапазонного разнесенного радиолокационного комплекса с фазированными антенными решетками | |
| RU2539558C1 (ru) | Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки | |
| JPS60170777A (ja) | 合成開口レ−ダ | |
| RU2499279C1 (ru) | Способ оценки высоты полета летательного аппарата по радиолокационным изображениям земной поверхности | |
| RU38235U1 (ru) | Система дистанционного выявления малоразмерных объектов | |
| RU2464680C1 (ru) | Способ повышения разрешающей способности фазированной антенной решетки бортовой станции | |
| KR102593466B1 (ko) | 다각도 합성개구레이다 영상 처리 방법 및 이를 위한장치 | |
| CN110308449B (zh) | 一种液面流速测量方法、装置及存储介质 | |
| WO2010114413A1 (ru) | Способ дистанционного зондирования земли при помощи многопозиционной радиолокационной системы и устройство для его реализации |