WO2006038834A1 - Method for remotely detecting body-worn weapons and explosives and device for carrying out said method - Google Patents

Method for remotely detecting body-worn weapons and explosives and device for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2006038834A1
WO2006038834A1 PCT/RU2005/000496 RU2005000496W WO2006038834A1 WO 2006038834 A1 WO2006038834 A1 WO 2006038834A1 RU 2005000496 W RU2005000496 W RU 2005000496W WO 2006038834 A1 WO2006038834 A1 WO 2006038834A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
signal
signals
frequency
partial
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000496
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Leonid Viktorovich Volkov
Alexandr Ivanovich Voronko
Natalya Leonidovna Berendakova
Original Assignee
Leonid Viktorovich Volkov
Alexandr Ivanovich Voronko
Natalya Leonidovna Berendakova
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 Leonid Viktorovich Volkov, Alexandr Ivanovich Voronko, Natalya Leonidovna Berendakova filed Critical Leonid Viktorovich Volkov
Publication of WO2006038834A1 publication Critical patent/WO2006038834A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/887Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/024Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects

Definitions

  • the present invention relates to the field of computer diagnostics in real time.
  • systems and methods for remote detection of weapons, explosives and drugs hidden under clothing on a person’s body or in his luggage which are based on imaging of such objects, especially in the millimeter and submillimeter wavelengths.
  • millimeter and submillimeter radiation In the field of remote detection of masked objects based on imaging of objects, millimeter and submillimeter radiation (hereinafter - MM / SMM) has advantages due to the high level of permeability of such radiation through various clothing fabrics, plastic, ceramic, wooden materials and other opaque in visible range of medium. Due to the relatively short wavelength of the MM / SMM radiation, it is also possible to create imaging systems (SFI) that provide the necessary spatial resolution in the images obtained by such systems.
  • SFI imaging systems
  • SFIs can be very effectively used in various crowded places and / or of high state significance (airports, courts, banks, places of emergence of high-ranking statesmen, etc.) in order to timely and covert remote detection of hidden weapons, drugs, smuggling and explosives, including in a rapidly changing environment.
  • MM / SMM radiation allows solving this problem. This is possible due to the fact that MM / SMM radiation penetrates clothing with very little attenuation, and without affecting human health, unlike x-ray and microwave radiation.
  • the reflection and absorption characteristics for MM / SMM radiation for human skin differ significantly from the same characteristics for plastic and ceramic weapons and drugs, as well as the vast majority of materials used for the production of weapons and explosives.
  • Known imaging system in the millimeter and submillimeter wavelength range containing at least one composite radiation source in the millimeter or submillimeter wavelength range, intended to illuminate the field of view of the specified imaging system and made in the form of a spatially distributed set of separate independent point sources of radiation, bearing the radiation frequency of each of which differs from the carrier frequency of the radiation of any other radiation source from bound set by a small amount, not exceeding the allowable manufacturing deviations fixed carrier frequency for different narrowband radiation sources of the same type produced in the same production conditions, an element for focusing the radiation reflected from the objects of observation located in the specified field of view on the receiving device, made with the function of independently receiving the specified focused radiation incident from various spatial parts of the specified field of view and converting it into the corresponding matrix set of electrical signals, the outputs of which are connected to a device designed to form an image of the field of view from the specified matrix array signals and displaying this image on the display, and each image element is formed by the corresponding electric signal from the specified matrix set, and each electric signal corresponds to radiation reflected
  • a feature of the method and system of image formation during the detection of an object is the use of a spatially distributed array (matrix) of point sources of MM / SMM radiation as a lighting device.
  • the point sources of the grating are sources of quasi-monochromatic radiation with slightly different central frequencies of the emitted radiation (the frequency distribution is not greater than the standard tolerances for sources of industrial manufacture).
  • Lattices are designed to illuminate an object with radiation with reduced spatial coherence.
  • the image of the object is projected onto a multi-element receiving matrix (MPM) using a focusing lens.
  • the set of electrical signals is generated by the MMM and processed (mixed, amplified, filtered, etc.) electronically so as to form an image of the object and visualize it on the screen of the corresponding display.
  • a significant drawback of such a system is the fact that in the millimeter wave range it is impossible to obtain a high-quality image by simply destroying the spatial coherence of almost monochromatic radiation in the field of view of the SFI, as is done in optical systems. This is due to the almost specular reflection of millimeter-wave radiation from almost all objects of interest for remote detection, in contrast to the diffuse nature of the reflection of optical-band radiation from almost any object (except for a limited number of mirror-type objects). In the MM / SMM wavelength range, only a small number of predominantly fall into the entrance pupil of the focusing element radiation component from the entire wide angular spectrum of the components of a spatially incoherent radiation illuminating the object, which satisfy the condition of specular reflection.
  • the spatial coherence of radiation which mainly focuses on the receiving matrix and is involved in image formation, has a fairly high coherence, even when the radiation illuminating the object is characterized by extremely low spatial coherence. Due to this, the generated images are characterized by a high level of coherent noise (speckles) and are subject to the influence of specular reflections that destroy the quality of the resulting images.
  • the present invention is directed to solving the above problems, according to which the final (final) image of the SFI is obtained as a result of analysis and synthesis of a sufficient number of partial images of the observed object, obtained independently of each other and each of which is characterized by an independent (and different from each other) set of parameters radiation.
  • Such physical parameters include the carrier frequency of illumination, its polarization state, angle of incidence, etc.
  • the analysis and synthesis of such images (synthesis may be understood, for example, as a weighted accumulation of partial images) is carried out by means of analog or digital electronic (electron-optical) means or their combinations.
  • Such an expanded set of partial images for various combinations of physical parameters allows a much better analysis of objects and interference in the final image, since it allows independent access to such components.
  • the technical result achieved in this case consists in the detection of masked objects on the human body or in its luggage, regardless of the material from which this object is made, based on the formation of its images with improved visual quality information content.
  • the device for remote detection of weapons and explosives hidden under clothing of people containing at least one radiation source in the millimeter or submillimeter wavelength range, made in the form of a set of separate independent radiation elements, the physical radiation parameters of each of which made different from the physical parameters of the radiation of other radiation elements, an element for focusing radiation reflected from the object of observation, in the direction of the receiving device, which has the function of independently receiving radiation incident from the corresponding complementary parts of the area of the observation object and converting it into a matrix set of corresponding electrical signals, the outputs of which are connected to the processor to form an image of the observation object and its location zone and display this image on a display, each image element being formed by a corresponding electrical signal from this matrix set, which corresponds to a spatially defined part of the observed object and its location surrounding area, is provided with a diffuser, located at a distance from the radiation source for receiving the radiation and scattering it in toward the surveillance area, each individual independent radiation element the radiation source is configured to encode
  • each individual partial radiation is additionally encoded by modulating it, which is different in parameters from the modulation of other partial radiation, directing partial radiation to the diffuser to reduce their spatial coherence and / or scattering them by the various spatial parts of the diffuser to create additional partial radiation with additional modulation, corresponding to the angle of incidence on the object of observation, after reflection of radiation from the object of observation carry out focus
  • the transmission of this radiation and its transmission to a receiving device that receives this radiation independently from each part of the observed space in the area of the object under observation and translates the set of emissions into the corresponding matrix set
  • the indicated features for each of the objects are significant and interconnected with the formation of a stable set of features for each of the objects.
  • FIG. 1 is a generalized block diagram of one of the possible implementations of the active system for the formation of synthesized images
  • FIG. 2 is a structural diagram of a system for generating synthesized images
  • FIG. 3 point-like radiation source in a waveguide implementation
  • FIG. 4 a device for frequency conversion and signal processing
  • FIG. 5 - the first partial image, characterized by the first position of a point-like radiation source relative to the observation area
  • FIG. 6 is a second partial image characterized by a second position of a point-like radiation source relative to the observation area
  • FIG. 8 is a fourth partial image characterized by a fourth position of a point-like radiation source relative to the observation area
  • FIG. 9 shows the curves of such partial images
  • FIG. 10 - partial images are shown whose physical parameters (the indicated angle of incidence of the components on the object) are different from each other by the amount at which these images for the observed object become statistically distinguishable;
  • FIG. 11 - partial images are shown whose physical parameters (the specified angle of incidence of the components on the object) are different from each other by the amount at which these images for the observed object become statistically distinguishable, however, the average energy images are different due to differences in the "diffuse" and "mirror" reflections from the object of the corresponding radiation components;
  • FIG. 10 - partial images are shown whose physical parameters (the indicated angle of incidence of the components on the object) are different from each other by the amount at which these images for the observed object become statistically distinguishable, however, the average energy images are different due to differences in the "diffuse" and "mirror" reflections from the object of the corresponding radiation components;
  • FIG. 10 - partial images are shown whose physical parameters (the indicated angle of incidence of the components on the object) are different from each other by
  • FIG. 12 - presents the first view of the results of numerical modeling of an object (in shape resembling a gun) having an external similarity in the shape and characteristic dimensions of parts with typical shapes and details for such objects;
  • FIG. 13 - a second view of the results of numerical modeling of an object (in shape resembling a gun) is presented, having an external similarity in the shape and characteristic dimensions of parts with typical shapes and details for such objects;
  • FIG. 14 - shows the gradation scale for the signal level in the corresponding image elements shown in Fig.12-13;
  • FIG. 15 is a structural diagram of an imaging system using an unscannable multi-element spatially distributed radiation source and an unscanned multi-element receiving device;
  • FIG. 15 is a structural diagram of an imaging system using an unscannable multi-element spatially distributed radiation source and an unscanned multi-element receiving device;
  • FIG. 16 is a detailed diagram of an adaptive MM / SMM imaging system based on the use of a multi-element spatially distributed radiation source and multi-element receiving device;
  • FIG. 17 is a functional diagram of a generator of two mutually coherent signals, consisting of paired generators with a stabilized frequency of their difference signal;
  • FIG. 18 is a device for receiving multi-component radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type of FIG. 19 - a device for receiving multicomponent radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type
  • FIG. 20 - a device for receiving multicomponent radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type;
  • FIG. 19 is a device for receiving multicomponent radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type;
  • FIG. 20 - a device for receiving multicomponent radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type;
  • FIG. 21 is a first example implementation of a mutually coherent signal generator of a BKC generator with a number of generated signals greater than two and with different difference frequency values;
  • FIG. 22 shows phase diagrams of radiation components;
  • FIG. 23 is a diagram of an image forming system illustrating a mechanism for generating strong “mirror” and weak “diffuse” signal components in a received signal;
  • FIG. 25 is a diagram of the MPR of a radiation source;
  • FIG. 26 - shows the spectrum of one of the side components of the resulting radiation in the observation zone;
  • FIG. 27 - shows the fine structure of the spectrum of the signal received by one of the receiving elements of the receiving matrix when forming the image of the object;
  • FIG. 28 shows the fine structure of the spectrum of the signal of FIG.
  • FIG. 29 is a graphical representation of the distribution of spectral lines of decoded signals corresponding to the fine structure of the spectrum of FIG. 27, in the form of a two-dimensional matrix diagram.
  • FIG. 30 is a graphical representation of the distribution of spectral lines of decoded signals corresponding to the fine structure of the spectrum of FIG. 28, in the form of a two-dimensional matrix diagram.
  • Fig.Zl is an illustration of the features of radiometric and multicomponent image formation.
  • FIG. 32 is an illustration of the position of an object on a person, indicating the arrows of possible reflections forming various partial images; FIG.
  • FIG. 33 is an illustration of the process of generating the resulting synthesized image from a set of partial images, from which eliminates noise-like interfering partial images;
  • FIG. 34 is a second example implementation of a mutually coherent signal generator of a BKC generator with a number of generated signals greater than two and with different values of the difference frequencies;
  • FIG. 35 is an example implementation of a mutually coherent signal generator whose composite generators have substantially different frequencies;
  • FIG. 36 is a generalized diagram of a receiving channel of an input node of a receiving device;
  • FIG. 37 - shows the standard input path of the superheterodyne receiver, the first circuit of the input node of the receiving device;
  • FIG. 38 is a second diagram of an input node of a receiving device;
  • FIG. 39 is a third diagram of an input node of a receiving device;
  • FIG. 40 is a fourth diagram of an input node of a receiving device.
  • FIG. Shows a generalized structural diagram of one of the possible implementations of the active system for the formation of synthesized images.
  • an active system for generating synthesized images may consist of:
  • PR source 1 of multicomponent radiation of millimeter and / or submillimeter wavelengths, each component 2, 3, 4, 5 of which is characterized by a different set of values of physical parameters, while such components can be either distinctively encoded (for example, distinctively modulated ), or emitted at different points in time.
  • PR source 1 is intended for illumination by multicomponent radiation of the observation zone 6 and the person 7 located in them and the object 8 hidden on his body under the clothes 9;
  • a focusing element 10 (for example, a lens) intended to focus the radiation reflected in the observation zone 6, which is a set of reflected radiation components 11,12,13,14, in the plane of the sharp image 15;
  • a receiving device 16 configured to receive multicomponent radiation at various spatial points on the surface (in particular the plane) of a sharp image (PRIZ), converting the radiation received at each of these PRIZ points into a corresponding primary electrical signal, converting each primary signal to the corresponding a set of separate secondary electrical signals corresponding to the indicated coded (e.g. modulated) radiation components emitted by the indicated PR source at the same time intervals, and / or components emitted at different time intervals, and which are part of the multicomponent radiation adopted at a given point in the PRIZ using decoding procedures (for example, by demodulation) of encoded (modulated) secondary electrical signals and / or time division procedures for the corresponding secondary electrical signals with temporary compaction,
  • decoding procedures for example, by demodulation
  • a processor device 22 associated with the receiving device 16, the PR radiation source 1, the rotation unit 19 and the rotation unit 21, and is intended, inter alia, to control the operation of the receiving device 16, the PR radiation source 1 and the rotation units 19,21.
  • the processor device has the function of receiving secondary signals and determining, by processing them, the radiation intensity of each of the respective radiation components received by the receiving device 16 at the corresponding points of PRIZ 15, as well as the formation of numerous partial images, the values of the elements (counts) of which correspond to the intensities of those radiation components which are received at various points of the sharp image plane (PRIZ) by the receiving device 16, and whose physical parameters either almost identical, or lie in certain ranges, or are selected based on the same selection criteria.
  • each element of the partial image only one component of the radiation components received by the receiving device in the corresponding spatial element of the spatial point of the sharp image plane is used.
  • the processor device 22 is also intended to perform the function of synthesizing high-quality images, including by weighted summation of partial images or their limited fragments. Such fragments may include a small number of elements (counts) of images, up to one element.
  • the fraction of the value of the element value of each of the partial images used to generate the value of the corresponding element of the synthesized image is determined in accordance with the algorithm for achieving the best quality of the synthesized image and depends on the parameters of the radiation component responsible for the formation of this partial image and the reflection characteristics of this component the surface area of the object that is displayed by this pixel, as well as the characteristics neighboring areas of the surface.
  • the processor device 22 may also perform the function of automatically recognizing images and identifying a masked object 8 from this image. 7)
  • the display device 23 is intended to visualize the obtained images by displaying them on the display screen of the display device 23, which is associated with the processor device 22.
  • the processor device can control the position of the polarization gratings 17, 20 by supplying the corresponding control signals to their control nodes 19,21, which allows the formation of polarization-dependent (in particular, formed by both co- and cross-polarized radiation components) partial images
  • polarization-dependent in particular, formed by both co- and cross-polarized radiation components
  • Such coding is carried out in a multi-component PR radiation source.
  • the coding procedures for radiation components may be based on distinctive modulation (amplitude modulation, frequency modulation, phase modulation, etc.) of various radiation components by different modulating signals or, for example, on the formation of radiation, the distinctive radiation components of which are doublet radiation components, the spectral lines of each doublet (these two spectral lines in their physical properties can correspond to practically equivalent emissions) differ from each other in the carrier frequency by an amount that is times ichna for various doublets.
  • Components can be multiplet as well, and their spectral lines, including, correspond to various physical parameters, for example, different polarization states). Under the coding can be understood other procedures for endowing the hallmark of various components of the radiation.
  • the receiving device from the primary electrical signals generated by the receiving device from the focused radiation received at various points of the PRIZ 15, numerous secondary electrical signals can be extracted by means of corresponding decoding devices (for example, demodulating devices), each of which corresponds to only one of them encoded (e.g. modulated) components.
  • decoding devices for example, modulating devices
  • decoding for example, demodulating
  • the processor device is configured to receive all secondary signals for all of these sets and determine, through their processing, the radiation intensity of each the corresponding radiation component, from the set of components received by the receiving device 16 at the corresponding points of PRIZ 15 and the formation of numerous partial images, moreover, the value of any element of each partial image is assigned the intensity value of only one of the secondary signals, and from that set of secondary signals that corresponds to radiation received at a certain spatial point in PRIZ 15.
  • the position of the PRIZ point relative to other points of reception of radiation PU16 in PRIZ respectively tstvuet position corresponding element (frame) of the partial image with respect to its other components (samples).
  • Each secondary signal from all sets of secondary signals is involved in the formation of only one image element (reference) for all of the generated partial images. If for the formation of a partial image for some reason the received secondary signals are not enough, then the corresponding elements are assigned some specific value (for example, equal to zero).
  • the selection of secondary signals for the formation of each of the partial images is carried out according to a pre-selected selection criterion.
  • each partial image is formed from secondary signals formed from the same radiation component, but received by PU 16, respectively, at different spatial points of PRIZ 15 (if a multi-element receiving device is used) or various radiation components (radiated at different points in time, which due to the scanning principle of reception of the used PU16), but with the same physical parameters or different radiation components with similar physical parameters (if some physical parameters of the radiation components of the PR source 1 are also scanned over time), etc.
  • the processor device 22 synthesizes a high-quality image of the observation zone 6 and those located in them objects, for example, a person 7 and hidden under the clothes 9 of the object 8 from the received partial images.
  • each of the partial images can be subjected to one of the traditional image analysis procedures (for example, identifying image elements corresponding to areas of the surface of the object 8 that mirror this component of radiation, therefore, the magnitude of its intensity in which elements of the corresponding partial image is too large in comparison with the corresponding elements of other partial images) and partial image processing procedures (for example, spatial f filtering and / or reducing or removing (replacing a knowingly small value) the values of the elements corresponding to the mirror-reflected components of the radiation) in order to improve their quality.
  • the traditional partial image processing procedures may also not be used at all.
  • partial images are used in the synthesis procedure of the resulting (combined) image, while the synthesis procedure can use all of the formed partial images, so maybe only part of these images, or only fragments of part or all images (and fragments can consist of any number partial image elements, including from only one element).
  • the above image synthesis procedures will be called partial image combining procedures or also called partial image combining procedures.
  • the procedures of such synthesis can be considered the procedures of weighted summation of partial images, and the values of each element of the synthesized image is equal to the weighted sum of the values of those elements of the partial images (taken from one of each partial image) whose position corresponds to the position of the specified element of the synthesized image.
  • weighting coefficients of the values of the values of the corresponding elements of various partial images forming the value of the same element of the synthesized image can be different, and this can be the case for any element of the synthesized image.
  • any weighted coefficients are selected from the conditions for obtaining the best quality of the synthesized image and in accordance with the selected algorithm to achieve the required quality of the synthesized radiation.
  • FIG. 2 The structural diagram of the simplest in execution (but not in functionality) synthesized image formation system is shown in FIG. 2.
  • the system consists of a spatially distributed scanning (SPR) source 24, a focusing element (lens) 10, a polarization grating 17 and its associated rotation unit 19, a scanning receiving device 25, a display device 23 and a processor device 22.
  • the processor device 22 is electrically connected with the display device 23, with the scanning spatially distributed source 24 through the control unit SPR source 26 and with the scanning receiving device 25 through the control unit of the receiving scanning device stvom 27.
  • SPR radiation source 24 in the simplest implementation consists of:
  • the scanning device of the radiation source 29, performing spatial displacements of the indicated TS source 28 along the scanning path 30, thereby ensuring time-consistent illumination of the observation zone 6 by radiation with different angles of incidence into the observation zone 6 (due to a change in the spatial position of the TS of the source 28 relative to the observation zone 28 during its mechanical movement).
  • the aperture of the SPR of the radiation source 24 is synthesized, which is determined by the dimensions of the scanning surface 31 (in the simplest case of the plane) (in which the indicated scanning path 30 of the TP of the source 28 is located), from spatial points of which, similar to points 32, 33, the observation zone 6 is sequentially lit throughout the entire scanning cycle.
  • the spatially distributed (PR) source described above will hereinafter be referred to as either a scanning PR (SPR) radiation source or a PR radiation source with a synthesized aperture.
  • SPR scanning PR
  • the TS source 28 consists of a block 34 for generating, controlling and coding radiation (GKKI block), which is radiated into free space by means of a transmit antenna 35 connected to the GKKI block 34.
  • the TS source 28 can also be installed in the holder 36, moving together with the TP installed thereon by the source 28 along the above-described path 30 as described above, which is additionally equipped with an electronically controlled rotary device 37 capable of rotating the TP source of radiation 28 around an axis coinciding with the direction the highest antenna gain 35.
  • the TP source can also be additionally equipped with a polarization grating 38 mechanically mounted on a holder 36, transmitting only linearly polarized radiation through itself towards the observation zone.
  • the indicated electronically-controlled holder 36 and the polarization grating 38 provide the ability to illuminate the inspection area with linearly polarized radiation with controlled the position of the plane of polarization, varying sequentially in time.
  • a point-like (TP) radiation source 28 in the simplest waveguide implementation consists of series-connected radiation source MM or CMM of range 39, having an input for control signals 40 (for example, to change the frequency of its radiation), a gate 41, an electronically controlled attenuator 42, having an input for control signals 43, a p-i-p modulator 44, having an input for modulating signals 45, and a transmitting antenna 35.
  • a series-connected radiation generator 39 of the MM or CMM range, valve 41, electronic control direct the attenuator 42, p-i-n modulator 44 form generating unit 34, the formation and emission of encoding (block GKKI).
  • generators of any type can be used (using the Gunn diode, LPD generators, any type of “generators”), characterized by wide “noise” spectral bands of the generated radiation (from 50 MHz to 40 GHz and higher) and etc.) provided that the receiver SPU 25 is designed with the possibility of optimal reception of radiation from the used radiation source 39.
  • the design of the scanned ITP radiation source can be complicated and functionally improved if a backward wave lamp (BWT) or any other radiation generator providing an electronically controlled change in the frequency of its radiation through the processor unit 22 is used as the source 39 of the TS of the source 28.
  • BWT backward wave lamp
  • the radiation pattern of the transmitting antenna 35 is chosen wide enough and symmetrical to provide illumination of any point in the observation zone 6 with the same level of radiation intensity at any spatial position of the scanned transformer of the radiation source 28. If an antenna with a narrow symmetric radiation pattern is used, then the above the holder 36 can be additionally equipped with a two-axis rotary device 46, providing aiming of the maximum radiation pattern of the transmitting antenna 35 at the same point of the observation zone 6 for any spatial position of the TS of the radiation source 28.
  • Scanning receiving device 25 in the simplest implementation consists of:
  • a single-element receiver (OPR) 47 (Fig. 2) consisting, in turn, of a receiving element 48 and an associated unit 49 of amplification, frequency conversion and signal processing (UCHPOS) received by the receiving element 47;
  • OCR single-element receiver
  • the scanning device of the receiver 50 which provides mechanical scanning of a single-element receiver 47 in the plane of the sharp image of the focusing element 10 along the corresponding path of the scan 51 lying on the surface (for example, in the plane) of the scan 52.
  • the specified scanning device of the receiver 50 can also be designed with the ability to scan ODA 47 on any, including complex scanning surface 52, repeating the shape of the surface of a sharp image to ensure optimal reception of radiation from a focused non-planar image by the receiving element 48 even in the case of using a 10 s lens insufficient correction of its aberration distortions.
  • any antenna can be used, including. including horn.
  • the antenna performs the function of receiving radiation that has fallen into its input aperture (the spatial dimensions of which are much smaller than the dimensions of the synthesized aperture of the SPR source 24) and converting the received radiation into the corresponding electrical signal.
  • any combination of radio engineering devices can be used to ensure the appearance of the output of this signal block, either the amplitude of which is proportional to the intensity of the received antenna radiation, or this intensity can be determined by such a signal after its digitization and supply to the digital processor or in any other way.
  • a direct amplification and signal detection device can be used in which the input signal entering the UCHPOS unit 49 from the output of the antenna 48 is amplified at high frequency by a direct amplification amplifier unit 53, consisting of a filter 54 and UHF direct amplifier amplifier 55 to a sufficiently high level (with a gain of 50 dB or more) without any frequency conversion of this signal and then fed to the input of the amplitude detector 56 (which is functionally, in the general case, equivalent to inert an ionic nonlinear element) consisting of a nonlinear diode 57, which is rectifying in this circuit, and a low-pass filter 58, at the output of which 59 only the low-frequency (or time-constant) envelope of the amplified signal appears, the amplitude of which is directly proportional to the intensity of the received antenna radiation (or in other words, the radiation power averaged over time as a result of passing a low-pass filter 58).
  • a direct amplification amplifier unit 53 consisting of a filter 54 and U
  • a synchronous detector 60 can be used, the input of which is connected to the output of the low-pass filter 59, while a signal containing the same ones mentioned above must be supplied to the synchronization input 61 (reference input) of the synchronous detector 60 modulating rectangular pulses, maybe with some phase delay to obtain the maximum signal at the output 62 of the synchronous detector 60.
  • the output signal can then be digitized by an analog-to-digital converter (ADC) and loaded into the memory of the processor device for further processing.
  • ADC analog-to-digital converter
  • a processor unit 22 and a display unit 23 a personal computer with built-in function boards providing digital control of the radiation source 24 through the control unit of the source 26 and the receiving device 25, through the control unit of the receiving device 27, as well as receiving the output signals of the receiving device, digitizing them by the ADC board and loading into the internal memory of such a processor device for further processing.
  • the processor device 22 supplies control signals to the SPR source 24 through its control unit 26, through which the TS source 28 moves from the current spatial point of its position along the path of movement 30 to an adjacent point 32 of the scanning surface 31.
  • the antenna 35 of the TS of the source is directed 28 towards the observation zone 6 with a view to its uniform illumination.
  • the radiation of the TS source 28 having, as a result of moving this source and changing its spatial position relative to the observation zone 6, a new direction of propagation in the observation zone, after scattering it in the observation zone 6, is received by the entrance pupil of the focusing element 10 and is focused on the surface through the polarization grating 17 (plane) sharp images of the focusing element 10.
  • the processor unit 22 sends a control signal to the scanning device 50 of the control system 25 through its control unit 27 with the aim of positioning the ODA 47 to the starting point 63 of the scanning path 51 of the ODA 47 along the scanning surface 52, accurate to the longitudinal distance from the antenna phase center to this plane coinciding with the surface of the sharp image PRIZ focal element 10.
  • Def. 47 receives radiation focused into a receiving antenna 48 (or, which in this case is equivalent, into a receiving element 48) 47 located at a given point 63 of the scanning surface 52 (or the scanning path 51), while the received radiation is scattered by that portion of the surface 64 of the observed object 8 in the observation zone 6, which is optically coupled to the given position of the receiving antenna 48 OPR 47 by means of the focusing element 10.
  • the processor unit 22 sends a new control signal to the scanning device 50 of the receiving device 25 to move the ODA 47 to the neighboring spatial point 65 of the scanning plane 52 along the scanning path 51 of the ODA 47 in order to determine the intensity of the received radiation at this 65 point and load the value of the new image element in the memory of the processor device 22.
  • the procedure for moving OPR 47 and loading into the memory of the processor unit 22 of the corresponding values of the values of the image elements continues to until ODA 47 reaches the final spatial points 66 on its scan path 51, which means that the full raster pixel values of the quantities and the object 8 7 6 surveillance zone belonging to a field of view of the image forming system (or rather a focusing lens 10) formed completely.
  • this image is formed by the radiation of the TS of the radiation source 28, located in one of the spatial points 32 of the scanning surface 31 of the PR of the radiation source 24.
  • the image will also be characterized by other physical parameters (except the angle of incidence of this radiation in the observation zone) of the radiation forming it in depending on the type of radiation source used 39 TP source 28.
  • it can be a narrow-band radiation source of linearly polarized radiation with vertical polarization her and with a central frequency of 95.6 GHz.
  • it can be a noise source of linearly polarized radiation and an emitted frequency band of 10 GHz, with a central frequency of 94 GHz and horizontal radiation polarization.
  • the processor unit 22 After the formation of the partial image corresponding to the position at point 32 for the TS of the source 28 in accordance with the procedure for synthesizing the aperture of the PR of the source 24 (more precisely, scanning of the TS of the source 28 along the scanning path 30) the processor unit 22 again sends control signals to the SPR source 24 through its control unit 26, along which the TS source 28 moves from the spatial point 32 along scanning paths 30 to the next neighboring point 33 of the scanning surface 31.
  • the processor unit 22 sends a control signal to the scanning device 50 of the receiving device 25 through its control unit 27 in order to position the Odr 47 at the starting point of the path 63 of the scanning path 51 Odr 47 along the scanning surface 52 and the procedure for generating a new partial image for the new position of the TS of the source 28 in the scanning surface 31 of the PR of the radiation source 24 is again completely repeated.
  • the specified procedure is repeated again and again for the following spatial positions TP radiation source 28, until the TP source 28 passes the entire path of its scanning 30 along the surface 31 of the PR of source 24, having completed the synthesis of the aperture of the PR of the radiation source 24.
  • the necessary range of variation in the angle of incidence of the corresponding radiation component for the indicated change in the speckle distribution depends on the surface properties.
  • a preliminary analysis of the various partial images obtained will make it possible to select partial images with substantially different spectral distributions and sum them up. Averaging the speckle of such distributions using the above procedure for summing partial images 67.68.69 will reduce the number of speckles and improve the quality of the synthesized image 70 of the object 8.
  • This analysis procedure together with the summation operation or any other operation may be included in the synthesis (combination) procedures described above ) partial images.
  • FIG. Figure 9 shows the curves of such partial images (identical image sections) 71 and 72, the physical parameters of the radiation of which are almost similar (for example, the frequencies are almost the same (in the case of changing the radiation frequency as a parameter), or the illumination angles are almost the same (in the case of changing the illumination angle).
  • the summarized image 73 practically repeats the original partial images and has the same poor quality and, accordingly, is dissimilar to the desired “ideal” image)) shown in FIG. 9- FIG. 10 by a dashed line.
  • Figure 10 shows partial images 74, 75 whose physical parameters (the specified angle of incidence of the components on the object 8) are different from each other by the amount at which these images for the observed object 8 become statistically distinguishable. If the average energies of such images (or their distorted fragments) are the same (that is, there is no mirror effect), then the summation of such images (or their distorted fragments) leads to the resulting images of improved quality 76.
  • the corresponding partial image 77 will predominantly be brighter m and, accordingly, with a higher average energy (or the energies of part of fragments containing specular reflections) compared to the partial image 78 of diffusely reflected radiation, while their total image 79 (or part of the fragment containing a specular fragment of one of the partial images) will repeat the mirror image 77 despite the presence in the total of other diffuse images.
  • the necessary range of variation of the angle of incidence of the corresponding radiation component necessary to achieve the indicated speckle distribution depends on the surface properties of the object 8.
  • a preliminary analysis of the various partial images obtained will make it possible to select only partial images with significantly different spectral distributions and ultimately sum them up. Summation of all partial images, among which there may be a larger number of partial images containing statistically identical speckle images that do not contribute to improving the quality of the synthesized (obtained as their sum) image, can lead to a situation where the relative contribution of partial images with significantly different speckle distributions to this the synthesized image turns out to be insignificant in comparison with the contributions “not improving the quality)) of partial images.
  • preliminary analysis and selection of partial images is essential and should be included in most image synthesis procedures (or, which is the same, combination or, what is the same, combination of partial images or their fragments).
  • the procedures for preliminary analysis of speckle distributions and their subsequent averaging by summation can be made separately for the same parts (fragments) of various partial images.
  • These parts of the images may include any number of elements of the corresponding image up to one element.
  • the computational capabilities of the processor unit 22 can also be effectively used in the case of glare reflections of the radiation components from a number of sections of the surface of the object 8. In this case, large values of the values of the elements of the “mirror” images can be reduced or even removed from the corresponding sums.
  • the number of procedures for improving synthesized images, including including the described summation procedures, is quite large due to the increased amount of information about the object, which can be obtained thanks to the proposed imaging system.
  • a backward wave lamp (BWT) or other frequency-sweeped radiation source is used as a radiation source 39 of the TS of source 47, then by means of a control signal from the processor unit 22, the frequency value of the BWW radiation can be changed.
  • the above procedure for obtaining numerous partial images for various positions of the TS source 28 in the scanning plane 31, PR of the radiation source 24, but already for a new value of the frequency of the components incident at different angles, is repeated again. Then, the radiation frequency of the BWT changes again and a new set of partial images is generated again and so is repeated until the entire range of changes in the frequency of the BWT is exhausted.
  • the sources of radiation included in the specified TS source 47 can have any origin from narrow-band (quasimonochromatic) generators on Gunn diodes or LPD generators to broadband noise generators, a harmonic generator can also be used (for example, a frequency multiplier implemented on a Schottky diode) the input of which through a flexible coaxial cable can be fed a signal from the microwave generator (which can be easily sweeped in the frequency range from 8 GHz to 16 GHz under external control x control signals), in this case, harmonics of radiation of various orders and, depending on the order of the harmonic of the radiation emitted in one way or another (equal to 4 or 5 or 6 order, etc.), for example, by means of a band-pass filter, will appear at the output of the harmonic generator connected to the output of the harmonic generator, the signal sweeped in frequency, for example, in the range from 48 GHz to 128 GHz, will be supplied from the output of such a generator device to the observation zone 8.
  • a harmonic generator can also be used (for
  • Fig-13 presents the results of numerical simulation of an object (in shape resembling a gun), having an external similarity of the shape and characteristic sizes of parts with typical shapes and details for such objects, for the observation of which, mainly, millimeter-wave imaging systems are developed .
  • all factors capable of causing a speckle structure in images were specially eliminated in order to demonstrate the destructive effect of only Gibbs oscillations (another type of noise caused by radiation coherence), as well as the ability to overcome their influence.
  • FIG. 12 shows the intensity distribution obtained in a single-frequency spatially coherent image for a frequency of 70 GHz. (It was assumed that the wavefront falls normally on the surface of the object, while the various sections of the object are quasi-flat). This image is distorted by irremovable intensity oscillations typical of the Gibbs effect, which significantly distort its quality, while the distribution of brightness spots in Fig. 12 corresponds to the structure of spots in experimentally obtained poor quality images of real pistols.
  • the synthesized image obtained by summing the partial images independently obtained for the five frequencies 68, 76, 84, 92 and 100 GHz makes such a five-frequency summary image possessing significantly improved quality, while increasing its information content sufficient for unambiguous recognition of an object.
  • FIG. 14 shows the scale gradations for the signal level in the corresponding image elements shown in Fig.12-13.
  • the processor unit can also control the intensity of the radiation components 2,3,4 sent to the observation zone 6 by the source 28 by programmatically sending the attenuation coefficient attenuator 42 control signal to its input 43, thereby weakening the level of the mirror components entering the receive antenna 48 OPR 47 for various provisions. This will prevent saturation of the amplification devices of the UCHPOS 49 unit and improve the conditions for the synthesis of improved quality images.
  • the SPR source 26 is configured to change the polarization state of the radiation of the TS of the source 28, then the above procedures for the formation of new partial images can be repeated for different values of the polarization states illuminating the object 8 of the radiation component, for different positions of the polarization array 17 by sending control signals to a two-axis rotary device 46 (which makes it possible to obtain co- and cross-polarization partial images, which is important for identifying masked explosives and plastic weapons).
  • a scanning PR source can contain two 28, 80, or several TS sources, each of which can emit simultaneously two or more independent radiation components.
  • the components can be distinctively modulated (for example, by amplitude modulation using modulators such as modulator 44).
  • the components emitted by one TP source can be grouped into doublet or multiplet radiation components that have the same (identical) coding feature.
  • different TP sources 28.80 can be scanned along their own non-intersecting paths of spatial scanning in their own spatial parts of the scanning surface 31.
  • TP sources must be implemented with the function of independent and distinctive coding of their radiation (or even the radiation component), for example by amplitude modulation with modeling frequencies different for different TPs of 28.80 sources (or even their components).
  • a single-element receiver must additionally contain decoding (demodulating) nodes, which make it possible to extract component secondary electrical signals corresponding to variously encoded radiation components received collectively by the OP receiving element and converted into a common primary electrical signal in the form of the sum of such component electrical signals.
  • Highlight secondary electrical signals from the specified primary in this case can be done by adding another synchronous detector 60 to the synchronous detector 60 in the UCHPOS circuit 47 in figure 4, by connecting its input to the output of the low-pass filter 59, while being used as synchronizing signals (reference signals) for each of the synchronous detectors, different signals must be supplied, and only those that are used to modulate the corresponding ⁇ -in modulators of the corresponding TP sources 28, 80.
  • ADC fast analysis log-to-digital converter
  • the latter method of spectral analysis is also applicable to the identification and measurement of practically any number of simultaneously emitted and different amplitude-modulated components of the PR source, which is performed, for example, in the case when modulators, such as modulator 44, associated with different TP sources of the PR source are supplied with frequency-different modulating signals . It is clear that the cutoff frequency of the filter 58 should be large enough to skip all modulation frequencies, and the ADC should be fast enough to provide the required digitization speed of the signals.
  • Scanning receiving device 25 may contain a line of receiving elements, the outputs of which are associated with multi-channel block UCHPOS, and with the output of each receiving element connected to the input of one electronic channel of a multi-channel block UCHPOS (this channel can fully correspond to the corresponding block UCHPOS single-element receiver 47).
  • Such a receiving element and the corresponding electronic channel of the UCHPOS multi-element block associated with it form an independent receiving channel, which can functionally and structurally fully correspond to the single-element OPR 47 receiver described in connection with FIG. 2.
  • the combination of such channels can form a receiving device of any type: single-element, with a scanning ruler or an unscanned receiving device with a two-dimensional receiving matrix of receiving elements.
  • the frequency principle of coding of radiation components can be implemented when each radiation component is characterized by a characteristic associated with its own frequency spectrum and / or the frequency spectrum of such a component that occurs after its modulation or other type of coding.
  • the most effective procedure for receiving, frequency converting, processing and measuring the intensity of each received radiation component can be based on the independent reception in each receiving channel (through its receiving element, for example, a receiving antenna) of the corresponding focused radiation, converting it into the corresponding primary electrical signal (which is spectrally equivalent to the received focused radiation received element) of the subsequent first frequency conversion the primary electric signal with a shift to the region of intermediate frequencies without violating the spectrum structure of this signal, amplification and band-pass filtering of the shifted signal by the first amplifier, second frequency frequency down-conversion of the signal without violating the structure of its spectrum, and its amplification and band-pass filtering in the corresponding second amplifier amp and output the second amplifier of the IF amplifier for inputting an analog-to-digital converter to digitize this signal with a frequency of
  • the measurement of the parameters of the spectral components corresponding to various partial differently coded radiation components (in case the coding is based on one or another of the above frequency separation of the various radiation components) that are part of the focused radiation received by the receiving element and determining the intensity of each of these radiation components by analyzing the parameters of the corresponding spectral components of the digitizer signal in particular (by measuring their amplitudes) to obtain the intensity of the corresponding radiation components received by the receiving channel of the receiving device at the corresponding spatial point of the sharp focus surface.
  • Fig shows a structural diagram of an imaging system using not scanned multi-element a spatially distributed (MPR) radiation source 81 and an unscannable multi-element receiving device 82.
  • MPR spatially distributed
  • the radiation from the spatially distributed (PR) source 81 consisting of a sufficiently numerous set (lattice) of stationary spatially distributed point-like (TP) radiation sources 28.83, the radiation of each of which is independently distinctively encoded (for example amplitude modulated), and all radiation components of the PR source radiation can be quickly and independently received by numerous receiving elements 48, 84, matrix of receiving elements 85 of the receiving device 82 and simultaneously processed by a multi-channel block 86 UCHPOS, each channel of which is associated with the corresponding receiving elements 48, 84, ...
  • PR spatially distributed
  • TP point-like
  • the (MPR) radiation source 81 in the general case, consists of independent TS 28.83 radiation sources, which emit independent partial radiation components of the MPR radiation source that are phase-independent from each other, while such components are encoded (for example, are distinctively amplitude modulated ) in a distinctive way and therefore can be received by each receiving element 48.84 of the receiving matrix 85 and independently decoded (demodulated) in each independent channel of the multi-channel block UCHPOS 86.
  • the radiation of the MPR of the source 81 is directed to the observation region 7 and after it is scattered by the object 8, as well as by the clothes and skin of a person 7, from the observation zone 6 partially falls into the entrance pupil of the focusing element 10 of the imaging system.
  • the size of the entrance pupil in most cases coincides with the diameter of the used focusing element (lens)).
  • a focusing element (PV) 10 (lens or mirror, for example) focuses the radiation scattered in the observation zone 6 on the surface of a sharp image (PRI), in which a multi-element receiving matrix (MPM) 85 is located, capable of receiving this radiation independently at different points of PRIZ , the size of the MPM 85 ultimately determines the field of view of a given imaging system.
  • PRI sharp image
  • MPM multi-element receiving matrix
  • a polarization grating 17 can be placed in front of the receiving matrix to isolate co- and cross-polarizing components in the radiation of the focused lens 10 on the receiving matrix MPM 85.
  • the focusing element 10 establishes a one-to-one correspondence between the receiving elements 48, 84 of the receiving matrix 85 and the corresponding portions field of view of the imaging system. Any radiation scattered by a certain point 87 of the object 8 is mainly focused at a specific receiving point and is received by the corresponding receiving element 48 of the matrix 85.
  • any partial radiation components of the TS sources 28, 83 reflected from the point 87 of the object 8 and entering the entrance pupil of the focusing element 10 can be received by said receiving element 48 of the receiving matrix 85 and independently decoded in the corresponding independent channel of the multi-channel UCHPOS unit of device 82 associated with this the reception element 48, and this is true for any receiving element MPM 85.
  • frequency conversion and signal processing can be any radio channel capable of performing the necessary operations above amplification, conversion and signal processing, including single-channel UCHPOS described above in the description in connection with FIG. . 2, FIG. 3 and FIG. four.
  • any radiation sources can be used, including the sources of radiation described in connection with FIG. 2 and FIG. 3.
  • the radiation sources that make up the indicated TS sources 28.83 can also be of any origin, from narrow-band (quasi-monochromatic) Gunn diodes or LPD generators to broadband noise generators.
  • harmonic generators for example, multipliers on Schottky diodes
  • the inputs of which through the flexible coaxial cables can be used to transmit microwave generators (which are easily sweeped in frequency in the range from 8 GHz to 16 GHz) at the same time at the output harmonics generators will appear harmonics of radiation of various orders and depending on the order of the harmonic radiation emitted in one way or another (equal to 4 or 5 or 6 order, etc.), for example, using the appropriate technique device 82, sweepable for example in the range from 48 GHz to 128 GHz.
  • LOB s
  • LOB can also be used as these generators, however, the matrix of such generators will be quite expensive.
  • MPR source in the form of a two-dimensional planar matrix of MM or CMM generators made by integrated technology, when both the radiating antenna (s) and, say, the associated Gunn diode of each of these TP sources are made in a single technological process or, more Moreover, the entire matrix is made in the indicated integral design.
  • Such generators can be either narrow-band or rather broad-band (up to 2-3 GHz emission bands).
  • the cost of the matrices will be slightly more than the cost of one generator.
  • Independent radiation modulation of individual generators can be accomplished by modulating the supply currents for each of the generators.
  • a more elegant coding scheme for the radiation of generators of such matrices is based on the combination of narrow-band monolithic generators MM or CMM radiation in groups of two generators located next to each other, one of which, at least, should be a VCO - generator, the frequency of which is controlled within certain limits by external voltage .
  • VCOs are created from conventional generators by adding a diode varicap to the generator circuit, the capacitance of which varies by the control voltage, which leads to a change in the generated radiation depending on the control voltage of the varicap.
  • the use of two monolithic generators, the resonator antennas of which lead to the generation of radiation components with approximately similar radiation frequencies, one of which is a VCO, allows by supplying part of their radiation, for example, via microstrip lines to a planar diode mixer, which can also be performed integrally on one with the generators to the substrate and isolate by means of this mixer and integrally connected with it a strip amplifier a difference signal whose frequency is equal to the difference pilots at the signal generators.
  • the indicated smaller part of one of the two generators should be an order of magnitude larger than the smaller part of the second generator in order to ensure the optimal operation of the mixer.
  • this difference signal must be phase-synchronized with a stable crystal oscillator signal (or its harmonic) through the corresponding PLL loop (the crystal oscillator and the PLL can be located outside the matrix of coupled generators, and the signal PLL loop mismatch (error signal of a discriminator, for example, a phase detector (or even a frequency detector, if it is necessary to stabilize only the difference frequency and not the phase) of the PLL loop), which is proportional to the phase difference (difference) of the difference signal from the phase of the crystal oscillator signal (or its harmonic ) apply to the control electrode of the VCO, to reduce the value of the mismatch signal, providing phase synchronization of the specified difference signal and the signal of the crystal oscillator (or its harmonic), (or the corresponding frequencies if a frequency detector is used as a discriminator) Due to this scheme, the frequency-phase changes of the VCO signal will repeat the frequency-phase changes of the second generator from the indicated pair of generators, while their difference signal in its spectral purity will be equivalent to the signal
  • a multi-channel receiving device 82 having accepted spatially equivalent samples of these images by each of the receiving elements, 48.84 can form in the corresponding channels of the UCHPOS block, difference signals (for example, by supplying electrical signals corresponding to the radiation of the indicated generators to a nonlinear diode and a filtering circuit following the diode), which will be spectrally equivalent to the difference signal in the above-described generation scheme of the doublet TP of the source MM or even CMM radiation ( depending on the resonant frequency of the corresponding transmitting antennas used) .. Since each such pair 5 000496
  • MlIF generators of source 81 can have its own crystal oscillator with its own frequency value or can use its various harmonics, then difference frequency signals that differ from each other in difference frequency and which are formed from pairs of frequency shifted pairs can be generated in the corresponding receiving channels of receiver 82 relative to each other to the frequency of the crystal oscillator (or its harmonic frequency) of electrical signals corresponding to the doublet components of the radiation, taken in turn respectively Leica Geosystems receiver elements 48.82.
  • the formation of their difference signal can be performed by applying them to a nonlinear element (for example, a diode). This leads to the distinctive decoding of various doublet signals by the receiving device 82.
  • the intensity of the corresponding doublet component (or one of the lines included in the doublet) can be measured by measuring the average power of the corresponding difference signal, or its individual components. It is assumed that the multi-element receiving device 82 of the formation system images can be pre-calibrated by applying to the inputs of the receiving elements 48.84, radiation with a known radiation intensity). In some cases, such a calibration is not necessary, since relative changes in intensity in each of the partial images are important for identifying objects. On the other hand, if the sensitivity of the receiving system is dependent on the physical parameters of the received radiation components, and this is essential for a particular image synthesis algorithm, such a calibration can be performed for each or part of the variable parameters, and such calibration can be performed periodically during the operation of the system .
  • Each such pair of monolithic radiation generators will form a corresponding TS source 28, 83, MPR of the radiation source 81.
  • a source of doublet lines is preferable, since it can be inexpensive and provide a very high density of information channels in the corresponding MM bands and / or CMM radiation arriving at the inputs of the receiving device 82, significantly reducing the level of radiation of illumination in the observation zone 6, increasing the number of possible artsialnyh images that can be obtained by the receiver 82 and processed by the processing unit for synthesizing high-quality images in near real time.
  • each point 48 on the surface of the sharp image (in the plane of the sharp image) 48 should correspond to a certain point 87 in the observation zone 6 (plane of the object).
  • each point 48 (or a limited area) in the PV receiving zone uniquely corresponds to a limited observation region 6, or, accordingly, a limited, but quite spatially defined, part of the field of view of the formation system images, scattered (or radiated) radiation from which it is mainly focused at this point by a focusing element (lens) 10.
  • FIG. 16 A more detailed diagram of an adaptive MM / SMM imaging system (SFI) based on the use of a multi-element spatially distributed (MPR) radiation source and a multi-element receiving (MP) device is shown in FIG. 16.
  • SFI adaptive MM / SMM imaging system
  • Such an adaptive SFI consists of the following subsystems and nodes:
  • a receiving device 82 including: a) a multi-element receiving matrix (MPM) of the receiving elements
  • MPM multi-element receiving matrix
  • UCHPOS 87 multi-channel unit for amplification, frequency conversion and processing, including, as before, decoding (for example, demodulation) of partial or full specified signals received by the specified receiving matrix (each matrix element 48, 84 has its own specified channel 49.88 of the UCHPOS block 87, forming, together with the corresponding receiving element, the corresponding receiving channel of the receiving device 82.
  • the outputs are indicated
  • the channels of the UCHPOS 87 block are connected with the multiplexer 89.
  • the UCHPOS 87 block includes a block of heterodyne generators 90 generating heterodyne signals for the reference signals of the mixers of the corresponding channels of UCHPOS 87, for the frequency downward frequency shift of the signals received by the receiving elements of the MPM 85 (for example, MPM antenna receivers) in gain bands of the corresponding IFA, each of which is associated with the corresponding specified mixer in the specified channel of the multi-channel unit 87 UCHPOS (if necessary, such a heterodyne frequency converter Azovans)
  • a processor unit 22 configured to control the various nodes included in the various units of this imaging system, with the function of digitally receiving signals from the output channels of the UCHPOS 87 unit (connected to the inputs of the multiplexer 89) from the output of the multiplexer 89 by connecting the output of the multiplexer unit to ADC input 91 as well as digital processing and visualization of matrix partial images generated by block 22, performing the function of preliminary numerical processing of the corresponding partial images signal imaging using an image preprocessor 92.
  • the processor unit 22 also includes an interface unit 93 (providing signal transmission between the various nodes of the system), the main processor unit 94, which controls the operation of the entire system in general, and synthesizing high-quality result images), a visual display unit of the result images 95, having a display 96.
  • an interface unit 93 providing signal transmission between the various nodes of the system
  • the main processor unit 94 which controls the operation of the entire system in general, and synthesizing high-quality result images
  • a visual display unit of the result images 95 having a display 96.
  • a multi-element spatially distributed radiation source 81 consisting of a two-dimensional matrix of point-like radiation sources, each of which consists of separate radiation generators 39, 97, 98, connected to its own valves, each of which is connected to its own electrically controlled attenuator 42, 99,100, the output of each of which is connected to the input of the corresponding radiation modulator 44,101, 102 whose outputs are connected to the inputs of the respective transmitting antennas 35, 103,104.
  • Each generator, attenuator and modulator is electrically connected to its own control and modulation unit 105,106,107, and is controlled or modulated by its signals. Phase stabilization of the difference frequency of the spectrally shifted carriers of two or more of these signals allows us to solve the problem of high sensitivity of the receiving equipment, as well as to perform efficient coding of partial emissions.
  • the first is achieved at the maximum possible concentration of energy of the signal, which carries information about the properties of the reflecting surface of the object, in an extremely narrow frequency band of the difference signal allocated in the receiving part of the system for each element individually. This takes place despite the fact that the intrinsic stability of the generators of the singlet (from one spectral line) radiation of the MM / SMM bands does not allow, in principle, to achieve the required frequency stabilization and, accordingly, such spectral concentration.
  • an ultrahigh concentration of the energy of the difference signal is achieved for frequencies in the region of which the spectral power of the excess noise of the electronic components (and this frequency is at least not less than 10-50 MHz, but it can be achievable above 1-3 GHz, etc.
  • the doublet line generator becomes minimal and is characterized only by the spectral power of thermal noise, which, although it cannot be eliminated for almost any spectral range, is characterized by a negligible value in the indicated range of difference frequencies (for a frequency band of 1 Hz it is characterized by a value of 10 "20 W).
  • the latter is important in connection with the mirror nature of the reflection of radiation of this range from the objects of observation, which determines the large dynamic range of signals reflected at arbitrary angles from the surface of the object of observation and the angles of mirror reflection. It is obvious that if the dynamic range of the receiving equipment is not sufficient, only radiation components that are specularly reflected from the object will be visually selected, which obviously determines the extremely low quality of the generated images.
  • the transceiver of the image forming system for obtaining complete information about the radiation scattered by the object under conditions of a low level of illumination power of the object includes a heterodyne receiver of millimeter and submillimeter radiation intended for receiving millimeter and submillimeter radiation of images of the indicated image forming system, a millimeter and submillimeter radiation source for illuminating an object, the heterodyne receiver including a receiving antenna connected to a subharmonic first mixer for receiving the first signal at the reference input thereof a radiation generator that performs the function of a local oscillator for the specified mixer, the first bandpass filter connected to the first mixer To isolate the intermediate frequency signal, a subharmonic second mixer, the signal input of which is electrically connected to the output of the first bandpass filter and, and the reference input is designed to receive the frequency signal multiplied by the first frequency multiplier of the reference signal generator, the second bandpass filter, the input of which is connected to the output of the second mixer , a high
  • the signal analyzer is two analog-to-digital converters that synchronously digitize the signal from the output of the second band-pass filter and the multiplied signal of the reference signal generator from the output of the first frequency multiplier; and a processor having a memory for loading digital arrays of digitized said signals, and configured to calculate amplitude and phase information of the received signal receivers.
  • the control unit is a first directional coupler connected to the output of the first generator and dividing the signal of the first generator by power into smaller and larger parts, a second directional coupler connected to the output of the second generator and dividing the signal of the first generator by power by smaller and larger parts, a mixer, the inputs of which are designed to receive smaller parts of the signals of the first and second generators, and which implements extracting the difference frequency signal from these signals to supply this difference signal through a bandpass filter to one input of the phase detector, the other input of which is designed to receive the signal of the specified reference signal generator, and the error signal of the phase detector, which is the phase mismatch signal between the difference frequency signal of the signals of the first and the second generators and the signal of the reference frequency generator, is supplied to the control electrode of the second generator to change the frequency of the second signal th generator and reducing the indicated phase mismatch.
  • the heterodyne receiver of the transceiver can be mounted on a scanning device with the ability to receive radiation of the full image formed by the imaging system by scanning the heterodyne receiver in the sharp plane of this system.
  • the heterodyne receiver of the transceiver can be made in the form of a matrix of heterodyne receivers arranged so that the phase centers of these antenna receivers of each heterodyne receiver coincide with the sharp image plane of the imaging system, and each heterodyne receiver is equipped with a directional coupler to transmit part of the power of the second generator to the heterodyne input of the corresponding first mixer, and the specified second generator is common to all heterodyne receivers , each of which is configured to receive part of its power through a corresponding directional coupler.
  • the transceiver of the system for generating millimeter and submillimeter images for obtaining detailed information about the radiation scattered by the object under conditions of a low level of illumination power of the object contains a receiver for direct amplification and detection of millimeter and submillimeter radiation, designed to receive millimeter and submillimeter radiation images of the specified formation system images, the source of the compound millimeter and submillimeter is emitted
  • An instrument intended for illuminating an object or, in this case, a direct amplification and detection receiver includes a receiving antenna connected to a high-frequency amplifier, the signal of which is supplied to a quadratic detector, a signal analyzer, the input of which is connected through a filter to the output of the specified quadratic detector, and display means and signal processing associated with the output of the signal analyzer, a composite radiation source consisting of a first radiation generator connected to the first directional coupler, dividing signal of the first generator in power to a larger and smaller part and a second radiation generator connected to the second
  • the signal analyzer for this example can be a band-pass filter with a central transmission frequency corresponding to the frequency of the specified reference signal generator, coupled to an analog-to-digital converter that digitally samples the signal and fills these samples with the processor’s memory, which processes these samples to obtain the spectral composition this signal.
  • the analyzer may additionally consist of a mixer, the signal input of which is connected to the output of the specified band-pass filter, and the signal of the reference signal generator is supplied to the reference input of the specified mixer, and the output signal of the specified mixer is fed through the filter to the input of an analog-to-digital converter performing digital sampling signal and filling these samples with processor memory, while the processor digitally processes these samples in order to obtain the spectral composition of this signal ala.
  • the control unit for the transceiver is a mixer, the inputs of which are designed to receive smaller parts of the signals of the first and second generators, and are connected to the corresponding outputs of the first and second directional couplers, and which implements extracting the difference frequency signal from these signals to supply this difference signal through a bandpass filter to one input of the phase detector, the other input of which is designed to receive the signal of the specified reference signal generator, and the error signal of the phase detector, which is the phase mismatch signal between the difference frequency signal of the signals of the first and the second generators and the signal of the reference frequency generator, is fed to the control electrode of the second generator to change the frequency of the second signal th oscillator and reduce the phase error.
  • the direct amplification and detection receiver can be installed on a scanning device with the possibility of receiving the radiation of the full image generated by the imaging system by scanning the heterodyne receiver in the sharp image plane of this system.
  • a matrix of these direct amplification and detection receivers can be located so that the antennas of these receivers are located near the plane of the sharp image of the focusing element.
  • different sources of composite radiation from a set are intended for lighting or an object.
  • Different sources of composite radiation from a set of sources have substantially different average frequencies, calculated as the arithmetic mean of the frequencies of the corresponding paired generators.
  • the radiation propagating in free space of the indicated most of the signal of the first generator is mainly linearly polarized in the first spatial direction
  • the radiation propagating in free space of the indicated most of the signal of the second generator is mainly linearly polarized in the second spatial direction.
  • the first spatial direction coincides with the second spatial direction or the first spatial direction orthogonal to the second spatial direction.
  • the receiver may be equipped with polarizing means emitting radiation linearly polarized in the first spatial direction from the incident radiation, or the receiver may be equipped with polarizing means emitting linearly polarized radiation in the second spatial direction from the incident radiation.
  • the frequencies of the first and second generators of the composite radiation source simultaneously increase or decrease in frequency in a fairly wide frequency range, and the specified control the unit stores the specified control of the frequency and phase of the second generator by the frequency and phase of the first generator in the entire specified frequency range.
  • the transceiver of the imaging system in the millimeter and submillimeter wavelength ranges for obtaining detailed information about the radiation scattered by the object under conditions of low illumination power of the object comprising a receiver for direct amplification and detection of millimeter and submillimeter radiation, designed to receive millimeter and submillimeter radiation images of the specified image forming system in the sharp image plane, its focus element, a source of millimeter and submillimeter radiation intended for illumination of the object
  • the direct amplification and detection receiver includes a receiving antenna connected to a high-frequency amplifier, the signal of which is fed to a quadratic detector, a high-frequency or low-frequency signal analyzer, the input of which is connected through a filter with the output of the specified quadratic detector, the means of display and signal processing associated with the output of the signal analyzer
  • the radiation source consists of composite radiation source
  • the composite radiation source consists of a first radiation generator connected to the first directional coupler, dividing the signal of the first generator by power into larger
  • the specified signal analyzer is a band-pass filter with a central transmission frequency corresponding to the frequency of the specified reference signal generator, coupled to an analog-to-digital converter, which digitally samples the signal and fills these processor samples with memory, which processes these samples to obtain a spectral composition of this signal.
  • the specified analyzer may additionally consist of a mixer, the signal input of which is connected to the output of the specified band-pass filter, and the signal of the reference signal generator is supplied to the reference input of the specified mixer, and the output signal of the specified mixer is fed through the filter to the input of an analog-to-digital converter performing digital signal sampling and filling these samples with processor memory, while the processor digitally processes these samples in order to obtain the spectral composition of this signal and,
  • the control unit is a mixer, the inputs of which are designed to receive smaller parts of the signals of the specified first and second generators, and are connected to the corresponding outputs of the first and second directional couplers, and which extracts the difference frequency signal from these signals to supply this a difference signal through a bandpass filter to one input of the phase detector, the other input of which is designed to receive the signal of the specified reference generator th signal and the error signal of the phase detector, which signal phase mismatch between the signal of the difference frequency signals of said first and second generators and signal generator reference frequency is supplied to the control electrode of the second generator to change the frequency of the signal of the second generator and reduce the specified phase mismatch.
  • a set of these sources of composite radiation can be used, while the frequencies of the signal generators of the reference signals of the corresponding sources must be different from each other, and several indicated signal analyzers are connected in parallel to the output of the quadratic detector of the direct amplification and detection receiver, the number of which is equal to the number of these sources of composite radiation in the specified set, and the center frequency of the band-pass filter of the corresponding analyzer is equal to the frequency of the signal of the reference oscillator and the corresponding composite radiation source.
  • a set of these sources of composite radiation can also be used, while the frequencies of the signal generators of the reference signals of the corresponding sources are different from each other, and several of the indicated signal analyzers are connected in parallel to the output of the quadratic detector of the direct amplification and detection receiver, the number of which is equal to the number of these sources composite radiation in the specified set, and the center frequency of the band-pass filter of the corresponding analyzer is equal to the frequencies e of the signal of the reference generator of the corresponding source of composite radiation, while the reference signal of the mixer of the specified signal analyzer receives the signal of the reference generator of the specified source of composite radiation.
  • FIG. 17 is a structural diagram of paired generators connected by a PLL loop, which allows generating two signals of the MM or CMM bands, the difference signal of which is phase-locked by the signal of a highly stable crystal oscillator or its harmonic.
  • a generator circuit can be used both for generating the above-described doublet components for illuminating the observation zone 6 by them, and for implementing transceiver equipment
  • An SFI with heterodyne bias in the control room 16 of the received signals that are generated by one of the paired generators and used to illuminate the observation zone 6, and the other is transmitted to the control room 16 via a flexible coaxial cable for use as a pump signal in a subharmonic mixer (s) and provides the formation of intermediate signals frequencies whose frequency is equal to the frequency of the indicated difference signals and is highly stable even if the frequencies of the signal of the generators themselves change randomly over time (due to phase noise or as a result of ate drift) or regular (due to a controlled sweep of frequencies in any technically achievable limit) images
  • the device (Fig. 17) consists of two MM / SMM generators of ranges 108 and 109, operating at almost the same frequency, at least one of which 109 is a VCO (a generator whose frequency is controlled by external voltage).
  • both generators are GUNs (s), since this makes it possible to change their frequencies through electronic sweeping.
  • gates 110,111 are included at their outputs for decoupling the generators from the remaining parts of the circuit.
  • the mixer (quadratic converter) 114 By way of directional couplers 112 and 113, smaller parts of the power of the signals of the generators 108 and 109 are fed through their respective outputs to the inputs of the mixer (quadratic converter) 114, to form a difference frequency signal equal to the frequency difference of the signals of these generators, the specified difference signal from the output of the mixer 114 is fed to the input of the frequency selective circuit 115, consisting of a band-pass filter 116, (tuned to the center frequency of the difference signal), connected in series with the amplifier 117 and the output of the force
  • the device 117 is fed to one of the inputs 118 of the phase detector 119 having an output 120, the signal of the generator of the difference signal 122, which is either a signal of the reference quartz oscillator included in the generator 122, or one of its harmonics formed in the frequency multiplier 123 connected in series with the indicated exemplary reference quartz oscillator (this oscillator can be quartz and thermally stabilized, therefore the phase noise of such
  • the error signal adjusts the frequency of the VCO 109 to reduce (eliminate) the phase differences between the specified difference signal, the frequency of which is equal to the difference of the signals of the two generators 108 and 109 and phase-synchronized by the stabilized signal of the generator 122. .
  • generator 108 should be an order of magnitude larger than the indicated smaller portion of another generator (e.g., 109) for optimal operation of mixer 114.
  • the frequencies of such signals are shifted relative to each other by the frequency of the spectrally pure difference signal of the generator 122 (122,123) and their difference signal is phase-locked to the signal of the specified reference generator 122, however, the specified differential signal after the propagation of the signals of the generators 108, 109 to the receiving device SFI and subsequent reception by this device can be formed in the corresponding amplifier th channel of the receiving device and the newly allocated difference signal will have the spectral characteristics of the signal of the reference oscillator 122 stabilized.
  • the diagram above shows the functional relationships of a generator device implemented in a waveguide design.
  • the same device can be integrated in the form of a monolithic semiconductor device, in this case, in accordance with the monolithic design of the generator devices, the antennas 132 and 133 are combined with the corresponding generators 108, 109 and serve as actual planar antennas to emit the generated signals into open space, and of the corresponding resonator systems in the composition of the corresponding generators (properly connected to the corresponding nonlinear element with a negative impedance to generate a signal - for example, to the Gunn diode).
  • modulators 130, 131 are excluded from the composition of the composite generator (the difference frequency of such a generator can be modulated here).
  • Directional software valves can also be excluded,
  • planar mixer 112, 113 perform the same function of selecting smaller parts of the energies of the generated signals of planar generators l ⁇ , 109 and feeding them into a planar mixer 114. (which can be performed in a single manufacturing process together with generators). All other elements, including phase detector 119 and frequency amplifier blocks 115, 126 can be performed by integrated technology as well.
  • the stabilized type reference signal generator 122 should preferably be external.
  • Such a paired generator can be extremely cheap (for mass production) and can be widely used in transceiver telecommunication MM / SMM systems (including for intercomputer communication).
  • several paired generators with different difference frequencies and even different natural frequencies of the generators can be located on the same substrate.
  • Antennas can be different for different pairs and paired antennas can be differently oriented on the substrate (the same for antennas in a pair, but different for different pairs).
  • phase detector 119 and selective block 115 (the amplifier 125 filter 124 is combined into a block 138 having one output 139 matching the output of the amplifier 125 and two inputs, input 140 matching the signal input 118 of the phase detector 119 and input 141 matching with another (reference) input 121 of the phase detector 119; while the additionally specified first combined block 138 is combined with a mixer 114 and a frequency selective block 115 (amplifier 117 - filter 116) into a second combined block 142 (PLL1) having an output 143 matching (electrically connected) with output 139 of the block 138 and three inputs, the input 144 is simultaneously the first input of the mixer 114, and the second input 145 of the block 142 is the second input of the mixing element 114, and the third input 146 matching the reference input 121 of the phase detector 119
  • the PLL block 142 combined with the generators 108, 109, valves (non-reciprocal devices) 110, 111 and the corresponding directional couplers 112, 113 form a pair of mutually coherent signals generator (BKC generator) 147 or, in other terminology, a doublet (multiplet) line generator 147 (DL generator), the last term will be used if indicated the BKC generator is used specifically for emission into free space, the emission of both spectral components in the form of a doublet component through the combined output antenna 137 of FIG. 17, or two predominantly identically oriented antennas 132, 133 having predominantly the same radiation patterns. It is preferred that the amplitudes of the spectral components of the doublet component are substantially the same.
  • Block 147 has two outputs 128 and 129, which coincide with the outputs of the corresponding directional couplers 112, 113, which receive large parts of the signal energies of the generators 108, 109, respectively, one input 148, which coincides with the input of the phase detector 119, designed to supply the signal of the reference generator 122, two contact groups 149, 150, usually connected by a jumper 151, (the presence of a connection of a contact group 149, 150 by a jumper 151 provides an electrical connection to the output of the amplifier 125 and the control electrode of the VCO 109 with the corresponding by applying an error signal generated by the phase detector 119 directly to the control electrode 127 of the VCO 109).
  • the indicated error signal of the phase detector 119 can be applied to one of the inputs of the signal voltage adder 152 , a modulating signal (in the form of a change in the signal voltage over time, for example) for FM / FM coding (modulation ) of the differential signal of the generators 108, 109.
  • the output of the modulating signal generator 153 in this case is electrically connected to one of the inputs of the adder 152 in the case ..
  • the pass bands of blocks 115, 126 must be selected so that the modulating appearing on the output of the mixer 114 as part of the total difference signal was suppressed to the maximum and did not pass to the output 143 of block 142. This ensures high stability of the frequency of the difference signal in the intervals between the absence of the modulating signal of the generator 151 and guarantees the stability of the corresponding FM / FM modulation of the difference signal, if FM / FM modulation performed.
  • Such systems can be widely used in wireless high-speed (broadband) intercomputer communication, relay broadband, for wireless communication of various life support systems inside buildings, for covert communication if the carrier frequencies of the generators are located in the absorption bands of the MM / SMM radiation by the atmosphere (secrecy is also ensured by forced deviation (maybe according to a random law) of the actual carrier frequencies while maintaining the indicated phasing of their difference frequencies), etc.
  • the corresponding transceiver systems can significantly compress the information communication channels (due to the temporal stability of the spectral localization of the corresponding difference frequencies), while expanding as the band of one such channel (the phase or frequency deviation or the frequency shift of the difference signal can be arbitrarily large), and the frequency range occupied by such channels (the absolute value of the difference signal can be arbitrarily large, while the carrier range MM (/ CMM) of the range is many times exceeds the ranges of radio frequencies and microwave frequencies.
  • this device is a transmitting path of a transceiver with a double (or many) carrier, which can be used for telecommunication purposes with increased noise immunity and without additional restrictions on the band of the information signal.
  • any modulation / demodulation methods based on the principle of coherent (increased noise immunity and selectivity) demodulation of the received signals can be used, since the difference frequency present in the signal spectrum has increased phase coherence (there are a huge number of approaches to make it discrete).
  • Phase modulators can be used in antiphase to increase the depth or efficiency of phase modulation.
  • the difference signal is modulated by the signal of the communication message (or the signals in the case of the number of mutually coherent signals in the composition of the common signal are more than two).
  • a frequency diplexer can be installed at the output of such a transceiver, and the difference in transmission and reception frequencies can be quite large due to the implementation principle of the device, which provides increased isolation of the transceiver channels.
  • the isolation of the transceiver channels can be provided by the frequency difference of the corresponding difference signals (transmission and reception, respectively)
  • the difference signal itself can be modulated in various ways. Some are described above in connection with the discussion of the BKC generator of the implementation of FIG. 1, Modulators 130 and 131, which are part of the corresponding independent signal channels, can carry out both amplitude and phase modulation of carrier frequencies (in this case, both modulators 130, 131, or only one 131 can be used at the same time, the second carrier plays the role of a reference for creating a difference signal in the mixing diode of the receiving device by heterodyning).
  • Another approach to the implementation of the frequency (or phase) modulation of the difference signal is to add additional the amplitude-modulated signal of the message source 152 to the indicated error signal of the phase detector 119, at least by adding the two signals of the block 151 (for example, a summing operational amplifier or other faster device).
  • the advantage of the last two approaches is the simplicity of the integrated-planar design of such a transmitter, when the cost of the generators (say on the Gunn diode) is low due to the low requirements for stabilization of their absolute frequencies, while the MM mixer 114, as well as all the elements of the BKC generator can be located on the same substrate (and made by a single integrated technology as MM generators)
  • generators 108, 109 of the BKC generator can be generators of any range, starting from the YIG generator of the microwave range torches, easily tunable in the range of 8-18 GHz, (generation of millimeter-wave radiation using the YIG generator of the microwave range can be carried out by supplying a signal of such a generator to the input of the frequency multiplier, in particular, implemented on a Schottky diode by generating its harmonics of various orders) , Gunn diodes MM / SMM ranges, backward wave tubes tunable in the tens of GHz bands and produced for spectral ranges up
  • Frequency multipliers can be implemented on Schottky diodes, allowing to obtain harmonics of the pump signal with a low level of conversion loss up to (depending on the frequency of the pump signal) THz range.
  • Each such multiplier can be equipped with a frequency-selective band-pass filter that selects harmonics of the desired frequency (in the future, the possibility of switching on the harmonics of the multiplier of the specified band-pass filter is assumed, but the filter may not be shown in further figures, as it may in some cases not be used).
  • the use of multipliers makes it possible to use any part of the MM / SMM spectrum for carriers radiated into free space by antennas 132, 133 (137) (Fig. 17), using much lower frequency sources as the driving generators 108, 109 (for example, microwave radiation YIG generators can be transferred to the millimeter range by multiplying frequencies with a factor of 3-5).
  • the real factor of multiplication should not exceed the value of 8-10 (otherwise the level of phase noise starts to increase rapidly and conversion losses increase).
  • the frequencies of the paired generators 108 and 109 can synchronously vary in magnitude, in principle, in any range, towards a simultaneous increase (or simultaneous decrease), for example, under the control of the corresponding control unit 106 of FIG. 16 in this case, due to the described PLL, the difference signal of these generators will still be phase-synchronized in the manner described above (with proper selection of the PLL loop element parameters) and will have the spectral purity indicated above (and the signals of the individual oscillators sweep in frequency in this pair will repeat the frequency phase changes of each other (the signal of one generator will control signal of another.
  • variable frequencies of the sweep paired generators can be quite large (in the case of BWT or YIG generators, it can cover up to several tens of GHz), which allows one to obtain partial images at an ultralow level of illumination of observation zone 6 in a wide frequency range, receiving fundamentally new information in the form of new partial spectrally excellent images.
  • the generator 108 is a generator whose frequency is controlled by an external voltage supplied to the control input 154 of the master VCO 108, which controls the slave Hun 109 through the PLL block described above, which controls the voltage, and the corresponding BKC generator is characterized by an additional input 155, which coincides with the control input 154 of the generator 108.
  • the BKC 147 generator can be effectively used to significantly increase the sensitivity of the receiving channels of a single-element 49 Whether multielement 82 UCHPOS blocks corresponding SFI receiving device substantially reducing the level of radiation, the illumination zone of observation.
  • microwave generators are preferably used, for example, the YIG generators described above (in particular, transistor ones) with a frequency of the generation signal that allows using a flexible coaxial cable as a transmission line for the generation signals (usually the signal frequency should not exceed 36 GHz).
  • the signal of one of the paired generators 108 is supplied via a flexible coaxial cable 156 to the input of the harmonic multiplier 157 described above (or, in other words, the harmonic generator), the output of which is connected to the transmitting antenna 35, through which the harmonics of the signal of the generator 108 are emitted in the direction of the zone observations 8.
  • the TS source 28 consists of a harmonic generator 157 and a transmitting antenna 35.
  • an SFI receiving circuit based on the principle of subharmonic heterodyning will be characterized by high sensitivity.
  • the signal of the second generator 109 from the output 129 of the BKC 147 generator is supplied (Fig. 18) through the flexible coaxial cable 158 to the heterodyne input 159 of the subharmonic diode mixer 160 in the corresponding channel of the UCHPOS single-element 47 or 82 multi-element receiver at the output of the subharmonic mixer of the mixer 160, harmonics of the difference signal of the corresponding signals of the generators 108, 109 appear.
  • Harmonics of the difference signal of the required order (for example, the harmonic of the difference on the signal of the signals of the generators 108.109 of the fifth order) obtained at the output of the subharmonic mixer 160, is allocated by the frequency-selective amplifying unit 161 of the amplifier, which is connected to the output of the mixer 160, at the output 162 of the amplifier 161, the amplified difference signal of harmonics 162 will be frequency stable and phase-coherent with respect to to the corresponding harmonic (the order which is equal to the harmonic order of the signals of the generators 108, 109) of the signal of the differential frequency generator 122 of the BKC 147 generator and will contain information about the reflection coefficient Ia portion of the object surface from which the reflected signal generator 108 and which has been focused by the focusing element 10 on the receiving member corresponding to the reception channel used by the receiving device.
  • the difference signal of harmonics (harmonics of the signals of the generators 108,109.
  • the signal of the generator 108 is received by the receiving elements, and the signal of the generator 109 is supplied to the heterodyne input of the mixer 160 through a flexible coaxial input), which appears at the output 162 of the amplifier 161 is equal to the frequency of the generator signal differential signals 122 in the generator BKC 147 (Fig. 17) multiplied by the order of the selected harmonic (for example, an order of 5).
  • the difference signal is supplied to the signal input of the subsequent synchronous detector 163, and the corresponding (for example, harmonic 5) harmonic of the signal of the generator of the differential signal 122 of the BKC generator, which is formed in series by a frequency multiplier 165 and a strip, is applied to the reference input 164 of the synchronous detector 163 a filter 166, the output of which is connected to the reference input 164 of the synchronous detector, while the input of the multiplier 165 receives the signal of the differential frequency generator 122 of the BKC 147 generator by means of flexible coaxial cable.
  • the quadrature components of the corresponding differential harmonic signal appear at the quadrature outputs 167,168 of the synchronous detector 163, the quadrature components of the corresponding differential harmonic signal appear.
  • the intensity of the received generator signal 108 can be calculated in the corresponding processor unit 22. Not only can the components of the radiation of the generator 108, but also its amplitude and the change in its phase relative to the signal of the generator 109, which it acquired, propagating from the radiating antenna 35 to the scattering point in the observation zone and then to the corresponding receiving element of the receiving device (phase incursion of the signal of the generator 109 in the coaxial cable is deterministic and easily accounted for by appropriate calibration).
  • the simplest solution is to determine the parameters of the received (information) signal of the generator 108 associated with digital methods for spectral analysis of signals described in detail above.
  • the differential signal from the output 162 of the amplifier 161 through the multiplexer 89 is fed directly to the input of the ADC 91 and the time samples of the difference signal are performed at a sufficient rate and with a duration of a series of samples inversely proportional to the required spectral resolution of the difference signal.
  • the array is loaded into the memory of the processor device and digital Fourier transform is performed on this array in order to identify the spectral composition of the difference signal and the intensity of the signal of the generator 108 received by the corresponding receiving element of the corresponding receiving device is determined by the parameters of the spectral component of the corresponding frequency of the difference signal (e.g., its amplitude).
  • a receiving channel based on digital spectral analysis of difference signals can identify (decode) and determine the intensity of a large number of difference signals and, accordingly, distinctively encoded radiation components simultaneously received by the receiving element.
  • any number of TP sources can be used, the generators of which are used the above-described scheme for generating harmonics of the pair signals of the BKC generator.
  • the advantage of the above transceiver circuitry for the imaging system also lies in the fact that the microwave signals of paired generators can be transmitted to the PR radiation source and the receiver device by means of flexible coaxial cables of sufficient length, rather than by hard and long sections of waveguides (the latter is not practical from a practical point of view) .
  • the amplifier 161 digitizes from the output 164 of the frequency multiplier 166 the signal of the corresponding (in our example 5th) harmonic of the signal of the differential signal generator 122 (it is assumed in this case that the blocks 165 and 166 in the digital circuit spectral analysis of signals saved) and as an array of information (difference) signal and reference (signal of the signal generator 122) (more precisely, their harmonics of the same order) are loaded into the memory of the processor unit 22, then both the amplitude and the relative phase of the difference signal can be determined by computation, and hence the radiation component of the generator 108 adopted by the corresponding receiving element PU.
  • the phase characteristics of the radiation component transmitted through the observation zone can be used in a number of different applications.
  • the receiving channels of the corresponding UCHPOS units should be adapted accordingly for receiving, decoding, and subsequent processing of the corresponding difference signals of such doublet radiation components, for example, by using the circuit shown in FIG. 19.
  • Fig. 1 a scheme for determining whether the corresponding difference signals of such doublet radiation components.
  • both radiation components (different in carrier frequency) doublet components are received by the receiving antenna 48 at the same time at the corresponding point of the sharp focusing surface of the focusing element 15 and their electrical signals are fed to the input of the mixer (mixing diode) 169 and independently from each other are converted downward in frequency, while the local oscillator 171 is fed to the heterodyne input 170 of the mixer 169.
  • the frequency-shifted doublet signals After amplification in the amplifier amplifier 161, the frequency-shifted doublet signals the remaining ones are fed to the input of a nonlinear element 172 (a quadratic detector, a diode) at the output of which their difference signal is generated, after filtering and amplification in the amplifier of the amplification amplifier 173 (whose frequency characteristics are selected taking into account the filtering of the difference signal itself, and not its harmonics), the difference signal, frequency which is equal to the frequency difference of the signals of the generators 108, 109, while the phase is synchronized with the phase the spectrally pure stabilized signal of the generator of the differential signal 122 of the BKC 147 generator, through the multiplexer 89, is fed to the input of the ADC 91 and digitized as a sequence of time samples of a certain duration.
  • a nonlinear element 172 a quadratic detector, a diode
  • the resulting array of samples is loaded into the memory of the processor device 22 and then the corresponding Fourier transform is performed on this array to determine the spectral composition of the digitized signal.
  • the intensity of the doublet components can be determined from the obtained spectrum in accordance with the algorithms of digital spectral analysis repeatedly described above. It is clear that a receiving device based on the circuit of FIG. 19 can detect a sufficient number of doublet components with different difference frequencies, which is determined by the duration of the samples and the operating frequency band of the receiving device as a whole.
  • the density of independent information channels is high, due to the precision frequency grid of the difference signals arising at the output of the diode 172.
  • the number of channels of the preliminary frequency conversion of the doublet components can be more than one without affecting the quality of the difference signal generated after such transformations, after any phase distortions are introduced in the preliminary electronic stages in both doublet components in the same way.
  • the circuit of FIG. 19 can also be used to receive radiation components with different amplitude modulation.
  • Non-linear element 175 (usually a diode Schottky) is placed in the terminals of the receiving antenna, while the non-linear element 175 connects, as a rule, two metal parts 176, 177 of the receiving antenna.
  • the primary electrical signal induced on the antenna parts 176, 177 by incident radiation consisting of radiation components 178, 179 is quadratically detected on non-linear element 175 with the formation of their difference signal, which appears at the output 180 of such a receiving element 174.
  • the series-connected amplifier 181, multiplexer 89 and ADC 91 of FIG. 20 in this case are functionally equivalent to amplifier 173, multiplexer 89 and ADC 91 in the circuit of FIG. 19, obtaining the same end result of processing the received signals as obtained in the circuit Fig.19.
  • the receiving element 174 can convert the primary electrical signal induced on its antenna parts downward if the radiation of the heterodyne generator 182 is quasi-optically coupled to the same receiving element 174 together with the focused radiation 178 (as a rule, the radiation of the heterodyne generator 182 is incident on the receiving element 174 in the form plane wavefront). In the latter case, at the output 180 of the receiving element 174, partial electric signals offset in frequency downward corresponding to the radiation components 178,179 appear. In this sense, point 180 of the circuit in FIG. 20 is equivalent to a point coinciding with the output of the mixing diode 160 of the circuit of FIG. 18. Therefore, the series-connected amplifier 181, multiplexer 89 and ADC 91 of FIG.
  • FIG. 20 in this case are functionally equivalent to amplifier 161, multiplexer 89 and ADC 91 in the circuit of FIG. 18, characterized by the same end result of processing the received signals as obtained in the circuit Fig.20.
  • FIG. 19 FIG. 20
  • planar antennas are usually used, which are technologically easy to implement, which does not limit the possibility of careful selection their parameters.
  • the BKC 182 generator includes individual signal generators 183, 108, 109, all or only 183 of which are VCOs.
  • One of the generators 183 is selected as the master, the phase of the signal of which will be followed by the phases of the remaining generators - slave VCOs 108, 109 through the corresponding PLLs.
  • a smaller part of the signal energy of the generator 183 is coupled into the waveguide channel 185 (waveguide or microstrip designs depending on the implementations of the generators 183, 108, 109), ending with a coordinated load 186 to minimize reflections, and a set of directional couplers 187, 188, each of which s energy supplies corresponding portion of the master oscillator signal generator 183 driven PLL control circuit 108, 109.
  • the structure of the said control circuits includes blocks 189, 190, functionally corresponding to the second fully the combined block 142 (Fig.
  • the circuits are also equipped with directional couplers 201, 202, each of which divides the signals of the corresponding generators 108,109 into smaller parts supplied to the inputs 192 and 195 of blocks 189, 190 and large parts to waveguide structures 203, 204, which can either multiply the frequency 157,205 times radiation (by generating harmonics) are sent to the observation zone 6 by means of transmitting antennas 35, 206 connected to these multipliers (the frequencies emitted by harmonic generators - multipliers are equal to the harmonics frequencies of the generators 108, 109), l for directly connected to the antennas 35, 206 (the directional valves necessary in this case are not shown in Fig. 21).
  • a smaller part of the signal energy of the leading generator 280 enters through the directional coupler 184 into the wave guide channel 185, from which part of the energy of this signal through the directional couplers 187, 188 to the blocks generating other mutually coherent signals.
  • the corresponding signal from channel 185 is supplied to one of the inputs of mixer 93 of the second combined block 189 (equivalent to 142 of FIG. 17).
  • a part of the energy of the slave generator 108 is supplied, and finally, at the input of the phase detector 95 of block 189, a differential frequency signal is supplied to the differential frequency generator 199, with a frequency different for different generator blocks.
  • the outputs of the corresponding directional couplers 184, 187 through which most of the signal energies can be connected to the inputs of the frequency multipliers 157, 205, 207 for the formation of mutually coherent signals of a higher frequency and then sent to the observation zone 6, through antennas connected to the multipliers, 35.207 and 208, respectively.
  • the object is illuminated by multiplet radiation, each component of which is shifted relative to the main one (emitted by the slave generator 183) by exact spectral values equal to the frequencies of the difference frequency generators 199, 200.
  • the signal of one of the generators of the predominantly leading 183 can be used as a heterodyne source in the receiving circuit of FIG. 18, while its signal from the output 209 of the matching device 210 connected to the output of the main channel of the directional coupler 184 and intended to transform the signal energy from the waveguide transmission line to a coaxial transmission line with minimal losses and through which the signal of the generator 183 is transformed from its waveguide mode into the corresponding coaxial cable mode and can be further transmitted via a coaxial flexible cable to supply the signal of the generator 183 directly to the local input 159 (or several of these inputs, if a multi-channel UCHPOS is used)) of the mixer 160 (lei) of the corresponding channels of the corresponding UCHPOS block, while the signals of the generators 108, 109 are used to illuminate the observation zone 6.
  • composition and the mutual sequence of the radio nodes included in each of the respective receiving channels of the receiving device 25 or 82, as well as the principle of their joint functioning when amplifying and decoding the radiation signals of the partial components reflected by that portion of the surface 87 (Fig. 15) of the object 8, on which “watches” the corresponding receiving element 48 of the receiving matrix 85 (associated with one of these channels), is determined by the peculiarity and sequence of the primary radiation coding, p different for various partial sources 3,4,7 and even secondary coding (if this is carried out by the corresponding PR radiation source).
  • the implementation of double (as well as greater multiplicity) decoding (demodulation) is not difficult and can be carried out using standard radio engineering units (including, along with amplifiers of the corresponding ranges, heterodyne mixers, amplitude (quadratic) detectors, synchronous (parametric) detectors , including scanning, also digital nodes, allowing a certain time sequence of amplified and shifted downward in frequency (can be partially odirovannyh) transfer signals in their digitized by ADC and implement methods of decoding by the digital signal processing. This can be done for any species (including many sufficiently known) modulation / demodulation MM / radiation HMM.
  • standard radio engineering units including, along with amplifiers of the corresponding ranges, heterodyne mixers, amplitude (quadratic) detectors, synchronous (parametric) detectors , including scanning, also digital nodes, allowing a certain time sequence of amplified and shifted downward in frequency (can be partially odirovannyh) transfer signals in their digit
  • the reflection of radiation from most of the observed objects is carried out mainly in a mirror image. This fact determines the low quality level of images formed in the MM / SMM ranges, even if the spatial coherence of radiation in the field SFI vision is significantly reduced, by analogy with optical imaging systems.
  • FIG. 22 shows phase diagrams of 211,212,213 radiation components.
  • the phasor diagram 188 corresponds to the state of the radiation components in the observation zone of the space point (Fig. 15), located near the point 87 of the surface of the object 8, at the moment preceding the scattering of these components by the indicated surface.
  • Diagrams 212 and 213 correspond to the states of the radiation components at the spatial point near the element 48 of the receiving matrix 85 in the case when this radiation was scattered by the indicated point on the surface 87 of the object 8 (Fig. 15), respectively, mainly in a mirror image (diagram 212), or mainly in a diffuse way ( chart 213).
  • FIG. 23 is a diagram of an image forming system illustrating a mechanism for generating strong “mirror” and weak “diffuse” signal components in a signal received by element 48 (FIG. 15).
  • Each phasor (214, 215), FIG. 22, corresponds to a radiation component emitted by one of the point radiation sources, which is part of a multi-element spatially distributed source.
  • Such phasors have almost the same amplitude (length) and different mutual phases 216, 217 (the latter are insignificant since the signal processing circuit ultimately selects the squares of the phasor lengths) before the moment of scattering of the radiation components by the object. If these components are diffusely scattered by the surface area, then the corresponding indicatrixes of their scattering have wide angular distribution 218, 219, Fig.23, therefore, the relative parts of the wave fronts of the "diffuse components)) that fall into the entrance pupil of the lens 10 will be almost the same.
  • the system will work as a scheme with ideally destroyed spatial coherence of the illuminating and receiving th receiving radiation device.
  • spatially incoherent images of improved quality are formed if the object reflects the components in a diffuse way (due to the effect of statistical averaging of coherent speckles and another type of spatial noise).
  • the corresponding scattering indicatrixes have narrow angular distributions 222, 223. Therefore, the relative parts of the wave fronts corresponding to different “mirror components)) will be different and such fronts will be intercepted in different ways by the entrance pupil of the lens.
  • the mirror part 224 of the corresponding scattering indicatrix enters the entrance pupil of the lens 10 only for part of the point sources, like the TP source 83, the MPR of the radiation source 82, while for the other TP sources, like 28, only the diffuse (energetically relatively small) part 225 is intercepted by the input the pupil of the lens 10.
  • the “mirror”) phasor 226 dominates in comparison with any “diffuse”> phasor like phasor 227. If the considered radiation components are not modulated, then the signal received by the receiving device is detected as an inseparable sum of squares of the corresponding phasors. Since only the signal dominates in this sum, formed only by a part of closely spaced point sources near the TP of the source 83 of the MPR of the radiation source 82, the millimeter image generated by these sources in PRIZ of the focusing element 10 will be spatially coherent with its speckle distortions, despite the fact that the object is illuminated spatially by incoherent light.
  • the components are independently modulated (or encoded), then on the receiving side, after their independent reception, it is possible to change their relative contribution to the total signals for each element of the synthesized (or relative contribution to the value of each pixel) final (result) image by hardware or software.
  • “diffuse” images with high visual quality will be artificially obtained (the corresponding transformation of the states of phase diagrams is shown by arrow 228 in Fig. 22).
  • phase diagram formalism considered above remains true for the case of using a spatially distributed radiation source with a synthesized aperture, when various radiation components are generated at different times due to the mechanical movement (scanning) of a single radiation source over the surface formed by the preferred spatial position of such a source relative to the observed object (as a result of source movements aperture of a spatially distributed source).
  • the squares of the amplitudes of the various phasors are accumulated sequentially in the receiver in time (the receiver must be suitably adapted for such a reception mode) in accordance with the rate of movement of the indicated source.
  • the complex amplitude of the radiation at the receiving point (for example, in the area of the receiving element) can be represented as the sum of the complex amplitudes of the partial components of the components of this radiation (phasors), each of which was emitted by one of the independent elements of a spatially distributed (PR) source radiation and, after propagation towards the observation zone, was scattered by that part of the surface of the object of observation 87, which is optically coupled (by means of the lens formula 10) to matrivaemoy receiving point (point arrangement of the receiving element 48 in action), then during further propagation component partially has got in the entrance pupil SFI and focused at the point of reception, denoted by the indices (m, k)
  • independent TP sources of the MPR source 82 are ordered in the form of a two-dimensional matrix set in which each TP source has its own serial number of row i and column j, which uniquely determine its position in space, including with respect to the surface of the illuminated object 8 in the point of observation of the object 87.
  • the ordinal indices of the TS of the source (i, j) uniquely determine the angle of incidence 229 ⁇ of the partial radiation component created by it, passing through the object plane 230, onto the surface section 231 8 and the object 232 at the observation point 87.
  • the portion 231 may be positioned in relation to the entrance pupil of the lens closer than the object plane.
  • ⁇ TM means the absolute value of the phase of the partial radiation component under consideration immediately after its emission by the PR element of the source (i, j) at one time
  • ⁇ f] i ⁇ mk , ⁇ t ⁇ is the average phase incursion of this radiation component at its propagation from the PR element of the source to the receiving element (since this factor does not change in time and does not affect the final result, it will be omitted in further formulas)
  • ⁇ f J (x mk , ⁇ ⁇ J ) - additional random propagation phase shift s radiation in the recesses of the scattering object to the considered portion 229 surface observation object 8.
  • the amplitude of the phasor «, d ⁇ m, k f ⁇ ) is determined by the portion of the wavefront corresponding component, which has got in the entrance pupil of the focusing element 10 and independent of the scattering function of this component is that portion of the surface of the object at x mk, which is quasi-optically conjugate with the corresponding receiving element at the point at mk by means of a lens (the indicated indicatrix largely depends on the nature of reflection - specular or diffuse).
  • the indicated indicatrix largely depends on the nature of reflection - specular or diffuse.
  • d d is the distance (or optical distance, if the object is in the medium) from the scattering part of the surface (206) of the object to the object (input) plane 207) of the lens (the thin lens formula conjugated with the receiving plane) Fig . 24, ⁇ mJc i, j is the angle of incidence (229) of the partial radiation component of the TS of the PR source of the source (i, j) at the object surface point x m> k , and f is the index characterizing the parameter of the radiation component highlighting the object, while t shows the type of distinctive physical property of this radiation (for example its carrier frequency, e about polarization, etc.
  • d is the specific value of its value (for example, 94 GHz for frequency or linear horizontal polarization, or even a joint set of such values, (if the index characterizes simultaneously several characteristic parameters of the illuminated radiation).
  • the signal at the output of the inertial quadratic amplitude detector (assuming that all harmonics of the carrier are filtered out, and the signal is normalized to the gain of the receiving channels of the receiving device) and at the considered point y mjk in accordance with (1), (2) will have the form (4), where T is the characteristic averaging time of the signal by the inertial part of the indicated detector.
  • the output will consist of both terms will contain interference supplements, defined phase relations f '"j to - f TM f between the various components of the radiation.
  • the second interference term can be removed from the sum (4) if the indicated phase differences "f ' ⁇ ⁇ f f change in time randomly.
  • This case corresponds to illumination of the object by spatially incoherent radiation and occurs when the phase difference for of the signal components corresponding to different angular partial radiation components takes all possible values equally in the range 2 ⁇ .
  • This situation also occurs if the radiation from all TP sources is not modulated or modulated one This makes it possible to distinguish between different components belonging to different TP sources of the PR of the radiation source.
  • This case fully describes the case of the PR of the radiation source used in the prototype. Significant disadvantages of this source associated with the mirror-like reflection of the millimeter range were discussed earlier.
  • each angular component of the radiation as well as any other physically distinctive radiation components (among such components, a component characterized by different values of the carrier frequency and / or polarization state, etc.) it becomes possible
  • the components of TP sources can be determined independently by selective coding (for example) of modulating the partial components of each TP of the source and, accordingly, by independent selective reception by each receiving element and subsequent decoding (for example, demodulation) of the partial radiation component of each TS source (i, j), which is part of the MPR source.
  • the second term of the sum (4) which describes the effects of mutual interference of partial radiation from different radiation sources, is suppressed (in this case, the intermodulation noise correction in the detected signal is equal to zero), while the first term is only proportional to the accumulation time T, (it is assumed that all signal modulations were removed by previous demodulation schemes), which is not shown in the formulas in the text below, but its presence is implied.
  • the signal at the output of the inertial amplitude detector is equal to
  • the recorded signal in this case is the sum of the squares of the amplitude modules of the partial radiation components received by the receiving element 48 (the squares of the lengths of the corresponding phasors (see Fig. 22)) multiplied by the averaging time T (not shown in formula (5), as follows text) and is proportional to the sum of the time-averaged powers of these components (proportional to the powers of the corresponding radiation components at a given receiving point) accumulated over time T, without any noise effect of the mutual phase relations between these radiation components.
  • relation (5) means that the signal recorded at the output of the quadratic inertial detector is the sum of the integral powers (radiation densities, including spectral ones, for a given set of ranges of physical parameters characterized by the considered radiation components accumulated during the exposure time of the image) partial images formed by partial phase-independent radiation components (in accordance with (5), each of which was random and independent m is emitted by one of the independent TP sources of the PR of the radiation source and the corresponding components are phase-independent.
  • this radiation is encoded in a distinctive way, that is, various radiation components can be received by the receiver as a result of decoding procedures independently of each other and their characteristics (for example, average power) are determined independently, such a signal can be represented as a separable independent set of components,
  • the resulting matrix result image can be represented as a matrix of elements of the resulting synthesized (combined image), each element is characterized by the position of the corresponding receiving point at mk in PRIZ, where the corresponding components of the focused radiation were taken and the value of which is equal to "'S mk (y mk ).
  • the values of the weight coefficients a 'R y > k will be selected from the conditions for obtaining a single image of the best visual quality and / or information content. Since these coefficients can be changed arbitrarily (for example, by the processor, when the signals are digitized and loaded into its memory), the number of such sums, as well as the change in the relative contribution of each component to the final value of the element value (equal to the indicated weighted sum) of the resulting (synthesized) image corresponding to this signal.
  • Independent TP sources 28, 80 SPU 24 or independent TP sources 28, 28, MPU 81 create independent spatial radiation components in the observation zone 6 that can either be emitted at the same time instants, while they are encoded in different ways (for example, have different frequency of their amplitude modulation), to be, after their reception in the Priz plane, the corresponding receiving device, independently decoded (demodulated) and processed in the corresponding receiving devices 25,82 in order to determine their intensity th (time-averaged power), or radiated sequentially in time, which allows you to use the principle of temporary demultiplexing them signals in the respective receiving devices 25, 82 so that they are independently processed in these devices.
  • Different sets of these components can be emitted simultaneously and differently encoded, forming the corresponding group of radiation components, while various such groups can be emitted sequentially in time, which allows the principle of temporary demultiplexing in the UE to be used for component signals belonging to different indicated groups.
  • the corresponding receiving devices should determine the intensity distribution of each of these radiation components in the sharp focus plane PRIZ after they are focused by the focusing element 10 into this the PRIZ plane is independent for each component (by means of receiving PUs by the receiving elements and processing in their UCHPOS) and loading the value of the values of the elements correspondingly partial images to the memory of the processor device 22 for their subsequent processing.
  • the distinctive propagation directions of the components of the (distinctive-angular) radiation are uniquely associated with the spatial positions of either the corresponding TS sources of an unscannable multi-element spatially distributed (MPR) radiation source, or with the spatial positions of any one TP of the source or several that it (or they) occupy during its mechanical scanning in the scanning plane 31 of the corresponding SNU 24 to form the corresponding partial image.
  • MPR spatially distributed
  • the set of all possible distinctive spatial positions of TP sources form a spatial aperture of the corresponding spatially distributed radiation source, or a fixed aperture in the case of a multi-element spatially distributed (MPR) radiation source 82, or a synthesized aperture in the case of a scanned spatially distributed source (SPU) 24 of the radiation source , in the form of the corresponding two-dimensional matrix of spatial positions (shown in Fig. 25) of the corresponding TP Source.
  • MPR multi-element spatially distributed
  • SPU scanned spatially distributed source
  • the spectrum of each individual such partial radiation component will consist of at least a spectral component at the carrier frequency of the illuminating radiation and at least two additional spectral side components resulting from said modulation, which are shifted relative to the main component is the zero component by the value of the modulation frequency ⁇ mo .
  • These shifts for the side spectral components turn out to be different for different TP sources and the corresponding radiation components.
  • the diffuser is designed in such a way that the intensity of the indicated components — radiation components — after their reflection by this diffuser turned out to be equal in magnitude over the entire observation area (i.e., the condition for uniform illumination of the object by radiation by the specified component is fulfilled).
  • MPR 25 is a schematic representation of a multi-element spatially distributed (MPR) radiation source characterized by spatially distributed TP sources 28.83 located on the aperture surface of this MPR source in the form a two-dimensional matrix such TP sources, geometrically rolnostyu corresponds discussed above two-dimensional array of spatial positions of its TA sources (GSHTPI) (structurally it can be TA sources of any of the above-discussed implementations), each of which has its own frequency AM modulation ⁇ mod emitted by them radiation (either corresponding difference frequency if doublet coding is used).
  • MPR multi-element spatially distributed
  • FIG. 26 shows a spectrum 233 of one of the sidebands of the resulting composite radiation (emitted by the entire matrix of TP sources) in the observation zone when different components of the differential amplitude modulation are used for coding.
  • This spectrum consists of an almost continuously filled (due to the appropriate choice of frequencies of the corresponding modulating signals) set of side spectral lines (234,235) of the corresponding partial radiation components, each of which is received by the same element
  • the number of spectral independent lines of type 235, 234, for each parameter a'i, can be equal to the number of positions of TP sources of type 28, 83 of their positions in the aperture of the corresponding PR of the radiation source (SPU or MPU) in the corresponding matrix of spatial positions of TP sources having dimension of spatial position elements (IxJ). Where I is the number of rows of elements of this matrix, J is the number of its columns ..
  • the values of these spectral components in the observation zone before they interact with the object are preferably equal to each other (Fig. 26) due to the constructive PR of sources, and the intensity values in each wave surface the front of each component in the observation zone 6 is also almost the same, that is, the observation zone 6 is illuminated uniformly by the radiation of each indicated component.
  • any of their relative changes after reflection from the object 8 and person 6 and falling into the corresponding elements 48 and / or 48.84 (in FIG. 2 and FIG. 15) of the corresponding receiving devices demonstrate differences in their reflection by different surface areas (in the case of plastic objects and internal points) of observed objects 8 and person 6.
  • Each individual spatial component of radiation has its own propagation angle in the observation zone.
  • part (or all) of the spectral components is the component of the radiation scattered in the observation zone, decomposed by the angle of its propagation in the propagation zone, since such a component illuminates the object from the corresponding spatial point of the aperture of the radiation source PR.
  • the spectral localization regions in the spectrum of such components and the spatial localization regions of the corresponding TP sources in the specified aperture the generation of these components are uniquely related to each other, which is crucial in the analysis of the processing of such signals received by the corresponding receiving devices.
  • FIG. 27 shows the fine structure 236 of the signal spectrum in the form of a set of independent ordered and distinctive (i.e., mainly non-overlapping) spectral lines, including spectral lines 234, 235 received in one of the UCHPOS channels after receiving focused multicomponent radiation with the corresponding corresponding receiving element 48 at the corresponding spatial point of the Priz (after its reflection in the corresponding part of the observation zone 6 or, what is the same, in the corresponding portion of the SFI field of view).
  • the magnitudes of the amplitudes of each spectral line are equal to the intensities of the corresponding different components of the received PUs at the considered PRIZ point.
  • a set of all spatial positions of the receiving elements in the aperture of the receiving device in Priz including the receiving (receiving) element (s) of the scanned receiving device or unscanned receiving elements of the receiving matrix of the multi-element receiving device, necessary for the formation of all the various elements of the corresponding partial image, forms a two-dimensional matrix spatial position of the receiving elements (PPE) in the aperture of the receiving device which is structurally equivalent to the corresponding two-dimensional th matrix of elements of the (corresponding) partial image (EPI).
  • the system can transform the spectrum by suppressing the mirror components or by changing mutual amplitudes in accordance with the selected criteria.
  • FIG. 28 is obtained from the spectrum shown in FIG. 27.
  • one intense “mirror” spectral component 234 is identified, associated with the TS source 28 (in the matrix representation of the PR source - this element has position (3, 3), i.e. it is located in the 3rd row and column 3 of the matrix of spatial positions of the TP sources ) and a weak “diffuse” spectral component 235 associated with the TP source 83, characterized by the position in the matrix of spatial positions (20.2).
  • the maximum value of the magnitude of each of the spectral lines corresponds to (or is equal to, if the calibration procedure for the received signals is used to determine the absolute values of the intensity of the received radiation components) the intensity value of the corresponding distinctive received radiation component.
  • a matrix diagram is a set of independent signal
  • partial images each element of which is formed by radiation with a limited but characteristic set of physical parameters of the radiation illuminating the object, can be achieved by targeted selection of the appropriate components
  • partial images can be obtained spatially coherent and monochromatic, spatially incoherent and monochromatic, or for example spatially coherent but polychromatic, or finally “white”, or both, but highlighted mainly at a certain angle to their surface, etc. (the choice can be made in accordance with the formalism described above.
  • Such partial images each by itself, can provide additional distinctive information about the observed object (for example, different details of its surface can be emphasized at different frequencies or when highlighted at different angles, etc.). Moreover, such partial images can also be obtained by hardware, when the formation of the indicated sums from the group
  • each receiver-image element can be implemented at the hardware implementation level.
  • Subsequent combination of the formed partial images (hardware or software) with the formation of their total image with elimination (or reduction of their high coefficient) of interfering partial images with a high noise level (or fragments of them up to individual pixels) from the total weighted sum of partial images can be considered as the simplest but effective implementation of combination procedures
  • any relative changes in the amplitudes of the indicated radiation components that are scattered by each individual point on the surface (and / or internal point) of the object will be strictly determined by the scattering characteristics of this object at this point for each set of parameters of the illuminating radiation.
  • Some of these components can be mirrored from this point (due to specular reflection at certain angles of incidence, the so-called glint effect) and represent very strong signals at the output of the receiving matrix element. From the spectrum, it can be easily determined that mirror reflections are caused by elements having corresponding modulation frequencies.
  • FIG. 28 and FIG. 30 shows the distribution of the spectral power of the encoded radiation signals in the composite signal of the receiving element 49 (or the composition of intensities for a given index of elements of the corresponding partial images) of the receiving matrix after removing interfering mirror values and some correction of other intensities for the corresponding angular components of the radiation (including 234) , which can be performed by the processor 22.
  • the unevenness of the values of the spectral components is physically related due to the speckle structure of the observed corresponding partial ones, however, the deviations of such values about a certain average value turn out to be equal, which ensures high quality of the resulting image after using such spectral lines for its synthesis.
  • the observation zone 6 is highlighted by radiation in which one value of the spatial distribution in the zone observations can correspond to several additional components with distinctive values of their other physical parameters (different frequencies, types of polarization, etc.) and the components are encoded or emitted sequentially in time (or in any other way indicated above, then the amount of distinctive information about objects and a person in the observation zone 6 is rapidly growing and can be represented for each spatial position of the receiving element in PRIZ or, in each element, respectively , in matrices of PESE, in the form of a set of matrix diagrams 239, each of which is characterized by its new value of the value of the additional physical parameter of the distinguishing component (for example, for a radiation frequency of 94 GHz - one new matrix diagram is added, for a frequency of 95 GHz - the following diagram is added - matrix, etc.).
  • Such a set appears for any element of the receiving matrix in any spatial position in Priz.
  • Such a volume of information provides expanded computational capabilities for analyzing the parameters of an object and its surface, as well as for obtaining high-quality images of any type and physical embodiment (spatially incoherent monochromatic, quasi-monochromatic spatially coherent, “white”, etc.).
  • FIG. Figure 31 shows the results of numerical modeling of the procedure for generating resultant images and improving their quality by minimizing the effect of interfering partial images in their accumulation in the resulting synthesized image.
  • the type of images is selected based on the probable type of the corresponding partial images, however, the procedures for their complete or partial accumulation are performed exactly by numerical simulation.
  • Seven partial images 240-246 can be obtained, for example, in a lighting scheme with seven independently coded radiation beams from seven points of the PR source aperture.
  • each such beam forms its own partial image 240, 241 (characterized by its own average angle of illumination of the object), which can be obtained simultaneously by the receiving device PU due to their distinctive coding.
  • the possible resulting images are described by the formula (7) where the weighting coefficient can be fundamentally different for the components of the composite image (7) inside each element of the resulting (combined) image.
  • Conditionally noise-like interfering partial images 240 and 246 can occur when an object 8 is illuminated with partial radiation components 247 incident on the object at the corresponding illumination angles, due to strong reflections of these components from the surface of the clothing 8 masking the object 8 of the clothes of the individual 7 or for other reasons of FIG. 32.
  • the averaged matrix diagram 248 (obtained as a result of averaging the matrix diagrams described above for individual partial image elements over the entire set of these elements of the corresponding partial image conditionally demonstrates the difference in the average energies of the partial images 240-246.
  • the matrix diagram element (1.1 ) 249 corresponds to the average energy of the images 240, and the element (3.2) in 250 the average energy of the image 246.
  • FIG. 33 shows the classic result image 251, which will be obtained by a radiometric receiver that does not have a decoding electronic unit.
  • the result image 251 using the formalism of formula (7), is obtained when the weighted coefficients for each partial image and each element inside separate partial images are the same the same ones (or in other words, by a direct, non-weighted summation of all partial images 240-246, including interfering 240 and 246 images).
  • the noise in images 240 and 246 is additively added to the images of the object in partial images 241-245 (which in turn can also be distorted for other reasons (partial spatial coherence due to the limited width of the corresponding radiation beam), but when summed they will give a good image)
  • While the proposed system forms a set of many parametric images of the form 252 in the form of a set-stack of partial images, each of which is characterized by its parameter of the radiation forming it.
  • the circuit of the BKC generator of FIG. 34 in which the master (which can be used as a source of a heterodyne signal for mixer 160 (Fig. 18), which operates in its main mode (not in the mode of a subharmonic mixer), uses a relatively powerful source of MM radiation 183 (BWT, Gunn diode, etc.) .d.), and the slave generators that make up the BKC 255 paired generator (functionally equivalent to the unit (Fig. 17) are generators of a lower, for example, microwave frequency, which can be implemented by technology, for example, YIG generators, easily controlled and tunable in a wide range of 8-16 GHz.
  • the signals of the lower frequency generators (UHF) are then transferred to the frequency range of the master oscillator by means of the corresponding frequency multipliers with the corresponding multiplication factor.
  • the signals of paired coupled generators 108, 109 (Fig. 17) of the combined second block 255 (Fig. 34) (which functionally and schematically completely coincides with the block 147 of Fig. 17) through the outputs 256, 257 (Fig. 34) corresponding outputs 128, 129 of this block 147 shown in FIG. 17 are supplied respectively to the inputs of frequency multipliers 258, 259.
  • Block 261 is functionally and schematically equivalent to block 142 of FIG. 17, while its inputs 262, 263, 264 are equivalent to the inputs 144, 145, 146 of block 142 of FIG. 17, and its output 267 corresponds to the output 143 of block 142 of FIG.
  • an error signal proportional to the phase error between the signal of reference oscillator 266 and the difference signal of the multiplied signal of generator 108 of block 255 (analogue of block 147) and the signal of master generator 183 is fed to input 268 318 of block 255, which is the input of the control electrode of the VCO 108 (in this circuit both generators 108, 109 are VCOs) (see Fig. 17).
  • the error signal after exposure to the control electrode of the VCO 108 leads to a decrease in the indicated phase mismatch between the indicated signals until the complete elimination of this mismatch and the achievement of their phase synchronism.
  • the frequency of the generator 108 is N times smaller than the frequency of the master oscillator 183, N is the factor of multiplying the frequency of the multipliers 258, 259 Since block 255 provides phase synchronism between the difference signal of the signals of the generators 108, 109 and the reference signal of the reference generator 122, then the Nth the harmonic of the signal of the generator 109 at the output of the multiplier 259 is in a phase synchronism state, in which the difference signal between the signals at the output of the multiplier 259 and the output of the generator 183 has a spectral purity of the signals of the reference generators 266 and 122 When the main part of the signal generator 183 through gate 270 is input to a radiating antenna 208, and further into the coverage area in a simpler diagram of Fig. 35, in which the place of block 261
  • the inputs 140, 141 of the phase detector of the block 138 which are the inputs of the phase detector included in the block 138 (or, which is equivalent to the inputs 118, 121 of the phase detector 119, which is part of the block 138 of FIG. 17) are supplied: respectively, the input of the multiplied signal of the generator 108 from the output of the multiplier 258 (through a filter not shown in the diagram), and to the input 141 the signal of the generator 183 is supplied through the directional coupler 265.
  • an error signal is obtained — a phase mismatch signal between the indicated signals supplied to the inputs 140, 141.
  • the error signal from the output 139 of the block 138 is supplied to the control electrode 268 of the VCO located in the block 255 (completely equivalent to the block 147 of Fig. 17).
  • the difference signal between the signal of the master oscillator 183 and the signal at the output of the multiplier 259 is phase-synchronized (in phase with the signal of the generator 122) by the generator 122.
  • this phase synchronization is carried out by a pair of slave generators 108, 109 of a much lower frequency (which is technically simpler) than the more powerful master MM (or CMM) generator 183.
  • multiplier 259 (through a filter not shown in the diagram) is fed to the input antennas 206 and through it into free space.
  • the main part of the signal of the generator 183 through the valve 270 is fed to the input of the radiating antenna 208 and then to the lighting zone
  • the block of generators which in this circuit can be located in the area of the receiving device 82 (at the location of the local oscillator 90 in Fig. 16, which is the generator 183 in Fig. 34), to Lighting schemes by means of flexible coaxial cables (allowing transmission of microwave radiation up to frequencies of 36 GHz).
  • the frequency multipliers 258, 259) will be located directly at the location of the associated antenna 206 (or 67), aimed to illuminate the object 8.
  • the corresponding IF signals at the mixer output for the respective radiation beams will be shifted from the beginning of the frequency axis by the frequency of the corresponding reference generators 199, 200 (Fig. 21) or 122, 266. The latter ensures their frequency separation by frequency-selective circuits of the receiving device 82 ( Fig. 16).
  • the composition and the mutual sequence of the radio nodes included in each of the respective amplification channels the receiving device 82 (Fig.
  • the implementation of double (as well as greater multiplicity) decoding (demodulation) is not difficult and can be carried out using standard radio engineering units (including, along with amplifiers of the corresponding ranges, heterodyne mixers, amplitude (quadratic) detectors, synchronous (parametric) detectors , including scanning, also digital nodes that allow a certain time sequence of amplified and shifted downward in frequency (can be partially odirovannyh) transfer signals in their digitized by ADC and implement methods of decoding by the digital signal processing. This can be done for any species (including many sufficiently known) modulation / demodulation MM / radiation HMM.
  • standard radio engineering units including, along with amplifiers of the corresponding ranges, heterodyne mixers, amplitude (quadratic) detectors, synchronous (parametric) detectors , including scanning, also digital nodes that allow a certain time sequence of amplified and shifted downward in frequency (can be partially odirovannyh) transfer signals in their digitized by
  • BKC generators allow reaching fundamentally new frontiers for imaging and information transfer systems in communication systems in the MM / SMM ranges.
  • the use of mutually coherent signal generators for both probing (lighting) objects and their decoding (with their mutually coherent heterodyning) in the channels of the receiving device allows one to achieve fundamentally new possibilities both in extracting information from such signals and in increasing the sensitivity of reception - transmitting equipment and its dynamic range.
  • the difference signal of the mutually coherent signals of the generators discussed above can be obtained at the receiver in at least two distinctive ways.
  • both components which are, for example, part of the corresponding doublet communication signal, or the doublet signal used for illumination in the imaging system, after amplification are fed simultaneously to form their difference signal to the input of a quadratic detector (for example, a diode) into the amplifier channel associated with the corresponding receiving element 47 that received such a doublet signal.
  • the specified amplifier channel may contain any combination of amplifying and frequency converting units located up to the quadratic detector, if their effect on both components of the corresponding doublet signal is the same.
  • the subsequent quadratic detector will be able to extract its difference signal with the corresponding spectral and phase composition from the indicated doublet signal.
  • the extracted difference signal can be further amplified in one or more local oscillator amplification with an appropriate choice of local oscillator sources.
  • mixers or parametric detectors - synchronous detectors, for example
  • the difference signal is extracted by applying to the signal input of the mixer components that have passed the path from the source 28 to object 8 and finally received by the receiving element 48, and the second component (phase-coherent first) is fed to the reference signal of the mixer (Fig.15).
  • the second the component propagates through, for example, a coaxial cable, or in another similar manner, preserving its amplitude and deterministic phase delay associated with propagation in the cable).
  • the latter is important because it allows the use of unstable low-cost heterodyne generators for converting a doublet signal in frequency to the frequency converter band without affecting the quality of their difference signal;
  • mV * DO the determinate component of the phase modulation of partial radiation (if any), which is added to the signal in any of the above methods described in the description of Fig.21, Fig.34;
  • the corresponding generators of difference signals of type 199,200 should be selected from the condition that their frequencies (or corresponding harmonics) are located along the axis of the difference frequencies at discrete spectral points, the distances between which are slightly greater than half the widths of spectral lines adjacent along the spectral axis (taking into account their possible drift over time functioning) for corresponding differential frequency generators of type 122, in order to provide the maximum frequency density of the corresponding differential signals arising at the output of the respective decoders of the receiving device. It is clear that the filtering blocks following the decoding block should be narrow enough enough to ensure that only the indicated difference frequencies are allocated. Digital differential frequency analysis schemes should provide for the corresponding duration of the sequence of time samples of the ADCs described above in order to provide the necessary spectral resolution of the difference signals with the corresponding Fourier transform.
  • the view of the spectrum of the possible spectrum clearly shows the possible optimal sequence of demodulating (decoding) blocks, allowing extracting information about the corresponding spectral characteristics of the signal at the output of this sequence.
  • the simplest sequence of such radio nodes can be considered with the example of the device shown in FIG. 36, in which, from the receiving antenna 271, through the UHF amplifier 272 (consisting of a preselector filter 273 and the amplifier 274 proper), the signals of the generators 108,109 reflected by the object (mutually coherent with the signal of the master oscillator 183 discussed above in FIGS. 17, 21) are received by the antenna 271 , 34.35) to the signal input of the first mixing element 275, (these signals can be fed to the input of the mixer and directly from the antenna without the use of UHF), to the heterodyne input 276 of the first mixer 275, a signal is supplied from the master oscillator 183 (FIG. 21, FIG. 34, FIG. 35).
  • the corresponding microwave signal of the generator 109 of block 255 can be fed to the input 276 of the mixer 275, operating in this case on the N harmonic of this microwave signal or through a frequency multiplier with a factor N, located directly near mixer 275).
  • signals of difference frequencies of the form are fed to the inputs of independent identical frequency channels 277, 278, which filter the formed signals to extract signals with frequencies located near the frequencies of the corresponding difference signal selected for processing, and in this channel 277 by frequency-selective blocks of type 279 (each of which has its own filter 280 and amplifier 281).
  • each of these independent frequency channels 277, 278 is parametrically detected the corresponding difference signals allocated in the channel 277, ... by supplying them from the output of block 279 to the signal input 282 of the second mixer 283, respectively of the existing frequency channel 277 (in this case, the difference signals correspond to the distinctive partial radiation of the illumination generator 108, and the reference (heterodyne) input 284 of the second mixer 283 is supplied via an adjustable phase shifter 285 from the corresponding reference generator from the BKC generator circuit (generator 122 of Figs. 17, 34 35 or 199, 200 of Fig.
  • this signal can be any (depending on the signal of the corresponding reference generator 122, including FM modulated - the latter allows to reduce the requirements for the dynamic range of receiving circuits with preserving the narrow bandwidth of the instantaneous, in this case, bandwidth)
  • the frequency of the reference oscillator is stabilized with an accuracy of 10 Hz or less by means of quartz and thermal stabilization.
  • only one channel 277 can be used, and the difference signals formed at its output can be analyzed digitally after filtering and digitizing it (which will be described below).
  • the output of the second mixer 283 also generates decoded (or demodulated if the difference frequencies vary in frequency) signals with spectral amplitudes proportional to the amplitudes of the corresponding coded radiation components reflected by the corresponding section of the object surface 8 of FIG. 1, and with frequencies equal to the frequencies of the corresponding differential frequency generators 122 or 199,200, etc. (or their harmonics depending on the implementation).
  • This allows after filtering them with a frequency selective amplifier 286 (filter 287, amplifier 288) to accurately measure their parameters (for example, spectral density or, equivalent to the square of the length of the corresponding phasor of the received radiation component (component intensity).
  • the time sequences of the total total signal from the output of the second mixer through the specified filtering unit 286 can be converted into a digital sequence of digital samples of this signal by supplying this signal through a multiplexer 89 to the input of an analog-to-digital converter 91 (performing time samples of such a signal for a certain time interval) , loading this sequence into the digital memory of the processor device 22 (FIG. 2, for example) and then the subsequent conversion of the Fur the obtained digital data set by digital methods in the digital processor device 22 (Fig. 2 for example) as a result of which the whole spectrum with the accuracy of the spectral resolution equal to the inverse time of the duration of the procedure for obtaining the indicated samples of the signal.
  • the amplitude-phase information can also be extracted, for this, the ADC 91 (or the second ADC operating synchronously with the ADC 91) must simultaneously digitize the signal from the output of the mixer 283 type, fed to the input of the ADC through the filter block type 286, and at the same time digitize the reference signal supplied to the reference input 284 of the specified mixer (type 283) (in this case, the type 285 phase shifter is not needed in the circuit), which should also be fed to the ADC input (via multiplexer 89 or fed to the input of the second specified ADC).
  • the processor device 22 from the data loaded from the output (s) of the ADC into the memory can extract both amplitude and phase information about the signal at the input of the mixer 283 by digital methods. In the cases considered above, phase information about the signals is not used.
  • the signal of the generator 109 of block 255 should be directly supplied to the heterodyne input 276 of the mixer 275, however, the signal of the reference generator should be sent to the reference input 284 of the mixer 283 122, the frequency of which is previously multiplied by a frequency multiplier (not shown in the diagram) N times (in this case, block 285 can depict the specified multiplier in assumption that the corresponding phase shifter is not specified or is missing).
  • the signal from the generator 183 of FIG. 21 is supplied to the reference input 276 of the mixer 275 (possibly through a valve and matching device to reduce reflections) or, however, the mixer 275 in this case is subharmonic, operating on the N harmonic of the reference signal of the generator 183.
  • the signal of the generator 122 multiplied in frequency by N times (i.e., the harmonic of the signal of the generator 122 of the Nth time order).
  • the object is illuminated by signals from slave generators 108, 109, ... previously multiplied by frequency multipliers 157, 205 of FIG. 21.
  • the signals of the generators 108,109, ... are fed to the inputs of the multipliers 157, 205 through flexible coaxial cables, the latter can be connected to the waveguide outputs of the generators 108,109 through the matching devices of the type 210 described above, FIG. 21.
  • Such a device can be used everywhere for transferring without loss of energy a signal from a waveguide to a coaxial cable, where the use of a coaxial cable is used to transmit signals with a frequency that allows them to be transmitted through a coaxial cable.
  • Flexible corrugated waveguides can also be used to transmit the signals of the generators to frequency multipliers located in the lighting zone and heterodyne mixers located in the receiving devices. In these cases, the high frequency for the transmitted signals may be higher than the signals transmitted over coaxial cables.
  • FIG. 36 - FIG. 40 is a diagram of the input nodes of the receiving device 16 of FIG. 1, allowing to amplify the signals received by the antenna of the receiving element, convert them in frequency by heterodyning, and partially decode them (including doublet signals), highlighting the encoded (modulated) components, for example, in the terminal quadratic or mixing (parametric detector) elements.
  • decode including frequency-stabilized difference signals, the envelopes of which contain all the information about the corresponding pixel of the corresponding partial image or about the communication message.
  • Such partially decoded signals from the outputs of such blocks can be fed to the inputs of the blocks discussed above for their full decoding, by means of blocks, etc.
  • FIG. 37 shows the standard input path of a superheterodyne receiver, consisting of a receiving antenna 271, electrically connected to a Dicke switch 289 (which can additionally amplitude-modulate the input signal.
  • Element 289 is relevant for the use of the considered units in a radiometric system. For an active system, this is an optional element), the queue connected in series with the UHF amplifier 272 operating in the MM frequency band, which in turn is connected in series with the mixer 275, to the heterode another input of which 276 generates a local oscillator signal.
  • the frequency of the local oscillator should differ from the possible difference frequency of the doublet signal (if the doublet signal is amplified in the circuit), and in the most general case this local oscillator can be local (and of poor quality) and not connected to the received signal generators 108, 109.
  • Mixer output 275 electrically connected to the input of the intermediate frequency amplifier UPCH 279, which isolates and amplifies the signal shifted down in frequency by the frequency of the local oscillator signal.
  • several cascaded input signal heterodyning cascades can be used (by means of a second mixer and a second amplification amplifier connected in series with it, which are not shown in Fig. 37).
  • the first mixer 275 and the first amplifier UPCH 279 can be used to effectively suppress the mirror the conversion component and various intermodulation components, the second mixer and, accordingly, the second amplifier (not shown in Fig. 37) can have steeper frequency response drops and provide better rejection of input stage noise).
  • Blocks 272, 275 and 279 form a typical radio engineering unit 290 for amplification and heterodyning of signals, and such a unit may not include UHF 272, and the antenna signal may be fed directly to the input of mixer 275.
  • UHF 279 The output of UHF 279 is connected to the input of a quadratic signal converter (amplitude detector - diode) 291, which provides the separation of difference signals from doublet (or carries out the first carrier demodulation in the case of using singlet (from one spectral component) signals) due to the operation of multiplication imino-coherent signals, which were independently received by the antenna 271 and converted by the above stages of amplification and frequency shift.
  • a quadratic signal converter amplitude detector - diode
  • the noise of the local oscillators does not add phase noise to the difference signal, since they are equally added to both components of the doublet signal and are mutually destroyed after quadratic transformation at the output of element 291.
  • the latter is extremely important for telecommunication systems as well, since they do not require any stabilization of the local oscillators, Unlike standard transceiver equipment.
  • the generated difference signals can be processed by any of the decoding units 277 described above or even by their nodes depending on the use of the types and modulation levels of the original doublet signals.
  • the circuit of FIG. 37 essentially corresponds to the input stage of a standard radiometric receiver, on the nonlinear diode of which 291 envelopes of thermal radiation can be extracted.
  • a standard radiometric receiver on the nonlinear diode of which 291 envelopes of thermal radiation can be extracted.
  • such a receiver can be used to generate radiometric images along with the receipt of active encoded images in one system).
  • the difference can only be in the bandwidth of the amplifiers, which for the radiometric case should be as wide as possible, but for signals the BKC generator, on the contrary, is as narrow as possible.
  • the condition of a narrow-band rejection can be imposed on subsequent stages following the quadratic device 291, which makes it possible to receive and process signals of passive and active images in one receiver.
  • FIG. 38 shows a particular case of the reception circuit of FIG. 37, in which there is no UHF unit (usually a waveguide implementation), and the received signals by the antenna 271 are fed directly to the input of the mixer 275 (as indicated above).
  • UHF unit usually a waveguide implementation
  • the specified amplifier channel may contain any combination of amplifying and frequency-converting blocks located up to the quadratic detector, if their effect on both components of the corresponding doublet signal is the same. Then the subsequent quadratic detector will be able to extract from the specified doublet signal its difference signal with the stored spectral and phase composition.
  • the extracted differential signal can be additionally amplified in one or several cascades of heterodyne amplification (consisting of a mixer and a corresponding amplifier) with the corresponding choice of heterodyne sources for the corresponding mixers of the heterodyne cascades located after the quadratic detector, if the corresponding heterodyne signals are formed from the signal of the differential generator frequency generator BKC 122 by appropriate division of its frequency, the signal at the output of such mixers will also save litudno phase information in the difference signal.
  • the indicated approach for generating / receiving mutually coherent signals also allows implementing the receiving circuits of FIG. 39 functioning without signal heterodyning at a millimeter-wave frequency.
  • the technology for manufacturing low-noise amplifiers of the MM range (up to 140 GHz and higher) allows the signal to be amplified to a value significantly higher than the noise level of non-linear converter 291, which allows the detection of amplified MM frequency signals without any application of any preliminary signal heterodyning cascades.
  • the mutually coherent doublet signals received by the antenna 271 (Fig.
  • the receiver circuit shown in FIG. 39 it is of considerable practical interest from the point of view of the quick and effective implementation of the approaches described above in the formation of multi-parameter highly informative images by means of real-time millimeter-wave radiometric multi-element cameras currently being developed.
  • Such MM multi-element (up to 1024 independent independent elements and above) cameras, the amplification channels of which are built with integrated technology based on the principle of direct amplification and detection of signals described above, are capable of forming multi-element images with a speed of up to 17 frames per second and higher and IK sensitivity and higher (such a camera was developed in particular by TRW in the USA).
  • the advantages of such a camera lies in the possibilities of increased density of the bulk packing of the channels for receiving and amplifying the signals of MM images, which ensures high spatial resolution of such a camera. This is achieved due to the absence of powerful heterodyne signals, the dissipation of energy of which always requires a decrease in the density of the gain channels and, accordingly, a decrease in the spatial resolution of the camera.
  • nodes 277 can be used as simple low-frequency blocks of the end stages of the amplifying channels of the receiving device of such a matrix following the allocation of differential signals by diode 291,
  • Such a camera can be effectively applied not only for the formation of low-contrast radiometric images that do not carry any real information about objects in closed rooms, but also for the formation of active images with high information content. that can be obtained in any conditions.
  • the proposed principle of mutual coherence of the two signals makes it possible to efficiently use the direct amplification and detection circuit in the receiving part of any transceiver without any additional MM / SMM oscillators-local oscillators while maintaining high reliability and speed in data transmission / reception.
  • the reception and decoding of doublet signals can also be effectively performed by receiving matrices of antenna-nonlinear elements (Schottky diodes) of FIG. 40.
  • a nonlinear element (Schottky diode) 292 is mounted in the antenna input, thus connecting the paired conductive elements of the antenna 293, 294, the design of such receivers can also be schematically illustrated in FIG.
  • an antenna-coupled non-linear element in FIG. 15 for the indicated reception and non-linear transformation (detection) of the input signals.
  • Such an antenna-coupled nonlinear element can also be used for quasi-optical heterodyning of input signals (the heterodyne signal in the latter case quasi-optically falls on the conductive parts 293,294 of the receiving antenna along with the signals and the corresponding IF signal is extracted at the output of this element (at the antenna input / output point)) .
  • this element as a mixer, a planar bandpass filter must be additionally connected to the input / output of the antenna to isolate the generated IF signal, A non-linear element 292 in this case is also supplied by this filter.
  • Another embodiment of the heterodyning of doublet signals on an antenna-coupled non-linear element of Fig. 40 is based on the implementation three-frequency heterodyning.
  • the third strong heterodyne signal of the additional generator 295 is supplied to the antenna-coupled non-linear element together with the input mutually coherent doublet components, the frequency of which corresponds in order to the frequency of the difference signal of these doublet components (Fig. 40), and the subsequent band-pass amplifier UCH 279 is electrically connected to the specified antenna-related element has a finite passband (corresponding to the difference signal band) with a central frequency equal to the frequency difference oak etnogo difference signal and the third heterodyne signal generator 295.
  • Such a mixing element as a result of three-frequency mixing provides a second difference signal, which lies in the band of said IF amplifier. Since the first difference signal (between the components of the doublet) can have a frequency of up to 1 GHz or higher, the frequency of the heterodyne signal can also be in the region of hundreds of MHz, which ensures a high frequency value of the second difference signal and, accordingly, provides all the advantages of a superheterodyne reception circuit. The conversion loss of such a heterodyne circuit will not be significantly higher than that of a harmonic heterodyne converter.
  • the advantages of such a scheme is a significant simplification of the receiving-amplifying path, since heterodyne signals in the frequency domain up to several GHz can be generated by a standard transistor generator, and its signal is fed to the heterodyne (mixing) antenna element via a coaxial cable or a corresponding strip line with integrated decoupling elements amplifier block and input receiving node.
  • the carrier frequencies of the doublet signal can vary in any range (corresponding to the operating frequency range of the antenna, and these can be bands up to 200 GHz and higher, while such elements can be easily implemented in the CMM range, everything is determined by the antenna manufacturing technology and the corresponding nonlinear element, the receiving circuit, including the local oscillator 295, can remain the same.
  • the present invention is industrially applicable, as it can be implemented using technologies, on the basis of which at present 15 computerized data processing systems are being created with their demonstration on a monitor.

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)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to computer diagnosis. The inventive method for forming images in a millimetre and sub-millimetre wave range consists in producing a radiation in a wave range consisting of separate partial radiations, in orienting the thus formed radiations towards an observed object at different angles of incidence, in receiving the radiation reflected from said observed object, in converting the received radiation into electric signals and in forming a visually perceptible image of the observed object by means of said electrical signals. Each individual partial radiation is encoded by modulation and transmitted to a diffuser. The radiation reflected from the observed object is transmitted to a receiver. Said method also consists in decoding the partial electric signals, in forming partial images therefrom and in combining the partial images in such a way that a resulting visually perceptible image of the object is formed. The image is formed in the millimetre and sub-millimetre wave range by means of a system comprising a spatially dispersed radiation source, a focusing element, polarising lattices, processing and display devices.

Description

Способ дистанционного обнаружения оружия и взрывчатки, спрятанных под одеждой людей, и устройство для его реализации A method for remote detection of weapons and explosives hidden under the clothes of people, and a device for its implementation
Область использованияArea of use
Настоящее изобретение относится к области компьютерного диагностирования в реальном масштабе времени. В частности к системам и способам дистанционного обнаружения оружия, взрывчатки и наркотиков, спрятанных под одеждой на теле человека, либо в его багаже, которые основаны на формирование изображений таких объектов, в особенности, в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. Предшествующий уровень техникиThe present invention relates to the field of computer diagnostics in real time. In particular, to systems and methods for remote detection of weapons, explosives and drugs hidden under clothing on a person’s body or in his luggage, which are based on imaging of such objects, especially in the millimeter and submillimeter wavelengths. State of the art
В области дистанционного обнаружения маскированных объектов, основанного на формировании изображений объектов, миллиметровое и субмиллиметровое излучение (далее - ММ/СММ) имеет преимущества из- за высокого уровня проницаемости такого излучения через различные ткани одежды, пластиковые, керамические, деревянные материалы и другие непрозрачные в видимом диапазоне среды. Благодаря относительно короткой длине волны ММ/СММ излучения сохраняется также возможность создания систем формирования изображений (СФИ), которые обеспечивают необходимое пространственное разрешение в получаемых такими системами изображениях. Такие СФИ могут очень эффективно использоваться в различных местах массового скопления людей и/или повышенного государственного значения (аэропорты, суды, банки, места появления государственных деятелей высокого ранга и т.д.) с целью своевременного и скрытого дистанционного обнаружения спрятанных оружия, наркотиков, контрабанды и взрывчатки в том числе в условиях быстроизменяющейся обстановки.In the field of remote detection of masked objects based on imaging of objects, millimeter and submillimeter radiation (hereinafter - MM / SMM) has advantages due to the high level of permeability of such radiation through various clothing fabrics, plastic, ceramic, wooden materials and other opaque in visible range of medium. Due to the relatively short wavelength of the MM / SMM radiation, it is also possible to create imaging systems (SFI) that provide the necessary spatial resolution in the images obtained by such systems. Such SFIs can be very effectively used in various crowded places and / or of high state significance (airports, courts, banks, places of emergence of high-ranking statesmen, etc.) in order to timely and covert remote detection of hidden weapons, drugs, smuggling and explosives, including in a rapidly changing environment.
Известные и широко используемые в настоящее время способы (детектирования) обнаружения оружия и контрабанды, проносимых людьми через выходы и входы зон безопасности, основаны на использовании систем, чувствительных к индукционным изменениям в области досмотра. Большинство этих способов ограничены бинарным («дa»/«нeт») характером обнаружения присутствия металлических предметов без возможности выявления каких-либо их характерных деталей, отличительных свойствах или даже информации о месте расположения таких предметов. Такие системы не могут быть использованы для скрытного, эффективного и проводимого в реальном масштабе времени обнаружения с низким уровнем ложного срабатывания. Достаточная доступность пластикового и керамического оружия делает такие традиционные системы обнаружения неработоспособными. Для того, чтобы надежно визуализировать и идентифицировать оружие этого нового класса, а также обычного оружия но с высоким уровнем надежности, скрытности и низким уровнем ложного срабатывания в автоматическом режиме, мин, а также обнаружение и идентификации наркотиков и взрывчатки, требуются принципиально новые способы и технические системы Использование ММ/СММСФИ для любых объектов, отражающих или испускающих ММ/СММ излучение позволяет решить эту проблему. Это становится возможным благодаря тому факту, что ММ/СММ излучение проникает через одежду с очень малым ослаблением, причем без влияния на человеческое здоровье, в отличие от рентгеновского и СВЧ излучения. Характеристики отражения и поглощения для ММ/СММ излучения для человеческой кожи существенно отличаются от таких же характеристик для пластикового и керамического оружия и наркотиков, так же как и от подавляющего числа материалов, используемых для производства оружия и взрывчатки.. Это позволяет формировать контрастные изображения объектов, сделанных из таких материалов, которые спрятаны на теле человека под одеждой. Благодаря прозрачности для ММ/СММ излучения большинства материалов, из которых производится различные сумки, чемоданы и т.д., такие объекты также могут быть контрастно наблюдаемы и в багаже.Currently known and widely used methods (detection) for detecting weapons and smuggling carried by people through the outputs and entrances of security zones are based on the use of systems that are sensitive to induction changes in the field of inspection. Most of these methods are limited to binary. (“Yes” / “no”) by the nature of the detection of the presence of metal objects without the possibility of revealing any of their characteristic details, distinctive properties or even information about the location of such objects. Such systems cannot be used for covert, effective, and real-time detection with a low false alarm rate. The sufficient availability of plastic and ceramic weapons makes such traditional detection systems inoperative. In order to reliably visualize and identify weapons of this new class, as well as conventional weapons but with a high level of reliability, stealth and a low level of false positive in automatic mode, mines, as well as the detection and identification of drugs and explosives, fundamentally new methods and technical systems Using MM / SMMSFI for any objects reflecting or emitting MM / SMM radiation allows solving this problem. This is possible due to the fact that MM / SMM radiation penetrates clothing with very little attenuation, and without affecting human health, unlike x-ray and microwave radiation. The reflection and absorption characteristics for MM / SMM radiation for human skin differ significantly from the same characteristics for plastic and ceramic weapons and drugs, as well as the vast majority of materials used for the production of weapons and explosives. This allows you to create contrasting images of objects, made from materials that are hidden on a person’s body under clothing. Due to the transparency for MM / SMM radiation of most materials from which various bags, suitcases, etc. are made, such objects can also be contrastingly observed in baggage.
Известно, что пассивные радиометрические ММ/СММ СФИ оказываются крайне неэффективными в закрытых помещениях, где собственно и производится в большинстве случаев дистанционный досмотр. Эта неэффективность обусловлена отсутствием контраста в освещении объектов внутри помещения по сравнению с открытым пространствами, где объект освещается «xoлoдным» небом, яркостная температура которого около T=70 К и «тeплoй» поверхностью Земли T=300K . На открытых пространствах радиояркостный контраст на объекте может превышать 200 К, в то время как внутри помещения такой контраст не превышает в лучшем случае 5-7 К. Поскольку современные быстродействующие радиометрические камеры имеют чувствительность около IK, то радиометрические изображения для любых практически реальных систем имеют низкое визуальное качество благодаря высокому уровню шумов и соответственно низкому контрасту.It is known that passive radiometric MM / SMM SFIs are extremely ineffective in enclosed spaces, where in most cases the remote search. This inefficiency is due to the lack of contrast in the illumination of objects indoors as compared to open spaces where the object is illuminated by a “cold” sky, whose brightness temperature is around T = 70 K and the “warm” surface of the Earth T = 300K. In open spaces, the radio-brightness contrast at the facility can exceed 200 K, while indoors, this contrast does not exceed at best 5-7 K. Since modern high-speed radiometric cameras have a sensitivity of about IK, radiometric images for any practically real systems have low visual quality due to high noise levels and correspondingly low contrast.
Реализовать потенциальные возможности активных ММ/СММ СФИ, возможно только при определенных условиях, накладываемых, главным образом, на параметры излучения, зондирующего наблюдаемый объект. В первую очередь это относится к формированию освещения с низким уровнем когерентности излучения в зоне досмотра. Несоблюдение этого условия приводит к получению посредством таких ММ/СММ СФИ изображений с высоким уровнем когерентных шумов и, соответственно, низким визуальным качеством и информационным содержанием. Известна система формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн, содержащая по крайней мере один составной источник излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, предназначенного для освещения поля зрения указанной системы формирования изображений и выполненный в виде пространственно-распределенного набора отдельных независимых точечных источников излучения , несущая частота излучения каждого из которых отличается от несущей частоты излучения любого другого источника излучения из указанного набора на небольшую величину, не превышающую величину допустимого производственного отклонения фиксированной несущей частоты для различных узкополосных однотипных источников излучения, изготовленных в одинаковых производственных условиях, элемент для фокусирования излучения, отраженного от объектов наблюдения, расположенных в указанном поле зрения, на приемном устройстве, выполненного с функцией независимого приема указанного сфокусированного излучения, падающего из различных пространственных частей указанного поля зрения и преобразования его в соответствующий матричный набор электрических сигналов, выходы которого связаны с устройством, предназначенного для формирования изображения поля зрения из указанного матричного набора электрических сигналов и отображения этого изображения на дисплее, причем каждый элемент изображения сформирован соответствующим электрическим сигналом из указанного матричного набора, при этом каждому электрическому сигналу соответствует излучение, отраженное от тех частей наблюдаемых объектов, которые расположенных в одной из указанных частей поля зрения и разные электрические сигналы соответствуют разным частям этого поля зрения (US патент N° 5227800, GOlS 13/89, опубл. 13.07.1993).To realize the potential of active MM / SMM SFI, it is possible only under certain conditions, imposed mainly on the parameters of the radiation probing the observed object. This primarily relates to the formation of lighting with a low level of radiation coherence in the inspection area. Failure to comply with this condition leads to the acquisition by such MM / SMM SFI images with a high level of coherent noise and, accordingly, low visual quality and information content. Known imaging system in the millimeter and submillimeter wavelength range, containing at least one composite radiation source in the millimeter or submillimeter wavelength range, intended to illuminate the field of view of the specified imaging system and made in the form of a spatially distributed set of separate independent point sources of radiation, bearing the radiation frequency of each of which differs from the carrier frequency of the radiation of any other radiation source from bound set by a small amount, not exceeding the allowable manufacturing deviations fixed carrier frequency for different narrowband radiation sources of the same type produced in the same production conditions, an element for focusing the radiation reflected from the objects of observation located in the specified field of view on the receiving device, made with the function of independently receiving the specified focused radiation incident from various spatial parts of the specified field of view and converting it into the corresponding matrix set of electrical signals, the outputs of which are connected to a device designed to form an image of the field of view from the specified matrix array signals and displaying this image on the display, and each image element is formed by the corresponding electric signal from the specified matrix set, and each electric signal corresponds to radiation reflected from those parts of the observed objects that are located in one of the indicated parts of the field of view and different electrical signals correspond to different parts of this field of view (US patent N ° 5227800, GOlS 13/89, publ. 07/13/1993).
Указанный источник информации принят в качестве прототипа для заявляемых устройств.The specified source of information adopted as a prototype for the claimed devices.
Из этого же источника информации известен способ формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн, заключающийся в формировании излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, состоящего из отдельных парциальных отличающихся друг от друга по физическим параметрам излучений, направлении сформированных излучений в сторону объекта наблюдения, приеме через фокусирующий элемент рассеянного из зоны нахождения объекта наблюдения излучения, преобразовании принятого излучения в электрические сигналы и формировании по данным электрическим сигналам визуально воспринимаемого изображения объекта наблюдения. Указанный источник информации также принят в качестве прототипа для заявляемых объектов. Этот способ активного формирования изображений и соответствующая активная ММ/СММ СФИ основаны на оригинальном способе формирования пространственно некогерентного квазимонохроматического излучения в зоне досмотра, совпадающим с полем зрением СФИ. Особенностью способа и системы формирования изображения при детектировании объекта является использование в качестве освещающего прибора пространственно распределенной решетки (матрицы) точечных источников ММ/СММ излучения. Точечные источники решетки являются источниками квазимонохроматического излучения с слегка различными центральными частотами излучаемого излучения (частотное распределение не больше, чем стандартные допуски для источников промышленного изготовления). Решетки предназначены для освещения объекта излучением с уменьшенной пространственной когерентностью. Изображение объекта проецируется на многоэлементную приемную матрицу (МПМ) посредством фокусирующей линзы. Совокупность электрических сигналов генерируется МПМ и обрабатывается (смешивается, усиливается, фильтруется и т.д.) электронными средствами так, чтобы сформировать изображение объекта и визуализировать его на экране соответствующего дисплея. Существенным недостатком такой системы является тот факт, что в миллиметровом диапазоне волн невозможно получить качественное изображение путем простого разрушения пространственной когерентности почти монохроматического излучения в поле зрения СФИ , как это осуществляется в оптических системах. Это имеет место благодаря почти зеркальному отражению излучения миллиметрового диапазона практически от всех объектов, представляющих интерес для дистанционного обнаружения, в отличие от диффузного характера отражения излучения оптического диапазона от практических любых предметов (кроме ограниченного числа объектов зеркального типа). В ММ/СММ диапазоне волн во входной зрачок фокусирующего элемента СФИ преимущественно попадают только то небольшое число компонент излучения из всего широкого углового спектра компонент пространственно-некогерентного освещающего объект излучения, которые удовлетворяют условию зеркального отражения. Поэтому пространственная когерентность излучения, которое преимущественно фокусируется на приемной матрице и участвует в формировании изображения, обладает достаточно высокой когерентностью, даже в том случае, когда излучение, освещающее объект, характеризуется предельно низкой пространственной когерентностью. Благодаря этому формируемые изображения характеризуются высоким уровнем когерентных шумов (спеклов) и подвержены влиянию зеркальных бликов, разрушающих качество получаемых изображений.From the same source of information, there is a known method of imaging in the millimeter and submillimeter wavelength range, which consists in generating radiation in the millimeter or submillimeter wavelength range, consisting of individual partial radiations that differ in physical parameters of radiation, the direction of the generated radiation toward the object of observation, reception through focusing element of radiation scattered from the zone of the object of observation, converting the received radiation into electrical signals ala and forming electrical signals according to the visually perceived image of the object. The specified source of information is also adopted as a prototype for the claimed objects. This method of active imaging and the corresponding active MM / SMM SFI are based on the original method of generating spatially incoherent quasimonochromatic radiation in the inspection area, which coincides with the SFI field of view. A feature of the method and system of image formation during the detection of an object is the use of a spatially distributed array (matrix) of point sources of MM / SMM radiation as a lighting device. The point sources of the grating are sources of quasi-monochromatic radiation with slightly different central frequencies of the emitted radiation (the frequency distribution is not greater than the standard tolerances for sources of industrial manufacture). Lattices are designed to illuminate an object with radiation with reduced spatial coherence. The image of the object is projected onto a multi-element receiving matrix (MPM) using a focusing lens. The set of electrical signals is generated by the MMM and processed (mixed, amplified, filtered, etc.) electronically so as to form an image of the object and visualize it on the screen of the corresponding display. A significant drawback of such a system is the fact that in the millimeter wave range it is impossible to obtain a high-quality image by simply destroying the spatial coherence of almost monochromatic radiation in the field of view of the SFI, as is done in optical systems. This is due to the almost specular reflection of millimeter-wave radiation from almost all objects of interest for remote detection, in contrast to the diffuse nature of the reflection of optical-band radiation from almost any object (except for a limited number of mirror-type objects). In the MM / SMM wavelength range, only a small number of predominantly fall into the entrance pupil of the focusing element radiation component from the entire wide angular spectrum of the components of a spatially incoherent radiation illuminating the object, which satisfy the condition of specular reflection. Therefore, the spatial coherence of radiation, which mainly focuses on the receiving matrix and is involved in image formation, has a fairly high coherence, even when the radiation illuminating the object is characterized by extremely low spatial coherence. Due to this, the generated images are characterized by a high level of coherent noise (speckles) and are subject to the influence of specular reflections that destroy the quality of the resulting images.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Настоящее изобретение направлено на решение указанных выше проблем, согласно которому конечное (результатное) изображение СФИ получается как результат анализа и синтеза достаточного числа парциальных изображений наблюдаемого объекта, получаемых независимо друг от друга и каждое их которых характеризуется независимым (и отличным друг от друга) набором параметров излучения. К таким физическим параметрам относятся несущая частота излучения освещения, его поляризационное состояние, угол падения и т.д. Анализ и синтез таких изображений (под синтезом может пониматься, например, взвешенное накопление парциальных изображений) выполняется посредством аналоговых или цифровых электронных (электронно- оптических) средств или их комбинаций. Такой расширенный набор парциальных изображений для различных комбинаций физических параметров допускает намного лучший анализ объектов и помех в конечном изображении, поскольку он допускает независимый доступ к таким компонентам. Имея доступ к парциальным компонентам изображений можно, например, оптимизировать по выбранному критерию взвешенную комбинацию таких компонент (например минимизировать уровень (помеховых) компонент, разрушающих визуальное качество конечного изображения и снижающих его информационное содержание. В конечном счете открываются уникальные возможности по выявлению отличительных особенностей наблюдаемых объектов и значительному увеличению вероятности их правильного распознавания.The present invention is directed to solving the above problems, according to which the final (final) image of the SFI is obtained as a result of analysis and synthesis of a sufficient number of partial images of the observed object, obtained independently of each other and each of which is characterized by an independent (and different from each other) set of parameters radiation. Such physical parameters include the carrier frequency of illumination, its polarization state, angle of incidence, etc. The analysis and synthesis of such images (synthesis may be understood, for example, as a weighted accumulation of partial images) is carried out by means of analog or digital electronic (electron-optical) means or their combinations. Such an expanded set of partial images for various combinations of physical parameters allows a much better analysis of objects and interference in the final image, since it allows independent access to such components. Having access to the partial components of the images, for example, it is possible to optimize the weighted combination of such components according to the selected criterion (for example, to minimize the level of (interfering) components, destroying the visual quality of the final image and reducing its information content. Ultimately, unique opportunities open up to identify the distinctive features of the observed objects and significantly increase the likelihood of their correct recognition.
Достигаемый при этом технический результат заключается в обнаружении маскированных объектов на теле человека или в его багаже независимо от материала, из которого этот объект изготовлен, на основе формировании его изображений с улучшенным визуальным качеством информационным содержанием .The technical result achieved in this case consists in the detection of masked objects on the human body or in its luggage, regardless of the material from which this object is made, based on the formation of its images with improved visual quality information content.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что устройство дистанционного обнаружения оружия и взрывчатки, спрятанных под одеждой людей, содержащая по крайней мере один источник излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, выполненный в виде набора отдельных независимых элементов излучения, физические параметры излучения каждого из которых выполнены отличными от физических параметров излучения других элементов излучения, элемент для фокусирования излучения, отраженного от объекта наблюдения, в направлении приемного устройства, выполненного с функцией независимого приема излучения, падающего из соответствующих комплементарных частей области нахождения объекта наблюдения и преобразования его в матричный набор соответствующих электрических сигналов, выходы которого связаны с процессором для формирования изображения объекта наблюдения и зоны его нахождения и отображения этого изображения на дисплее, причем каждый элемент изображения сформирован соответствующим электрическим сигналом из этого матричного набора, которому соответствует пространственно определенная часть объекта наблюдения и окружающей зоны его нахождения, снабжена диффузором, расположенным на расстоянии от источника излучения для приема излучения и рассеяния его в сторону области наблюдения, каждый отдельный независимый элемент излучения источника излучения выполнен с возможностью кодирования излучения за счет модуляции последнего, отличной от модуляции других отдельных независимых элементов излучения, диффузор выполнен активным с возможностью реализации функции уменьшения пространственной когерентности падающего излучения и/или с возможностью реализации функции рассеяния падающего излучения пространственно различными частями диффузора с дополнительным кодированием излучения посредством модуляции рассеивающих свойств указанных частей диффузора, приемное устройство выполнено с возможностью независимого приема каждой кодированной составляющей излучения, падающей из области нахождения объекта наблюдения, и преобразования каждого электрического сигнала из матричного набора в набор электрических сигналов, причем каждый электрический сигнал из набора электрических сигналов соответствует отдельной кодированной составляющей излучения, процессорный блок выполнен с функциями независимого приема отдельных электрических сигналов, преобразования каждого матричного набора электрических сигналов, полученных из электрических сигналов с одинаковым кодированием, в соответствующее ему отдельное парциальное изображение, и формирования результатного изображения объекта наблюдения и области его нахождения путем объединения отдельных парциальных изображений или их фрагментов.The specified technical result for the device is achieved by the fact that the device for remote detection of weapons and explosives hidden under clothing of people, containing at least one radiation source in the millimeter or submillimeter wavelength range, made in the form of a set of separate independent radiation elements, the physical radiation parameters of each of which made different from the physical parameters of the radiation of other radiation elements, an element for focusing radiation reflected from the object of observation, in the direction of the receiving device, which has the function of independently receiving radiation incident from the corresponding complementary parts of the area of the observation object and converting it into a matrix set of corresponding electrical signals, the outputs of which are connected to the processor to form an image of the observation object and its location zone and display this image on a display, each image element being formed by a corresponding electrical signal from this matrix set, which corresponds to a spatially defined part of the observed object and its location surrounding area, is provided with a diffuser, located at a distance from the radiation source for receiving the radiation and scattering it in toward the surveillance area, each individual independent radiation element the radiation source is configured to encode radiation by modulating the latter, different from modulation of other separate independent radiation elements, the diffuser is active with the possibility of implementing the function of reducing the spatial coherence of the incident radiation and / or with the possibility of implementing the scattering function of the incident radiation by spatially different parts of the diffuser with additional coding radiation by modulating the scattering properties of these parts of the diffuser, receiving The property is configured to independently receive each coded component of the radiation incident from the area of the observation object, and to convert each electric signal from the matrix set into a set of electrical signals, with each electrical signal from a set of electrical signals corresponding to a separate coded component of radiation, the processor unit is configured to independent reception of individual electrical signals, conversion of each matrix set of electrical signals fishing, obtained from electrical signals with the same coding, into a separate partial image corresponding to it, and forming the resultant image of the object of observation and its location by combining individual partial images or their fragments.
Указанный результат для способа достигается тем, что в способе дистанционного обнаружения оружия и взрывчатки, спрятанных под одеждой людей, заключающемся в формировании излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, состоящего из отдельных парциальных отличающихся друг от друга по физическим параметрам излучений, направлении сформированных излучений в сторону объекта наблюдения, приеме через фокусирующей элемент рассеянного от объекта наблюдения излучения, преобразовании принятого излучения в электрические сигналы и формировании по данным электрическим сигналам визуально воспринимаемого изображения объекта наблюдения, каждое отдельное парциальное излучение дополнительно кодируют путем его модуляции, отличной по параметрам от модуляции других парциальных излучений, направляют парциальные излучения на диффузор для уменьшения их пространственной когерентности и/или рассеяния их различными пространственными частями диффузора для создания дополнительных парциальных излучений с дополнительным модулированием, соответствующим углу падения на объект наблюдения, после отражения излучения от объекта наблюдения осуществляют фокусирование этого излучения и передачу его на приемное устройство, которое осуществляет прием этого излучения независимо из каждой части наблюдаемого пространства в зоне нахождения объекта наблюдения и перевод набора излучений в соответствующий матричный набор электрических сигналов, осуществляют декодирование парциальных электрических сигналов, соответствующих указанным парциальным излучениям, из каждого из указанных электрических сигналов указанного матричного набора формируют парциальные изображения из матричных наборов различных парциальных электрических сигналов, а затем осуществляют объединение парциальных изображений или их фрагментов для формирования визуально воспринимаемого результатного изображения объекта.The specified result for the method is achieved in that in the method for remote detection of weapons and explosives hidden under the clothes of people, which consists in the formation of radiation in the millimeter or submillimeter wavelength range, consisting of individual partial radiations that differ in physical parameters, the direction of the generated radiations to the side object of observation, reception of radiation scattered from the object of observation through a focusing element, conversion of received radiation into electrical signal la and the formation of these electrical signals visually perceived image of the observation object, each individual partial radiation is additionally encoded by modulating it, which is different in parameters from the modulation of other partial radiation, directing partial radiation to the diffuser to reduce their spatial coherence and / or scattering them by the various spatial parts of the diffuser to create additional partial radiation with additional modulation, corresponding to the angle of incidence on the object of observation, after reflection of radiation from the object of observation carry out focus The transmission of this radiation and its transmission to a receiving device that receives this radiation independently from each part of the observed space in the area of the object under observation and translates the set of emissions into the corresponding matrix set of electrical signals, decodes the partial electrical signals corresponding to the specified partial emissions from each from the indicated electrical signals of the indicated matrix set, partial images are formed from the matrix sets are different x partial electrical signals, and then combine partial images or fragments thereof to form a visually perceived resulting image of the object.
Указанные признаки для каждого из объектов являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности признаков для каждого из объектов.The indicated features for each of the objects are significant and interconnected with the formation of a stable set of features for each of the objects.
Краткое описание чертежей Настоящее изобретение иллюстрируется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенными совокупностями существенных признаков требуемого результата.Brief Description of the Drawings The present invention is illustrated by specific examples, which, however, are not the only possible, but clearly demonstrate the possibility of achieving the essential characteristics of the desired result by the given sets.
На фиг. 1 - обобщенная структурная схема одной из возможных реализаций активной системы формирования синтезированных изображений; фиг. 2 - структурная схема системы формирования синтезированных изображений; фиг. 3 - точечно-подобный источник излучения в волноводной реализации; фиг. 4 - устройство частотного преобразования и обработки сигнала; фиг. 5 - первое парциальное изображение, характеризуемое первым положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 6 — второе парциальное изображение, характеризуемое вторым положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 7 - третье парциальное изображение, характеризуемое третьим положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 8 - четвертое парциальное изображение, характеризуемое четвертым положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 9 - показаны кривые таких парциальных изображенийIn FIG. 1 is a generalized block diagram of one of the possible implementations of the active system for the formation of synthesized images; FIG. 2 is a structural diagram of a system for generating synthesized images; FIG. 3 - point-like radiation source in a waveguide implementation; FIG. 4 - a device for frequency conversion and signal processing; FIG. 5 - the first partial image, characterized by the first position of a point-like radiation source relative to the observation area; FIG. 6 is a second partial image characterized by a second position of a point-like radiation source relative to the observation area; FIG. 7 - the third partial image, characterized by the third position of a point-like radiation source relative to the observation area; FIG. 8 is a fourth partial image characterized by a fourth position of a point-like radiation source relative to the observation area; FIG. 9 shows the curves of such partial images
(одинаковые сечения изображений), физические параметры излучений которых практически близки (например частоты практически одинаковы(identical image cross-sections), the physical parameters of the radiation of which are practically close (for example, the frequencies are almost the same
(в случае изменения частоты излучения как параметра), или углы подсвета практически одинаковы; фиг. 10 - показаны парциальные изображения, физические параметры которых (указанный угол падения компонент на объект) отличны друг от Друга на величину, при которой эти изображения для наблюдаемого объекта становятся статистически различимыми; фиг. 11 - показаны парциальные изображения, физические параметры которых (указанный угол падения компонент на объект) отличны друг от друга на величину, при которой эти изображения для наблюдаемого объекта становятся статистически различимыми, однако средняя энергия изображений различны в силу различий в «диффyзнoм» и « зepкaльнoм» отражений от объекта соответствующих компонент излучения; фиг. 12 — представлен первый вид результатов численного моделирования объекта (по форме напоминающего пистолет), имеющего внешнее сходство формы и характерных размеров деталей с типичными формами и деталями для таких объектов; фиг. 13 - представлен второй вид результатов численного моделирования объекта (по форме напоминающего пистолет), имеющего внешнее сходство формы и характерных размеров деталей с типичными формами и деталями для таких объектов; фиг. 14 - изображена шкала градаций для уровня сигнала в соответствующих элементах изображений, показанных на фиг.12- 13; фиг. 15 - показана структурная схема системы формирования изображений с использованием несканируемого многоэлементного пространтственно-распределенного источника излучения и несканируемого многоэлементного приемного устройства; фиг. 16 - детализированная схема адаптивной ММ/СММ системы формирования изображений, основанная на использовании многоэлементного пространственно-распределенного источника излучения и многоэлементного приемного устройства; фиг. 17 - функциональная схема генератора двух взаимно- когерентных сигналов, состоящего из парных генераторов со стабилизированной частотой их разностного сигнала; фиг. 18 - устройство для приема многокомпонентного излучения, усиления, декодирования и последующей обработки разностных сигналов первого типа фиг. 19 - устройство для приема многокомпонентного излучения, усиления, декодирования и последующей обработки разностных сигналов первого типа фиг. 20 - устройство для приема многокомпонентного излучения, усиления, декодирования и последующей обработки разностных сигналов первого типа; фиг. 21 - первый пример реализация генератора взаимно когерентных сигналов генератора BKC с числом генерируемых сигналов большим двух и с различным значением разностных частот; фиг. 22 - представлены фазорные диаграммы компонент излучения; фиг. 23 - схема системы формирования изображений, иллюстрирующая механизм формирования сильных «зepкaльныx» и слабых «диффyзныx» сигнальных составляющих в принятом сигнале; фиг. 25 - представлена схема МПР источника излучения; фиг. 26 - представлен спектр одной из боковых составляющих результирующего излучения в зоне наблюдения; фиг. 27 - показана тонкая структура спектра сигнала, полученного одним из приемных элементов приемной матрицы при формировании изображения объекта; фиг. 28 - показана тонкая структура спектра сигнала фиг.27 после уменьшения уровня зеркальных составляющих спектра. фиг. 29- графическое отображение особенностей распределение спектральных линий декодированных сигналов, соответствующих тонкой структуре спектра фиг. 27, в виде двумерной матрицы- диаграммы. фиг. 30 - графическое отображение особенностей распределение спектральных линий декодированных сигналов, соответствующих тонкой структуре спектра фиг. 28, в виде двумерной матрицы-диаграммы. фиг.Зl- иллюстрация особенностей радиометрического и многокомпонентного формирования изображений. фиг. 32 - иллюстрация положения объекта на человеке, с указанием стрелками возможных отражений формирующих различные парциальные изображения; фиг. 33 - иллюстрация процесса формирования результатного синтезированного изображения из набора парциальных изображений, из которого исключаются шумоподобные мешающие парциальные изображения; фиг. 34 — второй пример реализация генератора взаимно когерентных сигналов генератора BKC с числом генерируемых сигналов большим двух и с различным значением разностных частот; фиг. 35 - пример реализации генератора взаимно когерентных сигналов, составные генераторы которых имеют существенно различные частоты; фиг. 36 - обобщенная схема приемного канала входного узла приемного устройства; фиг. 37 - представлен стандартный входной тракт супергетеродинного приемника, первая схема входного узла приемного устройства; фиг. 38 - вторая схема входного узла приемной устройства; фиг. 39 - третья схема входного узла приемной устройства; фиг. 40 - четвертая схема входного узла приемной устройства.(in the case of a change in the radiation frequency as a parameter), or the illumination angles are almost the same; FIG. 10 - partial images are shown whose physical parameters (the indicated angle of incidence of the components on the object) are different from each other by the amount at which these images for the observed object become statistically distinguishable; FIG. 11 - partial images are shown whose physical parameters (the specified angle of incidence of the components on the object) are different from each other by the amount at which these images for the observed object become statistically distinguishable, however, the average energy images are different due to differences in the "diffuse" and "mirror" reflections from the object of the corresponding radiation components; FIG. 12 - presents the first view of the results of numerical modeling of an object (in shape resembling a gun) having an external similarity in the shape and characteristic dimensions of parts with typical shapes and details for such objects; FIG. 13 - a second view of the results of numerical modeling of an object (in shape resembling a gun) is presented, having an external similarity in the shape and characteristic dimensions of parts with typical shapes and details for such objects; FIG. 14 - shows the gradation scale for the signal level in the corresponding image elements shown in Fig.12-13; FIG. 15 is a structural diagram of an imaging system using an unscannable multi-element spatially distributed radiation source and an unscanned multi-element receiving device; FIG. 16 is a detailed diagram of an adaptive MM / SMM imaging system based on the use of a multi-element spatially distributed radiation source and multi-element receiving device; FIG. 17 is a functional diagram of a generator of two mutually coherent signals, consisting of paired generators with a stabilized frequency of their difference signal; FIG. 18 is a device for receiving multi-component radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type of FIG. 19 - a device for receiving multicomponent radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type FIG. 20 - a device for receiving multicomponent radiation, amplification, decoding and subsequent processing of difference signals of the first type; FIG. 21 is a first example implementation of a mutually coherent signal generator of a BKC generator with a number of generated signals greater than two and with different difference frequency values; FIG. 22 shows phase diagrams of radiation components; FIG. 23 is a diagram of an image forming system illustrating a mechanism for generating strong “mirror” and weak “diffuse” signal components in a received signal; FIG. 25 is a diagram of the MPR of a radiation source; FIG. 26 - shows the spectrum of one of the side components of the resulting radiation in the observation zone; FIG. 27 - shows the fine structure of the spectrum of the signal received by one of the receiving elements of the receiving matrix when forming the image of the object; FIG. 28 shows the fine structure of the spectrum of the signal of FIG. 27 after reducing the level of the mirror components of the spectrum. FIG. 29 is a graphical representation of the distribution of spectral lines of decoded signals corresponding to the fine structure of the spectrum of FIG. 27, in the form of a two-dimensional matrix diagram. FIG. 30 is a graphical representation of the distribution of spectral lines of decoded signals corresponding to the fine structure of the spectrum of FIG. 28, in the form of a two-dimensional matrix diagram. Fig.Zl is an illustration of the features of radiometric and multicomponent image formation. FIG. 32 is an illustration of the position of an object on a person, indicating the arrows of possible reflections forming various partial images; FIG. 33 is an illustration of the process of generating the resulting synthesized image from a set of partial images, from which eliminates noise-like interfering partial images; FIG. 34 is a second example implementation of a mutually coherent signal generator of a BKC generator with a number of generated signals greater than two and with different values of the difference frequencies; FIG. 35 is an example implementation of a mutually coherent signal generator whose composite generators have substantially different frequencies; FIG. 36 is a generalized diagram of a receiving channel of an input node of a receiving device; FIG. 37 - shows the standard input path of the superheterodyne receiver, the first circuit of the input node of the receiving device; FIG. 38 is a second diagram of an input node of a receiving device; FIG. 39 is a third diagram of an input node of a receiving device; FIG. 40 is a fourth diagram of an input node of a receiving device.
Лучшие варианты осуществления изобретения На фиг.l. показана обобщенная структурная схема одной из возможных реализаций активной системы формирования синтезированных изображений.BEST MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. Shows a generalized structural diagram of one of the possible implementations of the active system for the formation of synthesized images.
В этой реализации активная система формирования синтезированных изображений может состоять из:In this implementation, an active system for generating synthesized images may consist of:
1) Пространственно-распределенного (ПР) источника 1 многокомпонентного излучения миллиметрового и/или субмиллиметрового диапазонов волн, каждая компонента 2, 3, 4, 5 которого характеризуется различным набором величин физических параметров, при этом такие компоненты могут быть либо отличительно кодированы (например отличительно модулированы) , либо излучаются в различные моменты времени. ПР источник 1 предназначен для освещения многокомпонентным излучением зоны наблюдения 6 и находящихся в них человека 7 и спрятанного на его теле объекта 8 под одеждой 9;1) Spatially distributed (PR) source 1 of multicomponent radiation of millimeter and / or submillimeter wavelengths, each component 2, 3, 4, 5 of which is characterized by a different set of values of physical parameters, while such components can be either distinctively encoded (for example, distinctively modulated ), or emitted at different points in time. PR source 1 is intended for illumination by multicomponent radiation of the observation zone 6 and the person 7 located in them and the object 8 hidden on his body under the clothes 9;
2) Фокусирующего элемента 10 (например, линзы), предназначенного для фокусирования отраженного в зоне наблюдения 6 излучения, представляющего собой совокупность отраженных компонент излучения 11,12,13,14, в плоскости резкого изображения 15;2) A focusing element 10 (for example, a lens) intended to focus the radiation reflected in the observation zone 6, which is a set of reflected radiation components 11,12,13,14, in the plane of the sharp image 15;
3) Приемного устройства 16, выполненного с функцией приема многокомпонентного излучения в различных пространственных точках поверхности (в частности плоскости) резкого изображения (ПРИз), преобразования излучения, принятого в каждой из указанных точках ПРИз в соответствующий первичный электрический сигнал, преобразования каждого первичного сигнала в соответствующий набор отдельных вторичных электрических сигналов, соответствующим указанным кодированным (например, модулированным) компонентам излучения, излученным указанным ПР источником в одни и те же промежутки времени, и/или компонентам, излученным в различные промежутки времени, и входящие в состав принятого в данной точке ПРИз многокомпонентного излучения с использованием процедур декодирования (например посредством демодуляции) кодированных (модулированных) вторичных электрических сигналов и/или процедур временного разделения для соответствующих вторичных электрических сигналов с временным уплотнением,3) A receiving device 16, configured to receive multicomponent radiation at various spatial points on the surface (in particular the plane) of a sharp image (PRIZ), converting the radiation received at each of these PRIZ points into a corresponding primary electrical signal, converting each primary signal to the corresponding a set of separate secondary electrical signals corresponding to the indicated coded (e.g. modulated) radiation components emitted by the indicated PR source at the same time intervals, and / or components emitted at different time intervals, and which are part of the multicomponent radiation adopted at a given point in the PRIZ using decoding procedures (for example, by demodulation) of encoded (modulated) secondary electrical signals and / or time division procedures for the corresponding secondary electrical signals with temporary compaction,
4) Первой поляризационной решеткой 17, расположенной между линзой 10 и плоскостью резкого изображения 15, которая может вращаться вокруг оптической оси 18, для пропускания на приемной устройство 16 линейно-поляризационных компонент излучения с определенным выбираемом направлением поляризации, посредством механически связанного с первой поляризационной решеткой 17 узла вращения 19, управляемого внешними контролирующими сигналами, 5) Второй поляризационной решеткой 20, расположенной между ПР источником излучения 1 и зоной наблюдения 6, которая снабжена функцией вращения вокруг оси, проведенной через центр ПР источника 1 и центр зоны наблюдения 6 , посредством механически связанного с ней узла вращения 21, под управлением внешними контролирующими сигналами, для пропускания в зону наблюдения 6 линейно- поляризационных компонент излучения, с определенным выбираемом направлением поляризации,4) The first polarizing grating 17, located between the lens 10 and the sharp image plane 15, which can rotate around the optical axis 18, for transmitting linearly polarizing radiation components with a certain selectable direction of polarization to the receiving device 16, by means of mechanically connected with the first polarizing grating 17 node rotation 19, controlled by external monitoring signals, 5) The second polarizing grating 20, located between the PR radiation source 1 and the observation zone 6, which is equipped with a rotation function around the axis, passed through the center of the PR source 1 and the center of the observation zone 6, through a mechanically connected rotation unit 21, under the control of external control signals for transmitting into the observation zone 6 linearly polarized radiation components, with a certain selectable direction of polarization,
6) процессорного устройства 22, связанного с приемным устройством 16 , ПР источником излучения 1, узлом вращения 19 и узлом вращения 21 и предназначено, в том числе, для управления работой приемного устройства 16 , ПР источника излучения 1 и узлов вращения 19,21. Процессорное устройство выполнено с функцией приема вторичных сигналов и определения посредством их обработки интенсивности излучения каждой из соответствующих компонент излучения, принятых приемным устройством 16 в соответствующих точках ПРИз 15, а также формирования многочисленных парциальных изображений, величины значений элементов (отсчетов) которых соответствует интенсивностям тех компонент излучения, которые приняты в различных точках плоскости резкого изображения (ПРИз) приемным устройством 16 , и физические параметры которых либо практически одинаковы, либо лежат в определенных диапазонах, либо выбираются исходя из одного и того же критерия выбора. При этом для формирования каждого элемента парциального изображения используется только одна компонента из компонент излучения принятых приемным устройством в соответствующей данному элементу пространственной точки плоскости резкого изображения. Процессорное устройство 22 предназначено также для выполнения функции синтеза высококачественного изображения, в том числе путем взвешенного суммирования парциальных изображений или их ограниченных фрагментов. В такие фрагменты может входить небольшое число элементов (отсчетов) изображений, вплоть до одного элемента.6) a processor device 22 associated with the receiving device 16, the PR radiation source 1, the rotation unit 19 and the rotation unit 21, and is intended, inter alia, to control the operation of the receiving device 16, the PR radiation source 1 and the rotation units 19,21. The processor device has the function of receiving secondary signals and determining, by processing them, the radiation intensity of each of the respective radiation components received by the receiving device 16 at the corresponding points of PRIZ 15, as well as the formation of numerous partial images, the values of the elements (counts) of which correspond to the intensities of those radiation components which are received at various points of the sharp image plane (PRIZ) by the receiving device 16, and whose physical parameters either almost identical, or lie in certain ranges, or are selected based on the same selection criteria. Moreover, for the formation of each element of the partial image, only one component of the radiation components received by the receiving device in the corresponding spatial element of the spatial point of the sharp image plane is used. The processor device 22 is also intended to perform the function of synthesizing high-quality images, including by weighted summation of partial images or their limited fragments. Such fragments may include a small number of elements (counts) of images, up to one element.
При этом доля значения величины элемента каждого из парциальных изображений, используемой для формирования значения величины соответствующего элемента синтезированного изображения, определяется в соответствии с алгоритмом достижения наилучшего качества синтезированного изображения и зависит от параметров компоненты излучения, ответственной за формирование данного парциального изображения и характеристик отражения этого компоненты тем участком поверхности объекта, который изображается данным пикселем, а также характеристиками соседних с ним участков поверхности.The fraction of the value of the element value of each of the partial images used to generate the value of the corresponding element of the synthesized image is determined in accordance with the algorithm for achieving the best quality of the synthesized image and depends on the parameters of the radiation component responsible for the formation of this partial image and the reflection characteristics of this component the surface area of the object that is displayed by this pixel, as well as the characteristics neighboring areas of the surface.
Процессорное устройство 22 может также выполнять функцию автоматического распознавания изображений и идентификацию по этому изображению маскированного объекта 8. 7) Отображающего устройства 23 предназначено для визуализации полученных изображений посредством высвечивания их на экране дисплея отображающего устройства 23, которое связано с процессорным устройством 22.The processor device 22 may also perform the function of automatically recognizing images and identifying a masked object 8 from this image. 7) The display device 23 is intended to visualize the obtained images by displaying them on the display screen of the display device 23, which is associated with the processor device 22.
Процессорное устройство может выполнять управление положением поляризационных решеток 17, 20 посредством подачи соответствующих контролирующих сигналов на их узлы управления 19,21 , что позволяет формировать поляризационно-зависимые ( в частности образованные как ко-, так и кросс- поляризационными компонентами излучения) парциальные изображения Под кодированием различных компонент излучения здесь и далее будут пониматься процедуры отличительного маркирования указанных компонент излучения или, другими словами, наделение каждой компоненты (или нескольким практически одинаковым по физическим параметрам компонентам) отличительным признаком. Такое кодирование осуществляется в многокомпонентном ПР источнике излучения. Процедуры кодирования компонент излучения могут основываться на отличительном модулировании (амплитудном модулировании, частотном модулировании, фазовом модулировании и т.д.) различных компонент излучения отличными друг от друга модулирующими сигналами или, например, на формировании излучения, отличительные компоненты излучения которого являются дублетными компонентами излучения, спектральные линии каждого из дублета (эти две спектральные линии по своим физическим свойствам могут отвечать практически эквивалентным излучениям) отличаются друг от друга по несущей частоте на величину, которая различна для различных дублетов. (Компоненты могут быть таюке мультиплетными, а их спектральные линии, в том числе, отвечать различным физическим параметрам, например, различным поляризационным состояниям). Под кодированием могут пониматься и другие процедуры наделения отличительным признаком различных компонент излучения. В этом случае в приемном устройстве, из первичных электрических сигналов сформированных приемным устройством из принятого в различных точках ПРИз 15 сфокусированного излучения, могут быть выделены, посредством соответствующих декодирующих устройств (например, демодулирующих устройств) многочисленные вторичные электрические сигналы, каждый из которых соответствует только одной их кодированных (например, модулированных) компонент. При этом процедуры кодирования (например, модулирования) компонент излучения и декодирования (например, демодулирования) соответствующих им электрических сигналов должны осуществляться таким образом, чтобы по каждому образованному вторичному сигналу могла быть измерена интенсивность каждой из соответствующей сфокусированной компоненты излучения, принимаемой приемным устройством в указанных пространственных точках ПРИз 15.The processor device can control the position of the polarization gratings 17, 20 by supplying the corresponding control signals to their control nodes 19,21, which allows the formation of polarization-dependent (in particular, formed by both co- and cross-polarized radiation components) partial images Under coding different radiation components hereinafter, we will understand the procedures for the distinctive marking of these radiation components or, in other words, the endowment of each component you (or more substantially identical components on physical parameters) feature. Such coding is carried out in a multi-component PR radiation source. The coding procedures for radiation components may be based on distinctive modulation (amplitude modulation, frequency modulation, phase modulation, etc.) of various radiation components by different modulating signals or, for example, on the formation of radiation, the distinctive radiation components of which are doublet radiation components, the spectral lines of each doublet (these two spectral lines in their physical properties can correspond to practically equivalent emissions) differ from each other in the carrier frequency by an amount that is times ichna for various doublets. (Components can be multiplet as well, and their spectral lines, including, correspond to various physical parameters, for example, different polarization states). Under the coding can be understood other procedures for endowing the hallmark of various components of the radiation. In this case, in the receiving device, from the primary electrical signals generated by the receiving device from the focused radiation received at various points of the PRIZ 15, numerous secondary electrical signals can be extracted by means of corresponding decoding devices (for example, demodulating devices), each of which corresponds to only one of them encoded (e.g. modulated) components. In this case, the coding (for example, modulating) procedures of the radiation components and decoding (for example, demodulating) of the electrical signals corresponding to them should be carried out in such a way that the intensity of each of the corresponding focused radiation components received by the receiving device in the specified spatial Prize points 15.
Процессорное устройство выполнено с функцией приема всех вторичных сигналов для всех указанных наборов и определения, посредством их обработки, интенсивности излучения каждой соответствующей компоненты излучения, из совокупности компонент, принятых приемным устройством 16 в соответствующих точках ПРИз 15 и формирование многочисленных парциальных изображений, причем значению какого-либо элемента каждого парциального изображения присваивается величина интенсивности только одного из вторичных сигналов, и из того набора вторичных сигналов, который соответствует излучению, принятой в определенной пространственной точке в ПРИз 15. Положение точки ПРИз относительно других точек приема излучения ПУ16 в ПРИз соответствует положению соответствующего элемента (отсчета) парциального изображения относительно его других элементов (отсчетов). Каждый вторичный сигнал из всех наборов вторичных сигналов участвует в формирование только одного элемента изображения (отсчета) для всех из формируемых парциальных изображений. Если для формирования какого-либо парциального изображения по каким-либо причинам недостаточно полученных вторичных сигналов, тогда соответствующим элементам присваиваться какое-либо определенное значение (например, равное нулю). Выбор вторичных сигналов для формирования каждого из парциальных изображений осуществляется по заранее выбранному критерию выбора. Преимущественно каждое парциальные изображения формируются из вторичных сигналов, образованных из одной и той же компоненты излучения, но принятой ПУ 16, соответственно, в различных пространственных точках ПРИз 15 (если используется многоэлементное приемное устройство) или различным компонентам излучения (излученным в различные моменты времени, что связано со сканирующим принципом приема используемого ПУ16), но с одинаковыми физическими параметрами или различным компонентам излучения с близкими по значению физическим параметрами (если некоторые физические параметры компонент излучения ПР источника 1 также сканируются во времени) и т.д.. Далее процессорное устройство 22 выполняет синтезирование качественного изображения зоны наблюдения 6 и находящихся в них объектов, например, человека 7 и спрятанного под одеждой 9 объекта 8 из полученных парциальных изображений. Предварительно каждое из парциальных изображений может быть подвергнуто одной из традиционных процедур анализа изображений (например выявлению элементов изображения, соответствующих участков поверхности объекта 8, зеркально отразивших данную компоненту излучения, поэтому величина ее интенсивности в каких элементах соответствующего парциального изображения слишком велика в сравнении с соответствующими элементами других парциальных изображений) и процедур обработки парциальных изображений (например, процедурам пространственной фильтрации и/или уменьшения или удаления (замены заведомо малой величиной) значений элементов, соответствующим зеркально отраженным компонентам излyчeния)c целью улучшения их качества. (В ряде случаев традиционные процедуры обработки парциальных изображений могут также вообще не использоваться.) После этого инициируется процедура формирования синтеза результатного изображения с использованием полученного набора парциальных изображений. Указанные парциальные изображения используются в процедуре синтеза результатного (комбинированного) изображения, при этом в процедуре синтеза могут использоваться как все образованные парциальные изображений так, может быть, только часть этих изображений, или только фрагментов части или всех изображений (причем фрагменты могут состоять из любого числа элементов парциальных изображений, в том числе и из только одного элемента). В дальнейшем указанные выше процедуры синтеза изображений будем называть процедурами комбинирования парциальных изображений или называть также процедурами объединения парциальных изображений. К процедурами такого синтеза могут считаться процедуры взвешенного суммирования парциальных изображений, причем значения величины каждого элемента синтезированного изображения равно взвешенной сумме значений тех элементов парциальных изображений (взятых по одному из каждого парциального изображения) положение которых соответствует положению указанного элемента синтезированного изображения. Коэффициенты взвешивания значений величин соответствующих элементов различных парциальных изображений, формирующих значение одного и того же элемента синтезированного изображения могут быть разными, и это может иметь место для любого элемента синтезированного изображения. Как указывалось ранее, любые взвешенные коэффициенты выбираются из условия получения наилучшего качества синтезированного изображения и в соответствии с выбранном алгоритмом достижения требуемого качества синтезированного излучения.The processor device is configured to receive all secondary signals for all of these sets and determine, through their processing, the radiation intensity of each the corresponding radiation component, from the set of components received by the receiving device 16 at the corresponding points of PRIZ 15 and the formation of numerous partial images, moreover, the value of any element of each partial image is assigned the intensity value of only one of the secondary signals, and from that set of secondary signals that corresponds to radiation received at a certain spatial point in PRIZ 15. The position of the PRIZ point relative to other points of reception of radiation PU16 in PRIZ respectively tstvuet position corresponding element (frame) of the partial image with respect to its other components (samples). Each secondary signal from all sets of secondary signals is involved in the formation of only one image element (reference) for all of the generated partial images. If for the formation of a partial image for some reason the received secondary signals are not enough, then the corresponding elements are assigned some specific value (for example, equal to zero). The selection of secondary signals for the formation of each of the partial images is carried out according to a pre-selected selection criterion. Advantageously, each partial image is formed from secondary signals formed from the same radiation component, but received by PU 16, respectively, at different spatial points of PRIZ 15 (if a multi-element receiving device is used) or various radiation components (radiated at different points in time, which due to the scanning principle of reception of the used PU16), but with the same physical parameters or different radiation components with similar physical parameters (if some physical parameters of the radiation components of the PR source 1 are also scanned over time), etc. Next, the processor device 22 synthesizes a high-quality image of the observation zone 6 and those located in them objects, for example, a person 7 and hidden under the clothes 9 of the object 8 from the received partial images. Previously, each of the partial images can be subjected to one of the traditional image analysis procedures (for example, identifying image elements corresponding to areas of the surface of the object 8 that mirror this component of radiation, therefore, the magnitude of its intensity in which elements of the corresponding partial image is too large in comparison with the corresponding elements of other partial images) and partial image processing procedures (for example, spatial f filtering and / or reducing or removing (replacing a knowingly small value) the values of the elements corresponding to the mirror-reflected components of the radiation) in order to improve their quality. (In some cases, the traditional partial image processing procedures may also not be used at all.) After this, the procedure for generating the resulting image synthesis using the obtained set of partial images is initiated. These partial images are used in the synthesis procedure of the resulting (combined) image, while the synthesis procedure can use all of the formed partial images, so maybe only part of these images, or only fragments of part or all images (and fragments can consist of any number partial image elements, including from only one element). Further, the above image synthesis procedures will be called partial image combining procedures or also called partial image combining procedures. The procedures of such synthesis can be considered the procedures of weighted summation of partial images, and the values of each element of the synthesized image is equal to the weighted sum of the values of those elements of the partial images (taken from one of each partial image) whose position corresponds to the position of the specified element of the synthesized image. The weighting coefficients of the values of the values of the corresponding elements of various partial images forming the value of the same element of the synthesized image can be different, and this can be the case for any element of the synthesized image. As indicated earlier, any weighted coefficients are selected from the conditions for obtaining the best quality of the synthesized image and in accordance with the selected algorithm to achieve the required quality of the synthesized radiation.
Для упрощения изложения принципов формирования и синтезирования изображений рассмотрим простейшую реализация такой системы формирования изображения. Структурная схема простейшей по исполнению (но не по функциональным возможностям) системы формирования синтезированных изображений представлена на фиг. 2. Система состоит из сканирующего пространственно-распределенного (СПР) источника 24, фокусирующего элемента (линзы) 10, поляризационной решетки 17 и связанным с ней узлом вращения 19, сканирующего приемного устройства 25, отображающего устройства 23 и процессорного устройства 22. Процессорное устройство 22 электрически связано с отображающим устройством 23, со сканирующим пространственно-распределенным источником 24 через блок управления СПР источником 26 и со сканирующим приемным устройством 25 через блок управления приемным сканирующим устройством 27.To simplify the presentation of the principles of image formation and synthesis, we consider the simplest implementation of such an image formation system. The structural diagram of the simplest in execution (but not in functionality) synthesized image formation system is shown in FIG. 2. The system consists of a spatially distributed scanning (SPR) source 24, a focusing element (lens) 10, a polarization grating 17 and its associated rotation unit 19, a scanning receiving device 25, a display device 23 and a processor device 22. The processor device 22 is electrically connected with the display device 23, with the scanning spatially distributed source 24 through the control unit SPR source 26 and with the scanning receiving device 25 through the control unit of the receiving scanning device stvom 27.
СПР источник излучения 24 в простейшей реализации состоит из:SPR radiation source 24 in the simplest implementation consists of:
1) Одного (единственного) точечно-подобного (ТП) источника излучения 28, освещающего зону наблюдения 6;1) One (single) point-like (TP) radiation source 28 illuminating the observation zone 6;
2) Сканирующего устройство источника излучения 29, осуществляющего пространственные перемещения указанного ТП источника 28 вдоль траектории сканирования 30, обеспечивая тем самым последовательное во времени освещение зоны наблюдения 6 излучением с различными углами его падения в зону наблюдения 6 (в силу изменения пространственного положения ТП источника 28 относительно зона наблюдения 28 во время его механического перемещения). При сканировании ТП источника излучения 28 по сути выполняется синтезирование апертуры СПР источника излучения 24, которая определяется размерами поверхности 31 (в простейшем случае плоскости) сканирования (в которой расположена указанная траектория сканирования 30 ТП источника 28), из пространственных точек которой, подобных точкам 32,33, зона наблюдения 6 последовательно освещается в течение всего цикла сканирования.2) The scanning device of the radiation source 29, performing spatial displacements of the indicated TS source 28 along the scanning path 30, thereby ensuring time-consistent illumination of the observation zone 6 by radiation with different angles of incidence into the observation zone 6 (due to a change in the spatial position of the TS of the source 28 relative to the observation zone 28 during its mechanical movement). When scanning the TS of the radiation source 28, in essence, the aperture of the SPR of the radiation source 24 is synthesized, which is determined by the dimensions of the scanning surface 31 (in the simplest case of the plane) (in which the indicated scanning path 30 of the TP of the source 28 is located), from spatial points of which, similar to points 32, 33, the observation zone 6 is sequentially lit throughout the entire scanning cycle.
Описанный выше пространственно-распределенный (ПР) источник 24 в дальнейшем будет называться либо как сканирующий ПР (СПР) источник излучения, либо как ПР источник излучения с синтезированной апертурой.The spatially distributed (PR) source described above will hereinafter be referred to as either a scanning PR (SPR) radiation source or a PR radiation source with a synthesized aperture.
В общем случае ТП источник 28 состоит из блока 34 генерации, контроля и кодирования излучения (блок ГККИ), которое излучается в свободное пространство посредством соединенной с блоком 34 ГККИ передающей антенны 35. ТП источник 28 может быть также установлен в держателе 36, перемещающим вместе с установленным на нем ТП источником 28 вдоль описанной выше траектории 30 описанным выше образом, который дополнительно снабжен электронно-контролируемым поворотным устройством 37 , способном вращать ТП источник 28 излучения вокруг оси, совпадающей с направлением наибольшего усиления антенны 35. ТП источник может также дополнительно снабжен поляризационной решеткой 38, механически укрепленной на держателе 36, пропускающей сквозь себя в сторону зоны наблюдения только линейно-поляризованное излучение. Указанные электронно-управляемый держатель 36 и поляризационная решетка 38 обеспечивают возможность освещения зоны досмотра линейно-поляризованным излучением с контролируемым положением плоскости поляризации, изменяемым последовательно во времени.In the general case, the TS source 28 consists of a block 34 for generating, controlling and coding radiation (GKKI block), which is radiated into free space by means of a transmit antenna 35 connected to the GKKI block 34. The TS source 28 can also be installed in the holder 36, moving together with the TP installed thereon by the source 28 along the above-described path 30 as described above, which is additionally equipped with an electronically controlled rotary device 37 capable of rotating the TP source of radiation 28 around an axis coinciding with the direction the highest antenna gain 35. The TP source can also be additionally equipped with a polarization grating 38 mechanically mounted on a holder 36, transmitting only linearly polarized radiation through itself towards the observation zone. The indicated electronically-controlled holder 36 and the polarization grating 38 provide the ability to illuminate the inspection area with linearly polarized radiation with controlled the position of the plane of polarization, varying sequentially in time.
Точечно-подобный (ТП) источник 28 излучения в простейшей волноводной реализации (фиг. 3) состоит из последовательно- соединенных друг с другом источника излучения MM или CMM диапазона 39, имеющий вход для управляющих сигналов 40 (например, для изменения частоты его излучения), вентиля 41, электронно- управляемого аттенюатора 42, имеющий вход для управляющих сигналов 43, р-i-п модулятора 44, имеющий вход для модулирующих сигналов 45, и передающей антенны 35. Последовательно-соединенный генератор 39 излучения MM или CMM диапазона, вентиль 41, электронно-управляемого аттенюатор 42, р-i-п модулятор 44 образуют блок 34 генерации, формирования и кодирования излучения (блок ГККИ).A point-like (TP) radiation source 28 in the simplest waveguide implementation (Fig. 3) consists of series-connected radiation source MM or CMM of range 39, having an input for control signals 40 (for example, to change the frequency of its radiation), a gate 41, an electronically controlled attenuator 42, having an input for control signals 43, a p-i-p modulator 44, having an input for modulating signals 45, and a transmitting antenna 35. A series-connected radiation generator 39 of the MM or CMM range, valve 41, electronic control direct the attenuator 42, p-i-n modulator 44 form generating unit 34, the formation and emission of encoding (block GKKI).
В качестве источника MM или CMM диапазона 39 могут быть использованы генераторы любого типа (с использованием диода Ганна, ЛПД генераторы, генераторы «шyмa» любого типа, характеризуемые широкими «шyмoвыми» спектральными полосами генерируемого излучения (от 50 МГц до 40 ГГц и выше) и т.д.) при условии, что приемное устройство СПУ 25 разработано с возможностью оптимального приема излучения используемого источника излучения 39.As a source of MM or CMM band 39, generators of any type can be used (using the Gunn diode, LPD generators, any type of “generators”), characterized by wide “noise” spectral bands of the generated radiation (from 50 MHz to 40 GHz and higher) and etc.) provided that the receiver SPU 25 is designed with the possibility of optimal reception of radiation from the used radiation source 39.
Конструкция сканируемого ITP источника излучения может быть усложнена и функционально улучшена, если в качестве источника 39 ТП источника 28 используется лампа обратной волны (ЛОВ) или любой другой генератор излучения, обеспечивающий электронно-управляемое изменение частоты его излучения посредством процессорного блока 22.The design of the scanned ITP radiation source can be complicated and functionally improved if a backward wave lamp (BWT) or any other radiation generator providing an electronically controlled change in the frequency of its radiation through the processor unit 22 is used as the source 39 of the TS of the source 28.
Диаграмма направленности передающей антенны 35 выбирается достаточно широкой и симметричной, чтобы обеспечить освещение любой точки зоны наблюдения 6 с одинаковым уровнем интенсивности излучения при любом пространственном положении сканируемого ТП источника 28 излучения. Если используется антенна с узкой симметричной диаграммой направленности, то описанный выше держатель 36 может быть дополнительно снабжен также двухкоординатным поворотным устройством 46, обеспечивающим нацеливание максимума диаграммы направленности передающей антенны 35 в одну и ту же точку зоны наблюдения 6 при любом пространственном положении ТП источника 28 излучения.The radiation pattern of the transmitting antenna 35 is chosen wide enough and symmetrical to provide illumination of any point in the observation zone 6 with the same level of radiation intensity at any spatial position of the scanned transformer of the radiation source 28. If an antenna with a narrow symmetric radiation pattern is used, then the above the holder 36 can be additionally equipped with a two-axis rotary device 46, providing aiming of the maximum radiation pattern of the transmitting antenna 35 at the same point of the observation zone 6 for any spatial position of the TS of the radiation source 28.
Сканирующее приемное устройство 25 в простейшей реализации состоит из:Scanning receiving device 25 in the simplest implementation consists of:
1) Одноэлементного приемника (ОПр) 47 (фиг.2) состоящего, в свою очередь, из приемного элемента 48 и сопряженного с ним блока 49 усиления, частотного преобразования и обработки сигнала (УЧПОС), принятого приемным элементом 47;1) A single-element receiver (OPR) 47 (Fig. 2) consisting, in turn, of a receiving element 48 and an associated unit 49 of amplification, frequency conversion and signal processing (UCHPOS) received by the receiving element 47;
2) Сканирующего устройства приемника 50, обеспечивающего механическое сканирование одноэлементного приемника 47 в плоскости резкого изображения фокусирующего элемента 10 по соответствующей траектории сканирования 51, лежащей в поверхности (например, в плоскости) сканирования 52.2) The scanning device of the receiver 50, which provides mechanical scanning of a single-element receiver 47 in the plane of the sharp image of the focusing element 10 along the corresponding path of the scan 51 lying on the surface (for example, in the plane) of the scan 52.
Указанное сканирующее устройство приемника 50 может также быть разработано с возможностью сканирования ОПр 47 по любой, в том числе и сложной поверхности сканирования 52, повторяющей форму поверхности резкого изображения, чтобы обеспечить оптимальный прием излучения сфокусированного неплоского изображения приемным элементом 48 даже в случае использования линзы 10 с недостаточной коррекцией ее аберрационных искажений.The specified scanning device of the receiver 50 can also be designed with the ability to scan ODA 47 on any, including complex scanning surface 52, repeating the shape of the surface of a sharp image to ensure optimal reception of radiation from a focused non-planar image by the receiving element 48 even in the case of using a 10 s lens insufficient correction of its aberration distortions.
В качестве приемного элемента 48 может быть использована любая антенна, в том . числе рупорная. Антенна выполняет функцию приема излучения, попавшего в его входную апертуру (пространственные размеры которой значительно меньше размеров синтезируемой апертуры СПР источника 24) и преобразование принятого излучения в соответствующий электрический сигнал. В качестве блока УЧПОС 49, принимающего указанный электрический сигнал, может быть использована любая совокупность радиотехнических устройств, обеспечивающих появление на выходе этого блока сигнала, либо амплитуда которого пропорционального интенсивности принятого антенной излучения, либо эта интенсивности может быть определена по такому сигналу после его оцифровывания и подачи в цифровой процессор либо любым другим способом.As the receiving element 48, any antenna can be used, including. including horn. The antenna performs the function of receiving radiation that has fallen into its input aperture (the spatial dimensions of which are much smaller than the dimensions of the synthesized aperture of the SPR source 24) and converting the received radiation into the corresponding electrical signal. As a unit of UCHPOS 49, receiving the indicated electrical signal, any combination of radio engineering devices can be used to ensure the appearance of the output of this signal block, either the amplitude of which is proportional to the intensity of the received antenna radiation, or this intensity can be determined by such a signal after its digitization and supply to the digital processor or in any other way.
Например, в блоке УЧПОС 49 (фиг.4) может быть использовано устройство прямого усиления и детектирования сигнала, в котором входной сигнал, поступающий в блок 49 УЧПОС с выхода антенны 48 усиливается по высокой частоте усилительным блоком прямого усиления 53 , состоящим из фильтра 54 и усилителя прямого усиления УВЧ 55 до достаточно высокого уровня (с коэффициентом усиления 50 дБ и выше) без какого-либо частотного преобразования этого сигнала и затем подается на вход амплитудного детектора 56 (который функционально, в общем случае, эквивалентен инерционному нелинейному элементу) состоящему из нелинейного диода 57 , являющимся в этой схеме выпрямляющим, и фильтра низкой частоты 58 , на выходе которого 59 появляется только низкочастотная (или постоянная во времени) огибающая усиленного сигнала, амплитуда которого прямо- пропорциональна интенсивности принятого антенной излучения (или, другими словами, мощности излучения, усредненной во времени в результате прохождения фильтра низкой частоты 58). Если излучение ТП источника ТП модулируется (например, посредством подачи прямоугольных импульсов определенной частоты следования на вход 45 модулятора 44), то указанная огибающая оказывается модулированной такими импульсами. Чтобы получить значение величины пропорциональной амплитуде выходного модулированного сигнала может быть использован синхронный детектор 60, вход которого связан с выходом фильтра низкой частоты 59, при этом на вход синхронизации 61 (опорный вход) синхронного детектора 60 должен подаваться сигнал, содержащий те же, указанные выше, модулирующие прямоугольные импульсы, быть может с некоторой фазовой задержкой для получения максимального сигнала на выходе 62 синхронного детектора 60. Выходной сигнал далее может быть оцифрован аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) и загружен в память процессорного устройства для дальнейшей обработки. В качестве процессорного блока 22 и блока отображения 23 может быть применен персональный компьютер со встроенными функциональными платами, обеспечивающими цифровое управление источником излучения 24 через блок правления источника 26 и приемным устройством 25, через блок управления приемным устройством 27, а также приема выходных сигналов приемного устройства, оцифровывания их платой АЦП и загрузку во внутреннюю память такого процессорного устройства для дальнейшей обработки.For example, in the UCHPOS unit 49 (Fig. 4), a direct amplification and signal detection device can be used in which the input signal entering the UCHPOS unit 49 from the output of the antenna 48 is amplified at high frequency by a direct amplification amplifier unit 53, consisting of a filter 54 and UHF direct amplifier amplifier 55 to a sufficiently high level (with a gain of 50 dB or more) without any frequency conversion of this signal and then fed to the input of the amplitude detector 56 (which is functionally, in the general case, equivalent to inert an ionic nonlinear element) consisting of a nonlinear diode 57, which is rectifying in this circuit, and a low-pass filter 58, at the output of which 59 only the low-frequency (or time-constant) envelope of the amplified signal appears, the amplitude of which is directly proportional to the intensity of the received antenna radiation (or in other words, the radiation power averaged over time as a result of passing a low-pass filter 58). If the radiation of the TP of the source of the TP is modulated (for example, by applying rectangular pulses of a certain repetition rate to the input 45 of the modulator 44), then this envelope is modulated by such pulses. In order to obtain a value proportional to the amplitude of the output modulated signal, a synchronous detector 60 can be used, the input of which is connected to the output of the low-pass filter 59, while a signal containing the same ones mentioned above must be supplied to the synchronization input 61 (reference input) of the synchronous detector 60 modulating rectangular pulses, maybe with some phase delay to obtain the maximum signal at the output 62 of the synchronous detector 60. The output signal can then be digitized by an analog-to-digital converter (ADC) and loaded into the memory of the processor device for further processing. As a processor unit 22 and a display unit 23, a personal computer with built-in function boards providing digital control of the radiation source 24 through the control unit of the source 26 and the receiving device 25, through the control unit of the receiving device 27, as well as receiving the output signals of the receiving device, digitizing them by the ADC board and loading into the internal memory of such a processor device for further processing.
Система функционирует следующим образом: процессорное устройство 22 подает сигналы управления на СПР источник 24 через его блок управления 26, по которым ТП источник 28 перемещается из текущей пространственной точки своего положения вдоль траектории перемещения 30 в соседнюю точку 32 поверхности сканирования 31. Антенна 35 ТП источника направлена 28 в сторону зоны наблюдения 6 с целью ее равномерного освещения. Излучение ТП источника 28 имеющее, в результате перемещения этого источника и изменения его пространственного положения относительно зоны наблюдения 6 , новое направление распространения в зоне наблюдения, после рассеяния его в зоне наблюдения 6, принимается входным зрачком фокусирующего элемента 10 и через поляризационную решетку 17 фокусируется на поверхности (плоскости) резкого изображения фокусирующего элемента 10.The system operates as follows: the processor device 22 supplies control signals to the SPR source 24 through its control unit 26, through which the TS source 28 moves from the current spatial point of its position along the path of movement 30 to an adjacent point 32 of the scanning surface 31. The antenna 35 of the TS of the source is directed 28 towards the observation zone 6 with a view to its uniform illumination. The radiation of the TS source 28 having, as a result of moving this source and changing its spatial position relative to the observation zone 6, a new direction of propagation in the observation zone, after scattering it in the observation zone 6, is received by the entrance pupil of the focusing element 10 and is focused on the surface through the polarization grating 17 (plane) sharp images of the focusing element 10.
Процессорный блок 22 посылает сигнал управления на сканирующее устройство 50 СПУ 25 через блок его управления 27 с целью позиционирования ОПр 47 в начальную точку 63 траектории 51 сканирования ОПр 47 по поверхности сканирования 52 , с точностью до продольного расстояния от фазового центра антенны до этой плоскости совпадающей с поверхностью резкого изображения ПРИз фокусного элемента 10. Опр. 47 принимает излучение, сфокусированное в приемную антенну 48 (или, что в данном случае эквивалентно, в приемный элемент 48) Опр. 47, находящегося в данной точке 63 поверхности сканирования 52 (или траектории сканирования 51), при этом принятое излучение рассеяно тем участком поверхности 64 наблюдаемого объекта 8 в зоне наблюдения 6, которое оптически сопряжено с данным положением приемной антенны 48 ОПр 47 посредством фокусирующего элемента 10. На выходе блока УЧПОС 49 ОПр 47 появляется практически постоянный сигнал, пропорциональный интенсивности принимаемого посредством приемной антенны 48 ОПр 47 излучения. Этот сигнал, через блок управления 27 подается на вход помехоустойчивого аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), входящего в состав процессорного блока 22, который оцифровывает указанный выходной сигнал ОПр 47 и загружает его в память процессорного блока 22 в виде цифрового значения величины элемента изображения, соответствующего текущему пространственному положению ОПр 47 в плоскости сканирования 52 . Затем процессорный блок 22 посылает новый сигнал управления на сканирующее устройство 50 приемного устройства 25 для перемещения ОПр 47 в соседнюю пространственную точку 65 плоскости сканирования 52 вдоль траектории сканирования 51 ОПр 47 с целью определения интенсивности принимаемого излучения в этой 65 точке и загрузки значения величины нового элемента изображения в память процессорного устройства 22. Процедура перемещения ОПр 47 и загрузки в память процессорного блока 22 соответствующих значений величин элементов изображения продолжается до тех пор, пока ОПр 47 не достигнет конечной пространственной точки 66 на траектории его сканирования 51, что означает что полный растр значений величин элементов изображения предмета 8 и человека 7 зоны наблюдения 6, попавших в поле зрения системы формирования изображений (точнее фокусирующего объектива 10) сформирован полностью. Причем это изображение сформировано излучением ТП источника излучений 28, расположенного в одной из пространственных точек 32 поверхности сканирования 31 ПР источника излучений 24. Более того, изображение будет характеризоваться также и другими физическими параметрами (кроме угла падения этого излучения в зону наблюдения) формирующего его излучения в зависимости от типа используемого источника излучения 39 ТП источника 28. Например, это может быть узкополосный источник излучения линейно поляризованного излучения с вертикальной поляризацией и с центральной частотой 95,6 ГГц. С другой стороны это может шумовой источник линейно- поляризованного излучения и полосой испускаемых частот 10 ГГц, с центральной частотой 94 ГГц и горизонтальной поляризацией излучения. Важно, чтобы в обоих случаях элементы ОПр 47 были адаптированы для оптимального приема излучения ТП источника излучения 28. После завершения формирования парциального изображения, соответствующего позиции в точке 32 для ТП источника 28 в соответствии с процедурой синтезирования апертуры ПР источника 24 (точнее сканирования ТП источника 28 вдоль траектории сканирования 30) процессорный блок 22 вновь посылает сигналы управления на СПР источник 24 через его блок управления 26, по которым ТП источник 28 перемещается из пространственной точки 32 вдоль траектории сканирования 30 в следующую соседнюю точку 33 поверхности сканирования 31. Затем процессорный блок 22 посылает сигнал управления на сканирующее устройство 50 приемного устройства 25 через блок его управления 27 с целью позиционирования ОПр 47 в начальную точку траектории 63 траектории сканирования 51 ОПр 47 по поверхности сканирования 52 и процедура формирования нового парциального изображения для нового положения ТП источника 28 в поверхности сканирования 31 ПР источника излучения 24 вновь полностью повторяется. Указанная процедура повторяется вновь и вновь для следующих пространственных положений ТП источника излучения 28, пока ТП источник 28 не пройдет полностью траекторию своего сканирования 30 вдоль поверхности 31 ПР источника 24 закончив синтез апертуры ПР источника излучения 24. В результате в память процессорного устройства 22 будут загружены различные парциальные изображения, характеризуемые различным положением ТП источника 28 относительно зоны наблюдения 6, а значит различными углами падения соответствующих компонент 2,3,4 сканируемого ПР источника 24 на поверхность наблюдаемого объекта 8 (фиг.5 — фиг.8). Каждое из соответствующих парциальных изображений (точнее одинаковые сечения этих изображений плоскостью) 67,68,69 в силу достаточно высокой когерентности каждой из освещающих объект 8 компонент 2,3,4 излучения будет иметь плохое качество из-за случайного распределения спеклов внутри соответствующих когерентных изображения. Однако характер распределения спеклов зависит от угла падения компонент излучения 2,3,4 на неровную поверхность объекта 8. Причем необходимый диапазон изменения угла падения соответствующей компоненты излучения для указанной смены спеклового распределения зависит от свойств поверхности. Предварительный анализ различных полученных парциальных изображений позволит выбрать парциальные изображения с существенно различными распределения спектров и просуммировать их. Усреднение спекловых таких распределений посредством описанной выше процедуры суммирования парциальных изображений 67,68,69 приведет к уменьшению количества спеклов и улучшению качества синтезированного изображения 70 объекта 8. Указанная процедура анализа вместе с операцией суммирования или любой другой операции может входить в описанные выше процедуры синтеза (комбинирования) парциальных изображений.The processor unit 22 sends a control signal to the scanning device 50 of the control system 25 through its control unit 27 with the aim of positioning the ODA 47 to the starting point 63 of the scanning path 51 of the ODA 47 along the scanning surface 52, accurate to the longitudinal distance from the antenna phase center to this plane coinciding with the surface of the sharp image PRIZ focal element 10. Def. 47 receives radiation focused into a receiving antenna 48 (or, which in this case is equivalent, into a receiving element 48) 47 located at a given point 63 of the scanning surface 52 (or the scanning path 51), while the received radiation is scattered by that portion of the surface 64 of the observed object 8 in the observation zone 6, which is optically coupled to the given position of the receiving antenna 48 OPR 47 by means of the focusing element 10. At the output of the block UCHPOS 49 OPR 47 appears almost constant signal proportional to the intensity received by the receiving antenna 48 OPR 47 radiation. This signal, through the control unit 27, is fed to the input of a noise-resistant analog-to-digital converter (ADC), which is part of the processor unit 22, which digitizes the specified output signal OPR 47 and loads it into the memory of the processor unit 22 as a digital value of the image element value corresponding to the current spatial position of the ODA 47 in the scan plane 52. Then, the processor unit 22 sends a new control signal to the scanning device 50 of the receiving device 25 to move the ODA 47 to the neighboring spatial point 65 of the scanning plane 52 along the scanning path 51 of the ODA 47 in order to determine the intensity of the received radiation at this 65 point and load the value of the new image element in the memory of the processor device 22. The procedure for moving OPR 47 and loading into the memory of the processor unit 22 of the corresponding values of the values of the image elements continues to until ODA 47 reaches the final spatial points 66 on its scan path 51, which means that the full raster pixel values of the quantities and the object 8 7 6 surveillance zone belonging to a field of view of the image forming system (or rather a focusing lens 10) formed completely. Moreover, this image is formed by the radiation of the TS of the radiation source 28, located in one of the spatial points 32 of the scanning surface 31 of the PR of the radiation source 24. Moreover, the image will also be characterized by other physical parameters (except the angle of incidence of this radiation in the observation zone) of the radiation forming it in depending on the type of radiation source used 39 TP source 28. For example, it can be a narrow-band radiation source of linearly polarized radiation with vertical polarization her and with a central frequency of 95.6 GHz. On the other hand, it can be a noise source of linearly polarized radiation and an emitted frequency band of 10 GHz, with a central frequency of 94 GHz and horizontal radiation polarization. It is important that in both cases the elements of OPR 47 were adapted for optimal reception of radiation from the TS of the radiation source 28. After the formation of the partial image corresponding to the position at point 32 for the TS of the source 28 in accordance with the procedure for synthesizing the aperture of the PR of the source 24 (more precisely, scanning of the TS of the source 28 along the scanning path 30) the processor unit 22 again sends control signals to the SPR source 24 through its control unit 26, along which the TS source 28 moves from the spatial point 32 along scanning paths 30 to the next neighboring point 33 of the scanning surface 31. Then, the processor unit 22 sends a control signal to the scanning device 50 of the receiving device 25 through its control unit 27 in order to position the Odr 47 at the starting point of the path 63 of the scanning path 51 Odr 47 along the scanning surface 52 and the procedure for generating a new partial image for the new position of the TS of the source 28 in the scanning surface 31 of the PR of the radiation source 24 is again completely repeated. The specified procedure is repeated again and again for the following spatial positions TP radiation source 28, until the TP source 28 passes the entire path of its scanning 30 along the surface 31 of the PR of source 24, having completed the synthesis of the aperture of the PR of the radiation source 24. As a result, various partial images, characterized by different positions of the TP of source 28 relative to the observation zone 6, will be loaded into the memory of processor 22 means different angles of incidence of the corresponding components 2,3,4 of the scanned PR source 24 on the surface of the observed object 8 (Fig.5 - Fig.8). Each of the corresponding partial images (more precisely, the identical sections of these images by the plane) is 67.68.69 due to the sufficiently high coherence of each of the radiation components 2,3,4 illuminating the object 8 will have poor quality due to the random distribution of speckles inside the corresponding coherent images. However, the nature of the speckle distribution depends on the angle of incidence of the radiation components 2,3,4 on the uneven surface of the object 8. Moreover, the necessary range of variation in the angle of incidence of the corresponding radiation component for the indicated change in the speckle distribution depends on the surface properties. A preliminary analysis of the various partial images obtained will make it possible to select partial images with substantially different spectral distributions and sum them up. Averaging the speckle of such distributions using the above procedure for summing partial images 67.68.69 will reduce the number of speckles and improve the quality of the synthesized image 70 of the object 8. This analysis procedure together with the summation operation or any other operation may be included in the synthesis (combination) procedures described above ) partial images.
При реализации указанных процедур суммирования парциальных изображений следует учитывать, что спекловые структуры в различных парциальных изображениях могут быть практически пространственно подобны (практически одинаковы), если соответствующие излучения, их формирующие, имеют близкие значения отличительного физического параметра (например, разность углов падения компонент 2 и 3 на объект 8 незначительна) На фиг. 9 показаны кривые таких парциальных изображений (одинаковые сечения изображений) 71 и 72, физические параметры излучений которых практически близки (например частоты практически одинаковы (в случае изменения частоты излучения как параметра), или углы подсвета практически одинаковы (в случае изменения угла подсвета). Их суммарное изображение 73 практически повторяет исходные парциальные изображения и обладает таким же плохим качеством и соответственно несхоже с требуемым «идeaльным» изображением)) показанное на фиг. 9- фиг.10 пунктирной линией. На фиг.10 показаны парциальные изображения 74, 75 физические параметры которых (указанный угол падения компонент на объект 8) отличны друг от друга на величину, при которой эти изображения для наблюдаемого объекта 8 становятся статистически различимыми. Если средние энергии таких изображений (или их искаженных фрагментов) одинаковы (то есть отсутствует эффект зеркального отражения), то суммирование таких изображений (или их искаженных фрагментов) ведет к получению результатного изображений улучшенного качества 76. Однако даже в случае выполнения условия на выбор оптимального значения изменяющегося физического параметра, но в случае зеркального характера отражения одного из парциальных компонент излучения соответствующее ему парциальное изображение 77 преимущественно будет более ярким и соответственно с большей средней энергией (или энергий части фрагментов, содержащих зеркальные отражения) по сравнению с парциальным изображением 78 диффузно отраженного излучения, при этом суммарное их изображение 79 (или часть фрагмента, содержащий зеркальный фрагмент одного из парциальных изображений) будет повторят зеркальное изображений 77 несмотря на наличие в общей сумме других диффузных изображений. Понятно, что в случае отдельного приема парциальных изображений их суммирование (или суммирование их фрагментов) должно осуществляться с различными весами для получения качественного суммарного изображения типа, по качеству близкому к идеальному 74 (причем в данном случае все элементы зеркально изображения 77 могут иметь одинаковые уменьшающие коэффициенты взвешивания. В этом случае система позволяет осуществлять трансформацию суммарного «зepкaльнoгo» 79 (т.е. содержащего доминирующую зеркальную компоненту во всех или части фрагментов или даже элементов) плохого качества изображения в суммарное «диффyзнoe» типа 76 изображения повышенного качества, что ранее было не достижимо (фиг. 11) .When implementing the above procedures for summing partial images, it should be borne in mind that speckle structures in various partial images can be practically spatially similar (almost identical) if the corresponding radiation, their forming, have close values of the distinctive physical parameter (for example, the difference in the angles of incidence of components 2 and 3 on object 8 is negligible). FIG. Figure 9 shows the curves of such partial images (identical image sections) 71 and 72, the physical parameters of the radiation of which are almost similar (for example, the frequencies are almost the same (in the case of changing the radiation frequency as a parameter), or the illumination angles are almost the same (in the case of changing the illumination angle). the summarized image 73 practically repeats the original partial images and has the same poor quality and, accordingly, is dissimilar to the desired “ideal” image)) shown in FIG. 9- FIG. 10 by a dashed line. Figure 10 shows partial images 74, 75 whose physical parameters (the specified angle of incidence of the components on the object 8) are different from each other by the amount at which these images for the observed object 8 become statistically distinguishable. If the average energies of such images (or their distorted fragments) are the same (that is, there is no mirror effect), then the summation of such images (or their distorted fragments) leads to the resulting images of improved quality 76. However, even if the conditions for choosing the optimal value are satisfied of a changing physical parameter, but in the case of a specular reflection of one of the partial radiation components, the corresponding partial image 77 will predominantly be brighter m and, accordingly, with a higher average energy (or the energies of part of fragments containing specular reflections) compared to the partial image 78 of diffusely reflected radiation, while their total image 79 (or part of the fragment containing a specular fragment of one of the partial images) will repeat the mirror image 77 despite the presence in the total of other diffuse images. It is clear that in the case of separate reception of partial images, their summation (or summation of their fragments) should be carried out with different weights to obtain a high-quality total image of a type close in quality to ideal 74 (and in this case all elements of the mirror image 77 can have the same decreasing weighting coefficients. In this case, the system allows the transformation of the total “mirror” image 79 (that is, containing the dominant mirror component in all or part of fragments or even elements) of poor image quality in the total "diffuse" type 76 image is increased quality, which was previously not achievable (Fig. 11).
Причем необходимый диапазон изменения угла падения соответствующей компоненты излучения необходимый для достижения указанной смέны спеклового распределения зависит от свойств поверхности объекта 8. Предварительный анализ различных полученных парциальных изображений позволит выбрать только парциальные изображения с существенно различными распределения спектров и только их в конечном счете просуммировать. Суммирование всех парциальных изображений, среди которых может оказаться большее число парциальных изображений, содержащих статистически одинаковые спекловые изображения, не способствующих улучшению качества синтезированного (полученного как их сумма) изображения, может привести к ситуации, когда относительный вклад парциальных изображений с существенно различными спекловыми распределениями в это синтезированное изображение оказывается незначительным по сравнению с вкладами «нe улучшающими качество)) парциальными изображения. Поэтому предварительный анализ и отбор парциальный изображений существенен и должен входить в большинство процедур синтеза изображений (или, что тоже самое, объединение или, что то же самое, комбинирование парциальных изображений или их фрагментов). Процедуры предварительного анализа спекловых распределений и последующего их усреднения посредством суммирования может быть выполнена отдельно для одних и тех же частей (фрагментов) различных парциальных изображений. Эти части изображений могут включать любое количество элементов соответствующего изображения вплоть до одного элемента. Анализируя характер изменения величины интенсивности в эквивалентных элементах разных парциальных изображений (то есть элементов различных парциальных изображений, полученных путем приема соответствующей компоненты излучения антенной 48 ОПр 47 в одной и той же точке ПРИз или, что то же самое, отраженные в зоне наблюдения 8 одной и той же частью 64 поверхности объекта 8, при условии, что за время формирования парциальных изображений, объект сохранял практически одно и то же положение) в зависимости от угла падения соответствующей компоненты можно выявить максимальное и минимальное значение интенсивности спекловых распределений для данного элемента и используя эти значения вычислить среднеквадратичное значение величины данного элемента (значение отсчета), которое и будет оптимальным (минимизирующим влияние спеклов) для данного элемента синтезированного изображения. Дело в том, что изменение спеклового распределения для данного элемент может слабо зависть от угла падения компонент излучения на соответствующий участок поверхности 64 объекта. Поэтому усреднение всех имеющихся значений величин для данного элемента парциальных изображений может дать неверное значение, если эти значение неравномерно распределяется относительно истинного среднего значения (когда статистика не полная).Moreover, the necessary range of variation of the angle of incidence of the corresponding radiation component necessary to achieve the indicated speckle distribution depends on the surface properties of the object 8. A preliminary analysis of the various partial images obtained will make it possible to select only partial images with significantly different spectral distributions and ultimately sum them up. Summation of all partial images, among which there may be a larger number of partial images containing statistically identical speckle images that do not contribute to improving the quality of the synthesized (obtained as their sum) image, can lead to a situation where the relative contribution of partial images with significantly different speckle distributions to this the synthesized image turns out to be insignificant in comparison with the contributions “not improving the quality)) of partial images. Therefore, preliminary analysis and selection of partial images is essential and should be included in most image synthesis procedures (or, which is the same, combination or, what is the same, combination of partial images or their fragments). The procedures for preliminary analysis of speckle distributions and their subsequent averaging by summation can be made separately for the same parts (fragments) of various partial images. These parts of the images may include any number of elements of the corresponding image up to one element. Analyzing the nature of the change in the intensity value in equivalent elements of different partial images (that is, elements of different partial images obtained by receiving the corresponding radiation component of the antenna 48 OPR 47 at the same point PRIZ or, what is the same, reflected in the observation zone 8 of one and the same part 64 of the surface of the object 8, provided that during the formation of partial images, the object retained almost the same position) depending on the angle of incidence of the corresponding component it is possible to identify the maximum and minimum value of the intensity of speckle distributions for a given element and using these values to calculate the rms value of the value of this element (reference value), which will be optimal (minimizing the influence of speckles) for this element of the synthesized image. The fact is that a change in the speckle distribution for a given element may slightly depend on the angle of incidence of the radiation components on the corresponding surface section of the object 64. Therefore, averaging all available values of quantities for a given element of partial images can give an incorrect value if these values are unevenly distributed relative to the true average value (when the statistics are not complete).
Вычислительные возможности процессорного блока 22 могут быть эффективно использованы и в случае бликовых отражений компонент излучений от ряда участков поверхности объекта 8. В этом случае большие значения величин элементов «зepкaльныx» изображений могут быть уменьшены или вообще удалены из соответствующих сумм. Количество процедур улучшения синтезированных изображений, в том числе и включая описанные процедуры суммирования, достаточно велико благодаря повышенному объему информации об объекте, который может быть получен благодаря предлагаемой системе формирования изображений.The computational capabilities of the processor unit 22 can also be effectively used in the case of glare reflections of the radiation components from a number of sections of the surface of the object 8. In this case, large values of the values of the elements of the “mirror” images can be reduced or even removed from the corresponding sums. The number of procedures for improving synthesized images, including including the described summation procedures, is quite large due to the increased amount of information about the object, which can be obtained thanks to the proposed imaging system.
Если в качестве источника излучения 39 ТП источника 47 используется лампа обратной волны (ЛОВ) или другой частотно- свипируемый источник излучения, то посредством управляющего сигнала из процессорного блока 22, значение частоты излучения ЛОВ может изменяться. Описанная выше процедура получения многочисленных парциальных изображения для различных положений ТП источника 28 в плоскости сканирования 31, ПР источника излучений 24, но уже для нового значения частоты падающих под различными углами компонент повторяется вновь. Затем частота излучения ЛОВ опять меняется и новый набор парциальных изображений генерируется вновь и так повторяется до тех пор пока весь диапазон изменений частоты ЛОВ не будет исчерпан.If a backward wave lamp (BWT) or other frequency-sweeped radiation source is used as a radiation source 39 of the TS of source 47, then by means of a control signal from the processor unit 22, the frequency value of the BWW radiation can be changed. The above procedure for obtaining numerous partial images for various positions of the TS source 28 in the scanning plane 31, PR of the radiation source 24, but already for a new value of the frequency of the components incident at different angles, is repeated again. Then, the radiation frequency of the BWT changes again and a new set of partial images is generated again and so is repeated until the entire range of changes in the frequency of the BWT is exhausted.
Источники излучения, входящих в состав указанного ТП источника 47, как указывалось, могут иметь любое происхождение от узкополосных (квазимонохроматических) генераторов на диодах Ганна или ЛПД генераторов до широкополосных шумовых генераторов, может использоваться также генератор гармоник (например умножитель частоты, реализованный на диоде Шоттки), на вход которого через гибкие коаксиальные кабели может подаваться сигнал генератора СВЧ диапазона ( который легко свипируются по частоте в диапазоне от 8 ГГц до 16 ГГц под управлением внешних управляющих сигналов), при этом на выходе генератора гармоник будут появляться гармоники излучения различных порядков и, в зависимости от порядка выделяемой тем или иным способом порядка гармоники излучения (равном 4 или 5 или 6 порядку и т.д.), например посредством полосового фильтра, подключенного к выходу генератора гармоник, с выхода такого генераторного устройства будет подаваться в зону наблюдения 8 сигнал, свипируемый по частоте, например, в диапазоне от 48 ГГц до 128 ГГц. В общем случае все гармоники могут подаваться в зону наблюдения 8 ( и более того даже независимо приниматься соответствующим СПУ или другого типа ПУ). Изменение частоты излучения может влиять на распределение шумов когерентных изображений. На фиг.12- 13 представлены результаты численного моделирования объекта (по форме напоминающего пистолет), имеющего внешнее сходство формы и характерных размеров деталей с типичными формами и деталями для таких объектов, для наблюдения за которыми и разрабатываются, главным образом, системы формирования изображений миллиметрового диапазона. При моделирования были специально устранены все факторы, способные вызвать спекл структуру в изображениях, чтобы продемонстрировать деструктивное влияние только осцилляции Гиббса (другого вида шумов, вызванных когерентности излучения), а также возможности для преодоления их влияния. В миллиметровом диапазоне, в отличие от оптического диапазона, пространственный эффект Гиббса, обусловленный ограниченностью полосы пропускания пространственных частот объекта фокусирующим элементом, способен серьезно исказить получаемые изображения. На фиг. 12 представлено распределение интенсивности, полученное в одночастотном пространственно когерентном изображении для частоты 70 ГГц. (Предполагалось, что волновой фронт падает на поверхность объекта нормально, при этом различные участки объекта квази-плоские). Это изображение искажено типичными для эффекта Гиббса неустранимыми осцилляциями интенсивности, существенно искажающими его качество, при этом характер распределения яркостных пятен на фиг.12 соответствует структуре пятен в экспериментально получаемых плохого качества изображениях реальных пистолетов. Однако синтезированное изображение, полученное путем суммирования парциальных изображений, независимо полученных для пяти частот 68, 76, 84, 92 и 100 ГГц (фиг.13), делает такое пятичастотное суммарное изображение обладающим существенно улучшенным качеством, увеличивая при этом его информационное содержание, достаточное для однозначного распознавания объекта. На фиг. 14 изображена шкала градаций для уровня сигнала в соответствующих элементах изображений показанных на фиг.12-13.The sources of radiation included in the specified TS source 47, as indicated, can have any origin from narrow-band (quasimonochromatic) generators on Gunn diodes or LPD generators to broadband noise generators, a harmonic generator can also be used (for example, a frequency multiplier implemented on a Schottky diode) the input of which through a flexible coaxial cable can be fed a signal from the microwave generator (which can be easily sweeped in the frequency range from 8 GHz to 16 GHz under external control x control signals), in this case, harmonics of radiation of various orders and, depending on the order of the harmonic of the radiation emitted in one way or another (equal to 4 or 5 or 6 order, etc.), for example, by means of a band-pass filter, will appear at the output of the harmonic generator connected to the output of the harmonic generator, the signal sweeped in frequency, for example, in the range from 48 GHz to 128 GHz, will be supplied from the output of such a generator device to the observation zone 8. In the general case, all harmonics can be fed into the observation zone 8 (and, moreover, even independently accepted by the corresponding control system or other type of control panel). A change in the radiation frequency can affect the noise distribution of coherent images. On Fig-13 presents the results of numerical simulation of an object (in shape resembling a gun), having an external similarity of the shape and characteristic sizes of parts with typical shapes and details for such objects, for the observation of which, mainly, millimeter-wave imaging systems are developed . During the simulation, all factors capable of causing a speckle structure in images were specially eliminated in order to demonstrate the destructive effect of only Gibbs oscillations (another type of noise caused by radiation coherence), as well as the ability to overcome their influence. In the millimeter range, in contrast to the optical range, the Gibbs spatial effect, due to the limited bandwidth of the spatial frequencies of the object by the focusing element, can seriously distort the resulting image. In FIG. 12 shows the intensity distribution obtained in a single-frequency spatially coherent image for a frequency of 70 GHz. (It was assumed that the wavefront falls normally on the surface of the object, while the various sections of the object are quasi-flat). This image is distorted by irremovable intensity oscillations typical of the Gibbs effect, which significantly distort its quality, while the distribution of brightness spots in Fig. 12 corresponds to the structure of spots in experimentally obtained poor quality images of real pistols. However, the synthesized image obtained by summing the partial images independently obtained for the five frequencies 68, 76, 84, 92 and 100 GHz (Fig. 13) makes such a five-frequency summary image possessing significantly improved quality, while increasing its information content sufficient for unambiguous recognition of an object. In FIG. 14 shows the scale gradations for the signal level in the corresponding image elements shown in Fig.12-13.
Простое увеличение числа частот не способно автоматически увеличивать качество изображения. Гиббс эффект появляется, когда пространственные частоты в изображении объекта превышают полосу пропускания пространственных частот при формировании изображений. Частотный интервал для эффективного уменьшения спеклов в изображениях, как известно, определяется глубиной неоднородностей поверхности объекта и также преимущественно составляет величину в 3- 15 ГГц и более. Дальнейшее уменьшение частотного шага будет вести к суммирования практически одинаковых распределений в интенсивности парциальных изображений и к увеличению абсолютной величины сигнала, но не к существенному ограничению осцилляционных ограничений. Поскольку разработка системы формирования изображений (СФИ), способной функционировать в очень широкой полосе частот излучения представляется дорогостоящей, совместное использование эффектов изменение угла падения компонент излучения и их частоты представляется предпочтительным для дальнейшего увеличения возможностей улучшения качества синтезированных изображений, получаемых в таких системах.A simple increase in the number of frequencies cannot automatically increase image quality. The Gibbs effect appears when the spatial frequencies in the image of an object exceed the spatial frequency bandwidth during image formation. The frequency interval for effective speckle reduction in images, as you know, is determined by the depth of the inhomogeneities of the surface of the object and also predominantly amounts to 3-15 GHz or more. A further decrease in the frequency step will lead to the summation of almost identical distributions in the intensity of the partial images and to an increase in the absolute value of the signal, but not to a significant limitation of the oscillation constraints. Since the development of an imaging system (SFI) capable of operating in a very wide band of radiation frequencies seems expensive, the joint use of effects by changing the angle of incidence of the radiation components and their frequency seems preferable to further increase the possibility of improving the quality of the synthesized images obtained in such systems.
Процессорный блок может также контролировать интенсивность компонент излучения 2,3,4 посылаемых в зону наблюдения 6 ТП источником 28 путем программного посылки сигнала управления коэффициентом ослабления аттенюатора 42 на его вход 43, ослабляя тем самым уровень зеркальных составляющих попадающих в приемную антенну 48 ОПр 47 при различных положениях. Что будет предотвращать насыщения усилительных устройств блока УЧПОС 49 и улучшать условия синтеза изображения улучшенного качества.The processor unit can also control the intensity of the radiation components 2,3,4 sent to the observation zone 6 by the source 28 by programmatically sending the attenuation coefficient attenuator 42 control signal to its input 43, thereby weakening the level of the mirror components entering the receive antenna 48 OPR 47 for various provisions. This will prevent saturation of the amplification devices of the UCHPOS 49 unit and improve the conditions for the synthesis of improved quality images.
Если СПР источник 26 выполнен с возможностью изменения поляризационного состояния излучения ТП источника 28, то указанные выше процедуры формирования новых парциальных изображений могут быть повторены для различных значений поляризационных состояний подсвечивающих объект 8 компонент излучения, для различных положений поляризационной решетки 17 путем посылки сигналов управления на двухкоординатное поворотное устройство 46 (что дает возможность получать ко- и кросс- поляризационные парциальные изображений, что важно для выявления маскированной взрывчатки и пластикового оружия). Таким образом, объем информации о маскированном объекте существенно увеличивается, увеличивая при этом и количество процедур синтезирования высококачественных изображений. Сканирующий ПР источник может содержать два 28, 80 или несколько ТП источников, каждый из которых может испускать одновременно по две или несколько независимых компонент излучения. Компоненты могут быть отличительно модулированы (например посредством амплитудного модулирования с помощью модуляторов типа модулятора 44). С другой стороны, компоненты, испускаемые одним ТП источником, могут быть сгруппированы в дублетные или мультиплетные компоненты излучения, обладающие одним и тем же (одинаковым) кодирующим признаком. В обоих случаях, различные ТП источники 28,80 могут быть сканированы по собственным непересекающимся траекториям пространственного сканирования в собственных пространственных частях поверхности сканирования 31. В этом случае ТП источники должны выполнены с функцией независимого и отличительного кодирования их излучения (или даже компонент излучения), например путем амплитудного модулирования с частотами моделирования разными для разных ТП 28,80 источников (или даже их компонент). Одноэлементный приемник (ОП) должен содержать дополнительно декодирующие (демодулирующие) узлы, позволяющие извлекать компонентные вторичные электрические сигналы, отвечающие различно кодированным компонентам излучения, принятых совокупно приемным элементом ОП и преобразованный в общий первичный электрический сигнал в виде суммы таких компонентных электрических сигналов. Выделить вторичные электрические сигналы из указанного первичного в данной случае можно, добавив в схеме УЧПОС 47 на фиг.4 к синхронному детектору 60 еще один такой же синхронный детектор, подключив его вход к выходу фильтра низких частот 59, при этом в качестве синхронизирующих сигналов (опорных сигналов) для каждого из синхронных детекторов должны подаваться разные сигналы , и только те которые используются для модулирования соответствующих ρ-i-n модуляторов соответствующих ТП источников 28, 80. Другой способ заключается в оцифровывании посредством быстрого аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) сигнала с выхода фильтра низких частот 59 с частотой временных выборок не меньше наибольшей частоты, содержащейся в этом сигнале, последующей загрузке всего массива выборок в память процессорного устройства 22, выполнения преобразования Фурье над этим массивом выборок для получения частотного распределения оцифрованного временного первичного сигнала. Далее осуществить выбор спектральных компонент, соответствующих частотам модулирования соответствующих компонент излучения и измерить их амплитуды для получения интенсивности соответствующих компонент, принятых ОПр 47 в текущей точке сканирующей поверхности 52.If the SPR source 26 is configured to change the polarization state of the radiation of the TS of the source 28, then the above procedures for the formation of new partial images can be repeated for different values of the polarization states illuminating the object 8 of the radiation component, for different positions of the polarization array 17 by sending control signals to a two-axis rotary device 46 (which makes it possible to obtain co- and cross-polarization partial images, which is important for identifying masked explosives and plastic weapons). Thus, the amount of information about the masked object is significantly increasing, while increasing the number of procedures for synthesizing high-quality images. A scanning PR source can contain two 28, 80, or several TS sources, each of which can emit simultaneously two or more independent radiation components. The components can be distinctively modulated (for example, by amplitude modulation using modulators such as modulator 44). On the other hand, the components emitted by one TP source can be grouped into doublet or multiplet radiation components that have the same (identical) coding feature. In both cases, different TP sources 28.80 can be scanned along their own non-intersecting paths of spatial scanning in their own spatial parts of the scanning surface 31. In this case, TP sources must be implemented with the function of independent and distinctive coding of their radiation (or even the radiation component), for example by amplitude modulation with modeling frequencies different for different TPs of 28.80 sources (or even their components). A single-element receiver (OP) must additionally contain decoding (demodulating) nodes, which make it possible to extract component secondary electrical signals corresponding to variously encoded radiation components received collectively by the OP receiving element and converted into a common primary electrical signal in the form of the sum of such component electrical signals. Highlight secondary electrical signals from the specified primary in this case can be done by adding another synchronous detector 60 to the synchronous detector 60 in the UCHPOS circuit 47 in figure 4, by connecting its input to the output of the low-pass filter 59, while being used as synchronizing signals (reference signals) for each of the synchronous detectors, different signals must be supplied, and only those that are used to modulate the corresponding ρ-in modulators of the corresponding TP sources 28, 80. Another way is to digitize by means of a fast analysis log-to-digital converter (ADC) of the signal from the output of the low-pass filter 59 with a frequency of time samples not less than the highest frequency contained in this signal, then loading the entire array of samples into the memory of the processor device 22, performing the Fourier transform on this array of samples to obtain the frequency distribution digitized temporary primary signal. Next, select the spectral components corresponding to the modulation frequencies of the respective radiation components and measure their amplitudes to obtain the intensities of the corresponding components received by ODA 47 at the current point on the scanning surface 52.
Последний способ спектрально анализа применим и для идентификации и измерения практически любого количества одновременно излучаемых и различно амплитудно-модулируемых компонент ПР источника, что выполняется например в случае, когда на модуляторы, типа модулятор 44, ассоциированные с различными ТП источниками ПР источника подаются частотно различные модулирующие сигналы. Понятно, что частота среза фильтра 58 должна быть достаточно большой, чтобы пропустить все частоты модулирования, а АЦП должен быть достаточно быстродействующим, чтобы обеспечить требуемую скорость оцифровывания сигналов. Сканирующее приемное устройство 25 может содержать линейку приемных элементов выходы которых связаны с многоканальным блоком УЧПОС, причем с выходом каждого приемного элемента связан вход одного электронного канала многоканального блока УЧПОС (этот канал может полностью соответствовать соответствующего блоку УЧПОС одноэлементного приемника 47). Такой приемный элемент и связанный с ним соответствующий электронный канал многоэлементного блока УЧПОС образуют независимый приемный канал, который функционально и структурно может полностью соответствовать одноэлементному приемнику ОПр 47, описанному в связи с фиг.2. Совокупность таких каналов может образовывать приемное устройство любого типа: одноэлементного, со сканирующей линейкой или не сканируемого приемного устройства с двумерной приемной матрицей приемных элементов.The latter method of spectral analysis is also applicable to the identification and measurement of practically any number of simultaneously emitted and different amplitude-modulated components of the PR source, which is performed, for example, in the case when modulators, such as modulator 44, associated with different TP sources of the PR source are supplied with frequency-different modulating signals . It is clear that the cutoff frequency of the filter 58 should be large enough to skip all modulation frequencies, and the ADC should be fast enough to provide the required digitization speed of the signals. Scanning receiving device 25 may contain a line of receiving elements, the outputs of which are associated with multi-channel block UCHPOS, and with the output of each receiving element connected to the input of one electronic channel of a multi-channel block UCHPOS (this channel can fully correspond to the corresponding block UCHPOS single-element receiver 47). Such a receiving element and the corresponding electronic channel of the UCHPOS multi-element block associated with it form an independent receiving channel, which can functionally and structurally fully correspond to the single-element OPR 47 receiver described in connection with FIG. 2. The combination of such channels can form a receiving device of any type: single-element, with a scanning ruler or an unscanned receiving device with a two-dimensional receiving matrix of receiving elements.
Может быть реализован частотный принцип кодирования компонент излучения, когда каждая компонента излучения характеризуется признаком, связанным с ее собственным частотным спектром и/или частотным спектром такой компоненты, возникающем после ее модулирования или другого вида ее кодирования. В этом случае наиболее эффективная процедура приема, частотного преобразования, обработки и измерения интенсивности каждой принятой компоненты излучения может быть основана на независимом приеме в каждом приемном канале (посредством его приемного элемента, например приемной антенной) соответствующего сфокусированного излучения, преобразование его в соответствующий первичный электрический сигнал (который спектрально эквивалентен принятому приемным элементом сфокусированного излучения) последующего первого частотного преобразования первичного электрического сигнала со сдвигом в область промежуточных частот без нарушения структуры спектра этого сигнала, усиления и полосовой фильтрации сдвинутого сигнала посредством первого усилителя УПЧ, второго частотного преобразования сигнала по частоте вниз без нарушения структуры его спектра, и его усиления и полосовой фильтрации в соответствующем втором усилителе УПЧ и с выхода второго усилителя УПЧ подачи на вход аналогово-цифрового преобразователя для оцифровывании этого сигнала с частотой временных выборок не меньше наибольшей частоты, содержащейся в этом сигнале, последующей загрузке всего массива выборок в память процессорного устройства 22, выполнения преобразования Фурье над этим массивом выборок для получения частотного (спектрального) распределения оцифрованного сигнала. Далее программным путем, посредством процессорного устройства 22, измерение параметров спектральных компонент, соответствующих различным парциальным различно кодированным компонентам излучения (в случае, если кодирование основано на том или ином указанном выше частотном разделении различных компонент излучения), входящих в состав принятого приемным элементом сфокусированного излучения и определения интенсивности каждой из указанных компонентов излучения, посредством анализа параметров соответствующих спектральных компонент оцифрованного сигнала (в частности, по измерениям их амплитуд) для получения интенсивности соответствующих компонент излучения, принятых приемным каналом приемного устройства в соответствующей пространственной точке поверхности резкого фокусирования. Описанная выше процедура цифрового измерения интенсивности различных компонент может быть применена и в том случае, когда отличительное распределение вторичных сигналов, соответствующих различным компонентам излучения появляется только после обработки принятого приемным элементом сигнала в каком либо узле декодирования (демодуляции). В этом случае оцифровывание необходимо проводить для сигнала, возникающего на выходе соответствующего декодирующего устройства после его усиления и полосовой фильтрации. Далее процедура обработки оцифрованного сигнала может проводится описанным выше образом. На фиг.15 показана структурная схема системы формирования изображений с использованием не сканируемого многоэлементного пространственно- распределенного (МПР) источника излучения 81 и не сканируемого многоэлементного приемного устройства 82. Структурная схема фиг.15 в целом соответствует по составу узлов и их функциональному назначению узлов обобщенной схеме, изображенной на фиг. 1, но уточняет особенности используемых источника излучения 81 и приемного устройства 82. Такая система открывает широкие возможности в высокоскоростном синтезе высококачественных изображений, поскольку для освещения зоны наблюдения используется излучение пространственно-распределенного (ПР) источника 81, состоящего из достаточно многочисленного набора (решетки) неподвижных пространственно-распределенных точечно-подобных (ТП) источников излучения 28,83, излучение каждого из которых независимым образом отличительно кодируется (например амплитудно модулируется), а все компоненты излучения ПР источника могут быть быстро и независимо приняты многочисленными приемными элементами 48, 84, матрицы приемных элементов 85 приемного устройства 82 и одновременно обработаны многоканальным блоком 86 УЧПОС, каждый канал которого связан с соответствующим приемным элементов 48, 84,... с последующим обработкой соответствующих электрических сигналов, формированию парциальных изображений и последующему синтезу высококачественного результатного изображения на (или, другими словами, описанного выше, объединения (комбинирования) указанных парциальных изображений) и отображением синтезированного изображения на экране отображающего устройства 23. Не сканируемый многоэлементный пространственно-распределенныйThe frequency principle of coding of radiation components can be implemented when each radiation component is characterized by a characteristic associated with its own frequency spectrum and / or the frequency spectrum of such a component that occurs after its modulation or other type of coding. In this case, the most effective procedure for receiving, frequency converting, processing and measuring the intensity of each received radiation component can be based on the independent reception in each receiving channel (through its receiving element, for example, a receiving antenna) of the corresponding focused radiation, converting it into the corresponding primary electrical signal (which is spectrally equivalent to the received focused radiation received element) of the subsequent first frequency conversion the primary electric signal with a shift to the region of intermediate frequencies without violating the spectrum structure of this signal, amplification and band-pass filtering of the shifted signal by the first amplifier, second frequency frequency down-conversion of the signal without violating the structure of its spectrum, and its amplification and band-pass filtering in the corresponding second amplifier amp and output the second amplifier of the IF amplifier for inputting an analog-to-digital converter to digitize this signal with a frequency of time samples not less than the highest frequency contained in this signal, then load the entire array of samples into the memory of processor device 22, perform the Fourier transform on this array of samples to obtain the frequency ( spectral) distribution of the digitized signal. Further, programmatically, by means of a processor device 22, the measurement of the parameters of the spectral components corresponding to various partial differently coded radiation components (in case the coding is based on one or another of the above frequency separation of the various radiation components) that are part of the focused radiation received by the receiving element and determining the intensity of each of these radiation components by analyzing the parameters of the corresponding spectral components of the digitizer signal in particular (by measuring their amplitudes) to obtain the intensity of the corresponding radiation components received by the receiving channel of the receiving device at the corresponding spatial point of the sharp focus surface. The procedure described above for digitally measuring the intensities of various components can also be applied when the distinctive distribution of secondary signals corresponding to various radiation components appears only after processing the signal received by the receiving element in some decoding (demodulation) node. In this case, the digitization must be carried out for the signal that occurs at the output of the corresponding decoding device after its amplification and bandpass filtering. Further, the processing of the digitized signal can be carried out as described above. On Fig shows a structural diagram of an imaging system using not scanned multi-element a spatially distributed (MPR) radiation source 81 and an unscannable multi-element receiving device 82. The block diagram of FIG. 15 generally corresponds to the composition of the nodes and their functional purpose of the nodes to the generalized scheme depicted in FIG. 1, but clarifies the features of the used radiation source 81 and the receiving device 82. Such a system opens up wide possibilities in the high-speed synthesis of high-quality images, since the radiation from the spatially distributed (PR) source 81, consisting of a sufficiently numerous set (lattice) of stationary spatially distributed point-like (TP) radiation sources 28.83, the radiation of each of which is independently distinctively encoded (for example amplitude modulated), and all radiation components of the PR source radiation can be quickly and independently received by numerous receiving elements 48, 84, matrix of receiving elements 85 of the receiving device 82 and simultaneously processed by a multi-channel block 86 UCHPOS, each channel of which is associated with the corresponding receiving elements 48, 84, ... followed by the processing of the corresponding electrical signals, the formation of partial images and the subsequent synthesis of a high-quality resulting image on (or, in other words, the described about the above, combining (combining) these partial images) and displaying the synthesized image on the screen of the display device 23. Unscannable multi-element spatially distributed
(МПР) источник излучения 81, в общем случае, состоит из независимых ТП источников излучения 28,83, которые излучают независимые парциальные компоненты излучения МПР источника излучения, являющимися фазово-независимыми друг от друга, при этом такие составляющие кодируются (например, отличительно амплитудно модулированы) отличительным друг от друга образом и поэтому могут быть приняты каждым приемным элементом 48,84 приемной матрицы 85 и независимо декодированы (демодулированы) в каждом независимом канале многоканального блока УЧПОС 86.The (MPR) radiation source 81, in the general case, consists of independent TS 28.83 radiation sources, which emit independent partial radiation components of the MPR radiation source that are phase-independent from each other, while such components are encoded (for example, are distinctively amplitude modulated ) in a distinctive way and therefore can be received by each receiving element 48.84 of the receiving matrix 85 and independently decoded (demodulated) in each independent channel of the multi-channel block UCHPOS 86.
При этом излучение МПР источника 81 направляется в область наблюдения 7 и после его рассеяния объектом 8, а также одеждой и кожей человека 7 из зоны наблюдения 6 частично попадает во входной зрачок фокусирующего элемента 10 системы формирования изображений. (Размер входного зрачка в большинстве случаев совпадает с диаметром используемого фокусирующего элемента (линзы)). Фокусирующий элемент (ФЭ) 10 (линза или зеркало, например), фокусирует излучение, рассеянное в зоне наблюдение 6 на поверхности резкого изображения (ПРИз), в которой расположена многоэлементная приемная матрица (МПМ) 85, способная принять это излучение независимо в различных точках ПРИз, размер МПМ 85 определяет в конечном счете поле зрения данной системы формирования изображений. Перед приемной матрицей может быть размещена поляризационная решетка 17 для выделения ко- и кросс- поляризационных составляющих в излучении фокусируемом линзой 10 на приемной матрице МПМ 85. При этом фокусирующий элемент 10 устанавливает взаимно однозначное соответствие между приемными элементами 48, 84 приемной матрицы 85 и соответствующими порциями поля зрения системы формирования изображений. Любое излучение рассеянное какой-то определенной точкой 87 объекта 8 преимущественно фокусируется в определенной точке приема и принимается соответствующим приемным элементом 48 матрицы 85. Поэтому любые парциальные составляющие излучения ТП источников 28 ,83, отраженные от точки 87 объекта 8 и попавшие во входной зрачок фокусирующего элемента 10, могут быть приняты указанным приемным элементом 48 приемной матрицы 85 и независимо декодированы в соответствующем независимом канале многоканального блока УЧПОС устройства 82, ассоциированный с этим приемным элементом 48, и это справедливо для любого приемного элемента МПМ 85.In this case, the radiation of the MPR of the source 81 is directed to the observation region 7 and after it is scattered by the object 8, as well as by the clothes and skin of a person 7, from the observation zone 6 partially falls into the entrance pupil of the focusing element 10 of the imaging system. (The size of the entrance pupil in most cases coincides with the diameter of the used focusing element (lens)). A focusing element (PV) 10 (lens or mirror, for example) focuses the radiation scattered in the observation zone 6 on the surface of a sharp image (PRI), in which a multi-element receiving matrix (MPM) 85 is located, capable of receiving this radiation independently at different points of PRIZ , the size of the MPM 85 ultimately determines the field of view of a given imaging system. A polarization grating 17 can be placed in front of the receiving matrix to isolate co- and cross-polarizing components in the radiation of the focused lens 10 on the receiving matrix MPM 85. In this case, the focusing element 10 establishes a one-to-one correspondence between the receiving elements 48, 84 of the receiving matrix 85 and the corresponding portions field of view of the imaging system. Any radiation scattered by a certain point 87 of the object 8 is mainly focused at a specific receiving point and is received by the corresponding receiving element 48 of the matrix 85. Therefore, any partial radiation components of the TS sources 28, 83 reflected from the point 87 of the object 8 and entering the entrance pupil of the focusing element 10 can be received by said receiving element 48 of the receiving matrix 85 and independently decoded in the corresponding independent channel of the multi-channel UCHPOS unit of device 82 associated with this the reception element 48, and this is true for any receiving element MPM 85.
В качестве канала многоканального блока 82 усиления, частотного преобразования и обработки сигналов (УЧПОС) может быть использован любой радиотехнический канал, способный осуществлять необходимые выше операции усиления, преобразования и обработки сигналов, в том числе и одноканальные УЧПОС описанные выше в тексте описания в связи с фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.As the channel of the multi-channel block 82 amplification, frequency conversion and signal processing (UCHPOS) can be any radio channel capable of performing the necessary operations above amplification, conversion and signal processing, including single-channel UCHPOS described above in the description in connection with FIG. . 2, FIG. 3 and FIG. four.
В качестве ТП источников 28,83 многоэлементного пространственно- распределенного (МПР) источника 83 могут использоваться любые источники излучения в том числе и ТП источники, описанные в связи с фиг. 2 и фиг. 3. Источники излучения, входящих в состав указанных ТП источников 28,83, также могут иметь любое происхождение от узкополосных (квазимонохроматических) генераторов на диодах Ганна или ЛПД генераторов до широкополосных шумовых генераторов. В частности, в качестве генераторов могут использоваться генераторы гармоник (например умножители на диодах Шоттки), на входы которых через гибкие коаксиальные кабели могут подаваться сигналы генераторов СВЧ диапазона (которые легко свипируются по частоте в диапазоне от 8 ГГц до 16 ГГц) при этом на выходе генераторов гармоник будут появляться гармоники излучения различных порядков и зависимости от порядка выделяемой тем или иным способом гармоники излучения (равном 4 или 5 или 6 порядку и т.д.), например использования соответствующего приемного устройства 82, свипируемых например в диапазоне от 48 ГГц до 128 ГГц. В качестве указанных генераторов могут быть использованы и ЛOB(ы), однако матрица таких генераторов будет достаточно дорогостоящей. Наиболее практичной представляется МПР источник в виде двумерной планарной матрицы генераторов MM или CMM, выполненных по интегральной технологии, когда и излучающая антенна (антенны) и, скажем связанный с ней диод Ганна каждого из таких ТП источника, выполнены в едином технологическом процессе или, более того, вся матрица выполнена в указанном интегральном исполнении. Такие генераторы могут быть как узкополосными, так и достаточно широкополосными (до 2-3 ГГц полосы излучения). При массовом изготовлении стоимость матриц будет ненамного больше стоимости одного генератора. Независимое модулирование излучением отдельных генераторов может выполняться путем модулирования токов питания для каждого из генераторов. Более изящная схема кодирования излучения генераторов таких матриц основана на объединение узкополосных монолитных генераторов MM или CMM излучения в группы по два генератора, расположенных друг около друга, один из которых, по крайней мере должен быть ГУНом — генератором, частота которого в определенных пределах управляется внешним напряжением. ГУНы создаются из обычных генераторов добавлением в генераторную схему диодного варикапа, емкость которого изменяется контролирующим напряжением, что и приводит к изменению генерируемого излучения в зависимости от контролирующего варикап напряжения. Использование двух монолитных генераторов резонаторные антенны которых приводят к генерированию компонент излучения с примерно близкими частотами излучения, один из которых является ГУНом, позволяет посредством подачи части их излучений, например посредством микрополосковых линий на планарный диодный смеситель, который также может быть выполнен интегрально на одной с генераторами подложке, и выделить посредством этого смесителя и интегрально связанного с ним полосового усилителя разностный сигнал, частота которого равна разности частот сигналов генераторов. Для этого указанная меньшая часть одного из двух генераторов должна быть на порядок больше меньшей части второго генератора, чтобы обеспечить оптимальный режим работы смесителя. Затем этот разностный сигнал необходимо фазово синхронизировать стабильным сигналом кварцевого генератора (или его гармоникой) посредством соответствующей петли ФАПЧ (кварцевый генератор и схема ФАПЧ могут располагаться вне матрицы ТП парных генераторов, а сигнал рассогласования петли ФАПЧ (сигнал ошибки дискриминатора, например, фазового детектора ( или даже частотного детектора, если необходимо стабилизировать только разностную частоту а не фазу) петли ФАПЧ ), который пропорционален уходу (разности) фазы разностного сигнала от фазы сигнала кварцевого генератора (или его гармоники) подавать на управляющий электрод ГУНа, для уменьшения величины сигнала рассогласования, обеспечивая фазовую синхронизацию указанного разностного сигнала и сигнала кварцевого генератора (или его гармоники), (или выравнивание соответствующих частот, если в качестве дискриминатора используется частотный детектор) Благодаря такой схеме частотно-фазовые изменения сигнала ГУНа будут повторять частотно- фазовые изменения второго генератора из указанной пары генераторов, при этом их разностный сигнал по своей спектральной чистоте будет эквивалентен сигналу кварцевого генератора, уход частоты которого может быть менее тысячной доли процента от его центральной частоты. Большая часть генерируемых сигналов посредством планарных антенн будет излучена в свободное пространство практически из одной пространственной точки относительно зоны наблюдения 6. После рассеяния в зоне наблюдения эти компоненты практически одинаковым образом сфокусируются в плоскости резкого изображения, сформировав пространственно-подобные парциальные изображения, поэтому многоканальное приемное устройство 82, приняв пространственно- эквивалентные выборки этих изображений каждым из приемных элементов 48,84 может сформировать в соответствующих каналах блока УЧПОС разностные сигналы, (например путем подачи электрических сигналов, соответствующих излучениям указанных генераторов на нелинейный диод и последующую за диодом схему фильтрации), который спектрально будет практически эквивалентен разностному сигналу в описанной выше схеме генерации дублетного ТП источника MM или даже CMM излучения (в зависимости от резонансной частоты используемых соответствующих передающих антенн).. Поскольку каждая такая пара 5 000496As the sources of radiation 28.83 of a multi-element spatially distributed (MPR) source 83, any radiation sources can be used, including the sources of radiation described in connection with FIG. 2 and FIG. 3. The radiation sources that make up the indicated TS sources 28.83 can also be of any origin, from narrow-band (quasi-monochromatic) Gunn diodes or LPD generators to broadband noise generators. In particular, harmonic generators (for example, multipliers on Schottky diodes) can be used as generators, the inputs of which through the flexible coaxial cables can be used to transmit microwave generators (which are easily sweeped in frequency in the range from 8 GHz to 16 GHz) at the same time at the output harmonics generators will appear harmonics of radiation of various orders and depending on the order of the harmonic radiation emitted in one way or another (equal to 4 or 5 or 6 order, etc.), for example, using the appropriate technique device 82, sweepable for example in the range from 48 GHz to 128 GHz. LOB (s) can also be used as these generators, however, the matrix of such generators will be quite expensive. The most practical seems to be an MPR source in the form of a two-dimensional planar matrix of MM or CMM generators made by integrated technology, when both the radiating antenna (s) and, say, the associated Gunn diode of each of these TP sources are made in a single technological process or, more Moreover, the entire matrix is made in the indicated integral design. Such generators can be either narrow-band or rather broad-band (up to 2-3 GHz emission bands). In mass production, the cost of the matrices will be slightly more than the cost of one generator. Independent radiation modulation of individual generators can be accomplished by modulating the supply currents for each of the generators. A more elegant coding scheme for the radiation of generators of such matrices is based on the combination of narrow-band monolithic generators MM or CMM radiation in groups of two generators located next to each other, one of which, at least, should be a VCO - generator, the frequency of which is controlled within certain limits by external voltage . VCOs are created from conventional generators by adding a diode varicap to the generator circuit, the capacitance of which varies by the control voltage, which leads to a change in the generated radiation depending on the control voltage of the varicap. The use of two monolithic generators, the resonator antennas of which lead to the generation of radiation components with approximately similar radiation frequencies, one of which is a VCO, allows by supplying part of their radiation, for example, via microstrip lines to a planar diode mixer, which can also be performed integrally on one with the generators to the substrate and isolate by means of this mixer and integrally connected with it a strip amplifier a difference signal whose frequency is equal to the difference pilots at the signal generators. To do this, the indicated smaller part of one of the two generators should be an order of magnitude larger than the smaller part of the second generator in order to ensure the optimal operation of the mixer. Then, this difference signal must be phase-synchronized with a stable crystal oscillator signal (or its harmonic) through the corresponding PLL loop (the crystal oscillator and the PLL can be located outside the matrix of coupled generators, and the signal PLL loop mismatch (error signal of a discriminator, for example, a phase detector (or even a frequency detector, if it is necessary to stabilize only the difference frequency and not the phase) of the PLL loop), which is proportional to the phase difference (difference) of the difference signal from the phase of the crystal oscillator signal (or its harmonic ) apply to the control electrode of the VCO, to reduce the value of the mismatch signal, providing phase synchronization of the specified difference signal and the signal of the crystal oscillator (or its harmonic), (or the corresponding frequencies if a frequency detector is used as a discriminator) Due to this scheme, the frequency-phase changes of the VCO signal will repeat the frequency-phase changes of the second generator from the indicated pair of generators, while their difference signal in its spectral purity will be equivalent to the signal of the crystal oscillator, leaving whose frequency may be less than a thousandth of a percent of its central frequency. Most of the generated signals through planar antennas will be emitted into free space from almost one spatial point relative to the observation zone 6. After scattering in the observation zone, these components will be focused in the same way in the plane of the sharp image, forming spatially similar partial images, therefore, a multi-channel receiving device 82 having accepted spatially equivalent samples of these images by each of the receiving elements, 48.84 can form in the corresponding channels of the UCHPOS block, difference signals (for example, by supplying electrical signals corresponding to the radiation of the indicated generators to a nonlinear diode and a filtering circuit following the diode), which will be spectrally equivalent to the difference signal in the above-described generation scheme of the doublet TP of the source MM or even CMM radiation ( depending on the resonant frequency of the corresponding transmitting antennas used) .. Since each such pair 5 000496
44 генераторов MlIF источника 81 может иметь свой кварцевый генератор со своим значением частоты или может использовать различные его гармоники, то в соответствующих приемных каналах приемного устройства 82 могут формироваться разностные сигналы частоты, которых отличаются друг от друга по разностной частоте и которые формируются из пар частотно сдвинутых друг относительно друга на частоту кварцевого генератора (или частоту его гармоники) электрических сигналов, отвечающих дублетным компонентам излучения, принятых в свою очередь соответствующими приемными элементами 48,82. Формирование их разностного сигнала может быть выполнено путем их подачи на нелинейный элемент (например диод). Что и приводит к отличительному декодированию различных дублетных сигналов приемным устройством 82. Это может быть выполнено в блоке независимо в различных каналах многоканального УЧПОС 86, каждый из которых эквивалентен одноканальному УЧПОС, рассмотренному в связи с фиг.4, когда принятый сигнал, после его усиления в усилительном блоке прямого усиления 53 подается в виде суммы различных дублетных сигналов на вход нелинейного диода 57, на его выходе возникает сигнал, содержащий стабилизированные разностные сигналы с различными значениями их частот, этот сигнал может быть предварительно отфильтрован, чтобы сохранить в нем только указанные разностные сигналы, и затем каждый разностный сигнал может быть выделен и его параметры определены в различных радиотехнических узлах, основанных на схемах частотной селекции, в том числе посредством оцифровывания профильтрованного сигнала и применения различных цифровых методов определения параметров его компонент (описанными выше способами).44 MlIF generators of source 81 can have its own crystal oscillator with its own frequency value or can use its various harmonics, then difference frequency signals that differ from each other in difference frequency and which are formed from pairs of frequency shifted pairs can be generated in the corresponding receiving channels of receiver 82 relative to each other to the frequency of the crystal oscillator (or its harmonic frequency) of electrical signals corresponding to the doublet components of the radiation, taken in turn respectively Leica Geosystems receiver elements 48.82. The formation of their difference signal can be performed by applying them to a nonlinear element (for example, a diode). This leads to the distinctive decoding of various doublet signals by the receiving device 82. This can be performed independently in the block in different channels of the multi-channel UCHPOS 86, each of which is equivalent to the single-channel UCHPOS considered in connection with Fig. 4, when the received signal, after its amplification in a direct amplification amplifier unit 53 is supplied as a sum of various doublet signals to the input of a nonlinear diode 57; a signal comprising stabilized difference signals with different values and frequencies, this signal can be pre-filtered to store only the indicated difference signals in it, and then each difference signal can be extracted and its parameters determined in various radio engineering units based on frequency selection schemes, including by digitizing the filtered signal and applying various digital methods for determining the parameters of its components (as described above).
При этом может быть измерена интенсивность соответствующей дублетной компоненты (или одной из линий, входящей в дублет), путем измерения усредненной мощности соответствующего разностного сигнала, или его отдельных компонент. Предполагается, что многоэлементная приемная устройство 82 системы формирования изображения может быть откалибрована предварительно путем подачи на входы приемных элементов 48,84, излучения с заведомо известной интенсивностью излучения). В ряде случаев такая калибровка не является необходимой, поскольку для идентификации объектов важны относительные изменения интенсивности в каждом из парциальных изображениях. С другой стороны, если чувствительность приемной системы является зависимой от физических параметров принимаемых компонент излучения, и это существенно для конкретного алгоритма синтеза изображений, такая калибровка может быть осуществлена для каждого или части из изменяемых параметров, при этом такая калибровка может производиться периодически во время функционирования системы.In this case, the intensity of the corresponding doublet component (or one of the lines included in the doublet) can be measured by measuring the average power of the corresponding difference signal, or its individual components. It is assumed that the multi-element receiving device 82 of the formation system images can be pre-calibrated by applying to the inputs of the receiving elements 48.84, radiation with a known radiation intensity). In some cases, such a calibration is not necessary, since relative changes in intensity in each of the partial images are important for identifying objects. On the other hand, if the sensitivity of the receiving system is dependent on the physical parameters of the received radiation components, and this is essential for a particular image synthesis algorithm, such a calibration can be performed for each or part of the variable parameters, and such calibration can be performed periodically during the operation of the system .
Каждая такая пара монолитных генераторов излучения будет формировать соответствующий ТП источник 28, 83, МПР источника излучения 81. С точки зрения возможностей формирования синтезированных изображений такой МПР источник дублетных линий предпочтителен, поскольку может быть не дорогостоящим и обеспечивать очень высокую плотность информационных каналов в соответствующих полосах MM и/или CMM излучения, поступающих на входы приемного устройства 82, существенно снижая уровень излучения освещения в зоне наблюдения 6, увеличивая число возможных парциальных изображений, которые могут быть получены приемным устройством 82 и обработаны процессорным устройством для синтезирования высококачественных изображений практически в реальном времени.Each such pair of monolithic radiation generators will form a corresponding TS source 28, 83, MPR of the radiation source 81. From the point of view of the possibility of synthesizing images of such MPR, a source of doublet lines is preferable, since it can be inexpensive and provide a very high density of information channels in the corresponding MM bands and / or CMM radiation arriving at the inputs of the receiving device 82, significantly reducing the level of radiation of illumination in the observation zone 6, increasing the number of possible artsialnyh images that can be obtained by the receiver 82 and processed by the processing unit for synthesizing high-quality images in near real time.
В идеальном случае точка каждая точка на поверхности резкого изображения (в плоскости резкого изображения) 48 должна соответствовать определенной точке 87 в зоне наблюдения 6 (плоскости объекта). Однако, в силу конечной апертуры используемого фокусирующего элемента (ФЭ), каждой точке 48 (или ограниченной области) в зоне приема ФЭ однозначно соответствует ограниченная область наблюдения 6, или, соответственно, ограниченная, но вполне пространственно-определенная, часть поля зрения системы формирования изображений, рассеянное (или излученное) излучение из которой преимущественно фокусируется в эту точку фокусирующим элементом (линзой) 10. По сути, речь идет об ограниченном объеме зоны наблюдения резкого изображения для рассматриваемого элемента приемной матрицы, который достигается при используемым фокусирующего элемента, для фокусирования не плоскопараллельных пучков излучения и положение которого определяется из условия оптического сопряжения зоны/плоскости приема и зоны/плоскости наблюдения посредством ФЭ. Поперечные размеры этого объема определяются радиусом разрешаемого квазиоптической системой элемента изображения, а продольный линейный размер соответствующей глубиной резкости для фокусирующего элемента (линзы) 10. Указанные конечные размеры разрешаемого элемента и определяют пространственные размеры спекл шумов и пропорциональны размерам осцилляции Гиббса, характерных для MM изображений и интенсивно разрушающих их качество.In the ideal case, the point each point on the surface of the sharp image (in the plane of the sharp image) 48 should correspond to a certain point 87 in the observation zone 6 (plane of the object). However, due to the finite aperture of the used focusing element (PV), each point 48 (or a limited area) in the PV receiving zone uniquely corresponds to a limited observation region 6, or, accordingly, a limited, but quite spatially defined, part of the field of view of the formation system images, scattered (or radiated) radiation from which it is mainly focused at this point by a focusing element (lens) 10. In fact, we are talking about a limited volume of the sharp image observation area for the receiving element under consideration, which is achieved with the focusing element used, for focusing plane-parallel radiation beams and the position of which is determined from the condition of optical conjugation of the reception zone / plane and the observation zone / plane by means of PV. The transverse dimensions of this volume are determined by the radius of the image element resolved by the quasi-optical system, and the linear linear size by the corresponding depth of field for the focusing element (lens) 10. The indicated final dimensions of the resolved element determine the spatial dimensions of the speckles of noise and are proportional to the sizes of Gibbs oscillations characteristic of MM images and intensely destroying their quality.
Более детализированная схема адаптивной ММ/СММ системы формирования изображений (СФИ), основанная на использовании многоэлементного пространственно-распределенного (МПР) источника излучения и многоэлементного приемного (МП) устройства показана на фиг. 16.A more detailed diagram of an adaptive MM / SMM imaging system (SFI) based on the use of a multi-element spatially distributed (MPR) radiation source and a multi-element receiving (MP) device is shown in FIG. 16.
Такая адаптивная СФИ состоит из следующих подсистем и узлов:Such an adaptive SFI consists of the following subsystems and nodes:
1) широко-частотный фокусирующий элемент (линза) 10, предназначенная для формирования ММ/СММ изображений;1) a wide-frequency focusing element (lens) 10, designed to form MM / SMM images;
2) приемное устройство 82, включающее в себя: а) многоэлементную приемную матрицу (МПМ) приемных элементов2) a receiving device 82, including: a) a multi-element receiving matrix (MPM) of the receiving elements
85, предназначенную для получения ее приемными элементами 48, 84 пространственных выборок в сфокусированном линзой 10 ММ/СММ излучении в поверхности резкого изображения ПРИз фокусирующего элемента 10 и преобразовании принятых элементами приемной матрицы 82 излучения в соответствующую матрицу (набор) независимых электрических сигналов (размерность матрицы независимых электрических сигналов совпадает с размерностью формируемых в последствии парциальных и результатных изображений), б) многоканальный блок УЧПОС 87 усиления, частотного преобразования и обработки, включая как и ранее декодирование (например, демодуляции) частичного или полного указанных сигналов принятых указанной приемной матрицей (каждый элемент матрицы 48, 84 имеет свой собственный указанный канал 49,88 блока 87 УЧПОС, образуя вместе с соответствующим приемным элементом соответствующий приемный канал приемного устройства 82. Выходы указанных каналов блока УЧПОС 87 связаны с мультиплексором 89. Блок УЧПОС 87 включает блок гетеродинных генераторов 90, генерирующих гетеродинные сигналы для опорных сигналов смесителей соответствующих каналов УЧПОС 87, для частотного смещения по частоте вниз принятых приемными элементами МПМ 85 (например МПМ антенных приемников) сигналов в полосы усиления соответствующих УПЧ, каждый из которых связан с соответствующим указанным смесителем в указанном канале многоканального блока 87 УЧПОС (при необходимости такого гетеродинного частотного преобразования),85, intended for receiving by its receiving elements 48, 84 spatial samples in the radiation focused by the 10 MM / SMM lens in the surface of a sharp image PRIZ of the focusing element 10 and converting the radiation received by the elements of the receiving matrix 82 into the corresponding matrix (set) of independent electrical signals (independent matrix dimension electrical signals coincides with the dimension of partial and resultant images formed later), b) UCHPOS 87 multi-channel unit for amplification, frequency conversion and processing, including, as before, decoding (for example, demodulation) of partial or full specified signals received by the specified receiving matrix (each matrix element 48, 84 has its own specified channel 49.88 of the UCHPOS block 87, forming, together with the corresponding receiving element, the corresponding receiving channel of the receiving device 82. The outputs are indicated The channels of the UCHPOS 87 block are connected with the multiplexer 89. The UCHPOS 87 block includes a block of heterodyne generators 90 generating heterodyne signals for the reference signals of the mixers of the corresponding channels of UCHPOS 87, for the frequency downward frequency shift of the signals received by the receiving elements of the MPM 85 (for example, MPM antenna receivers) in gain bands of the corresponding IFA, each of which is associated with the corresponding specified mixer in the specified channel of the multi-channel unit 87 UCHPOS (if necessary, such a heterodyne frequency converter Azovans)
3) процессорный блок 22 выполненный с функцией управления различными узлами, входящих в состав различных блоков этой системы формирования изображений, в с функцией цифрового приема сигналов выходных каналов блока УЧПОС 87 (соединенных со входами мультиплексора 89) с выхода мультиплексора 89 путем соединения выхода блока мультиплексоров с входом АЦП 91 а также цифровой обработки и визуализации сформированных блоком 22 матричных парциальных изображений, выполнении функции предварительной численной обработки соответствующих парциальных изображений сигналов с помощью препроцессора изображений 92. Процессорный блок 22 включает в себя также интерфейсный блок 93 (обеспечивающего передачу сигналов между различными узлами системы), главного процессорного блока 94, управляющего функционированием всей системы в целом и синтезирующий высококачественные результатные изображения), блоком визуального отображения результатных изображений 95, имеющий дисплей 96.3) a processor unit 22 configured to control the various nodes included in the various units of this imaging system, with the function of digitally receiving signals from the output channels of the UCHPOS 87 unit (connected to the inputs of the multiplexer 89) from the output of the multiplexer 89 by connecting the output of the multiplexer unit to ADC input 91 as well as digital processing and visualization of matrix partial images generated by block 22, performing the function of preliminary numerical processing of the corresponding partial images signal imaging using an image preprocessor 92. The processor unit 22 also includes an interface unit 93 (providing signal transmission between the various nodes of the system), the main processor unit 94, which controls the operation of the entire system in general, and synthesizing high-quality result images), a visual display unit of the result images 95, having a display 96.
4) многоэлементного пространственно-распределенного источника излучения 81, состоящих из двумерной матрицы точечно-подобных источников излучения, каждый из которых состоит из отдельных генераторов излучения 39, 97, 98, соединенных с собственными вентилями, каждый из которых соединен с собственным электрически управляемым аттенюатором 42,99,100, выход каждого из которых связан со входом соответствующего модулятором излучения 44,101, 102 выходы которых соединены со входами соответствующих передающих антенн 35, 103,104. Каждый генератор, аттенюатор и модулятор электрически связан с собственным блоком управления и модуляции 105,106,107, и управляется или модулируется его сигналами. Фазовая стабилизация разностной частоты спектрально сдвинутых несущих двух или нескольких таких сигналов позволяет решить проблему высокой чувствительности приемной аппаратуры, также как и выполнить эффективное кодирование парциальных излучений.4) a multi-element spatially distributed radiation source 81, consisting of a two-dimensional matrix of point-like radiation sources, each of which consists of separate radiation generators 39, 97, 98, connected to its own valves, each of which is connected to its own electrically controlled attenuator 42, 99,100, the output of each of which is connected to the input of the corresponding radiation modulator 44,101, 102 whose outputs are connected to the inputs of the respective transmitting antennas 35, 103,104. Each generator, attenuator and modulator is electrically connected to its own control and modulation unit 105,106,107, and is controlled or modulated by its signals. Phase stabilization of the difference frequency of the spectrally shifted carriers of two or more of these signals allows us to solve the problem of high sensitivity of the receiving equipment, as well as to perform efficient coding of partial emissions.
Первое достигается в максимально возможной концентрации энергии сигнала, несущего информацию о свойствах отражающей поверхности объекта, в предельно узкой полосе частот разностного сигнала выделяемого в приемной части системы для каждого элемента индивидуально. Это имеет место несмотря на то, что собственная стабильность генераторов синглетного (из одной спектральной линии) излучения ММ/СММ диапазонов не позволяет в принципе достичь требуемой стабилизации частоты и соответственно такой спектральной концентрации. При этом сверхвысокая концентрация энергии разностного сигнала достигается для частот, в области которых спектральная мощность избыточных шумов электронных компонент (а это частоты по крайней мере не меньше 10-50 Мгц, а вполне достижимо может быть свыше 1-3 ГГц и т.д. в зависимости от реализации генератора дублетной линии) становится минимальной и характеризуется только спектральной мощностью тепловых шумов, которые хотя и неустранимы практически ни для какого спектрального диапазона, но в указанном диапазоне разностных частот характеризуются ничтожно малой величиной (для полосы частот в 1 Гц характеризуется величиной в 10"20 Вт).The first is achieved at the maximum possible concentration of energy of the signal, which carries information about the properties of the reflecting surface of the object, in an extremely narrow frequency band of the difference signal allocated in the receiving part of the system for each element individually. This takes place despite the fact that the intrinsic stability of the generators of the singlet (from one spectral line) radiation of the MM / SMM bands does not allow, in principle, to achieve the required frequency stabilization and, accordingly, such spectral concentration. In this case, an ultrahigh concentration of the energy of the difference signal is achieved for frequencies in the region of which the spectral power of the excess noise of the electronic components (and this frequency is at least not less than 10-50 MHz, but it can be achievable above 1-3 GHz, etc. depending on the implementation of the doublet line generator) becomes minimal and is characterized only by the spectral power of thermal noise, which, although it cannot be eliminated for almost any spectral range, is characterized by a negligible value in the indicated range of difference frequencies (for a frequency band of 1 Hz it is characterized by a value of 10 "20 W).
Таким образом, двойной подход, заключающейся в предельно возможном сужении полосы разностного сигнала (или, что эквивалентно, спектральной концентрации энергии отраженного объектом сигнала) и его частотной стабилизации (вплоть до 1 Гц девиации разностной частоты), с другой стороны перенос его частоты в диапазон с предельно низким уровнем шумов электронной аппаратуры (сравнимым или выше 1 ГГц) позволяет достигать предельно высокой чувствительности приемной аппаратуры СФИ (а значит и сверхнизкого уровня активного подсвечивающего одежду человека излучения — значительно меньшего в сравнении с общем уровнем внешнего естественного фона излучения в данном спектральном диапазоне), а с другой стороны повышенного динамического диапазона приемной аппаратуры.Thus, there is a double approach, consisting in the maximum possible narrowing of the difference signal band (or, equivalently, the spectral energy concentration of the signal reflected by the object) and its frequency stabilization (up to 1 Hz of the difference frequency deviation), on the other hand, transferring its frequency to the range with extremely low noise level of electronic equipment (comparable or higher than 1 GHz) allows you to achieve extremely high sensitivity of the receiving equipment SFI (and hence the ultra-low level of active clothing illuminating radiation man - much less in comparison with the general level of the external natural background radiation in this spectral range), and on the other hand the increased dynamic range of the receiving equipment.
Последнее важно в связи с зеркальном характером отражения излучения этого диапазона от объектов наблюдения, что определяет большой динамический диапазон сигналов, отраженных под произвольными углами от поверхности объекта наблюдения и углами зеркального отражения. При этом очевидно что, если динамический диапазон приемной аппаратуры не достаточен, визуально отобралсаться будут только компоненты излучения, зеркально отраженные от объекта, что заведомо определяет крайне низкое качество формируемых изображений.The latter is important in connection with the mirror nature of the reflection of radiation of this range from the objects of observation, which determines the large dynamic range of signals reflected at arbitrary angles from the surface of the object of observation and the angles of mirror reflection. It is obvious that if the dynamic range of the receiving equipment is not sufficient, only radiation components that are specularly reflected from the object will be visually selected, which obviously determines the extremely low quality of the generated images.
Согласно настоящего изобретения приемо-передатчик системы формирования изображений для получения полной информации о рассеянном объектом излучении в условиях низкого уровня мощности освещения объекта по первому примеру исполнения содержит гетеродинный приемник миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для приема миллиметрового и субмиллиметрового излучения изображений указанной системы формирования изображений, источник миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для освещения объекта , при этом гетеродинный приемник включает в себя приемную антенну, соединенную с субгармоническим первым смесителем для приема на его на опорном входе сигнала первый генератор излучения, выполняющий функцию гетеродина для указанного смесителя, первый полосовой фильтр, соединенного с первым смесителем для выделения сигнала промежуточной частоты, субгармонический второй смеситель, сигнальный вход которого электрически связан с выходом первого полосового фильтра и, а опорный вход предназначен для приема умноженного по частоте первым умножителем частоты сигнала генератора опорного сигнала, второй полосовой фильтр, вход которого связан с выходом второго смесителя, высокочастотный или низкочастотный анализатор сигнала, вход которого с соединен с выходом второго смесителя, средства отображения и обработки сигнала, связанные с выходом анализатора сигнала, источник излучения представляет собой второй генератор излучения, выход которого соединен со входом второго умножителя частоты, выход которого соединен с передающей антенной, и включает в себя контролирующий блок для контроля частоты излучения второго генератора излучения частотой первого генератора излучения посредством формирования сигнала разностной частоты указанных генераторов и обеспечения фазовой синхронизации указанного разностного сигнала сигналом генератора опорного сигнала путем регулирования частоты второго генератора, генератор опорного сигнала предназначен для активирования контролирующего блока и генерации опорного сигнала для указанного анализатора сигнала, а первый и второй умножители частоты источника сигнала и первый субгармонический смеситель выполнены с возможностью функционирования на гармонике одного и того же порядка. В этом приемопередатчике анализатор сигнала представляет собой два аналогово-цифровых преобразователя, осуществляющих синхронное оцифровывание сигнала с выхода второго полосового фильтра и умноженного сигнала генератора опорного сигнала с выхода первого умножителя частоты; и процессор, имеющий память для загрузки цифровых массивов оцифрованных указанных сигналов, и выполненный с возможностью вычисления амплитудной и фазовой информации принимаемых приемников сигналов.According to the present invention, the transceiver of the image forming system for obtaining complete information about the radiation scattered by the object under conditions of a low level of illumination power of the object according to the first embodiment includes a heterodyne receiver of millimeter and submillimeter radiation intended for receiving millimeter and submillimeter radiation of images of the indicated image forming system, a millimeter and submillimeter radiation source for illuminating an object, the heterodyne receiver including a receiving antenna connected to a subharmonic first mixer for receiving the first signal at the reference input thereof a radiation generator that performs the function of a local oscillator for the specified mixer, the first bandpass filter connected to the first mixer To isolate the intermediate frequency signal, a subharmonic second mixer, the signal input of which is electrically connected to the output of the first bandpass filter and, and the reference input is designed to receive the frequency signal multiplied by the first frequency multiplier of the reference signal generator, the second bandpass filter, the input of which is connected to the output of the second mixer , a high-frequency or low-frequency signal analyzer, the input of which is connected to the output of the second mixer, means for displaying and processing the signal associated with the output a of the signal analyzer, the radiation source is a second radiation generator, the output of which is connected to the input of the second frequency multiplier, the output of which is connected to the transmitting antenna, and includes a control unit for monitoring the radiation frequency of the second radiation generator by the frequency of the first radiation generator by generating a difference frequency signal of these generators and ensure phase synchronization of the specified differential signal by the signal generator of the reference signal by adjusting the hour the second generator, the reference signal generator is designed to activate the control unit and generate the reference signal for the specified signal analyzer, and the first and second frequency sources of the signal source and the first subharmonic mixer are made with the possibility of functioning on the harmonics of the same order. In this transceiver, the signal analyzer is two analog-to-digital converters that synchronously digitize the signal from the output of the second band-pass filter and the multiplied signal of the reference signal generator from the output of the first frequency multiplier; and a processor having a memory for loading digital arrays of digitized said signals, and configured to calculate amplitude and phase information of the received signal receivers.
В этом приемо-передатчике контролирующий блок представляет собой первый направленный ответвитель, соединенный с выходом первого генератора и осуществляющий деление сигнала первого генератора по мощности на меньшую и большую части, второй направленный ответвитель, соединенный с выходом второго генератора и осуществляющий деление сигнала первого генератора по мощности на меньшую и большую части, смеситель, входы которого предназначены для приема меньших частей сигналов указанных первого и второго генераторов, и который осуществляет выделение сигнала разностной частоты из указанных сигналов для подачи этого разностного сигнала через полосовой фильтр на один вход фазового детектора, другой вход которого предназначен для приема сигнала указанного генератора опорного сигнала, а сигнал ошибки фазового детектора, являющийся сигналом фазового рассогласования между сигналом разностной частоты сигналов указанных первого и второго генераторов и сигналом генератора опорной частоты, подается на управляющий электрод второго генератора для изменения частоты сигнала второго генератора и уменьшения указанного фазового рассогласования.In this transceiver, the control unit is a first directional coupler connected to the output of the first generator and dividing the signal of the first generator by power into smaller and larger parts, a second directional coupler connected to the output of the second generator and dividing the signal of the first generator by power by smaller and larger parts, a mixer, the inputs of which are designed to receive smaller parts of the signals of the first and second generators, and which implements extracting the difference frequency signal from these signals to supply this difference signal through a bandpass filter to one input of the phase detector, the other input of which is designed to receive the signal of the specified reference signal generator, and the error signal of the phase detector, which is the phase mismatch signal between the difference frequency signal of the signals of the first and the second generators and the signal of the reference frequency generator, is supplied to the control electrode of the second generator to change the frequency of the second signal th generator and reducing the indicated phase mismatch.
Гетеродинный приемник приемо-передатчика может быть установлен на сканирующем устройстве с возможностью приема излучения полного изображения, сформированного системой формирования изображений путем сканирования гетеродинного приемника в плоскости резкого изображения этой системы. Гетеродинный приемник приемо-передатчика может быть выполнен в виде матрицы гетеродинных приемников, расположенных таким образом, что фазовые центры указанных антенных приемников каждого гетеродинного приемника совпадают с плоскости резкого изображения системы формирования изображений, а каждый гетеродинный приемник снабжен направленным ответвителем для передачи часть мощности второго генератора на гетеродинный вход соответствующего первого смесителя, а указанный второй генератор является общим для всех гетеродинных приемников, каждый из которых выполнен с возможностью приема части его мощности через соответствующий направленный ответвитель.The heterodyne receiver of the transceiver can be mounted on a scanning device with the ability to receive radiation of the full image formed by the imaging system by scanning the heterodyne receiver in the sharp plane of this system. The heterodyne receiver of the transceiver can be made in the form of a matrix of heterodyne receivers arranged so that the phase centers of these antenna receivers of each heterodyne receiver coincide with the sharp image plane of the imaging system, and each heterodyne receiver is equipped with a directional coupler to transmit part of the power of the second generator to the heterodyne input of the corresponding first mixer, and the specified second generator is common to all heterodyne receivers , each of which is configured to receive part of its power through a corresponding directional coupler.
Согласно второго примера исполнения приемо-передатчик системы формирования миллиметровых и субмиллиметровых изображений для получения детальной информации о рассеянном объектом излучении в условиях низкого уровня мощности освещения объекта содержит приемник прямого усиления и детектирования миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для приема миллиметрового и субмиллиметрового излучения изображений указанной системы формирования изображений, источник составного миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для освещения объекта или, при этом приемник прямого усиления и детектирования включает в себя приемную антенну, соединенную с усилителем высокой частоты, сигнал которого подается на квадратичный детектор, анализатор сигнала, вход которого соединен через фильтр с выходом указанного квадратичного детектора, средства отображения и обработки сигнала, связанные с выходом анализатора сигнала, источник составного излучения, состоящий из первого генератора излучения, соединенного с первым направленным ответвителем, делящего сигнал первого генератора по мощности на большую и меньшую части и второго генератора излучения, соединенного со вторым направленным ответвителем, делящего сигнал второго генератора по мощности на большую и меньшую части, выходной антенной системы, предназначенной для передачи указанных больших частей мощности сигналов первого и второго генераторов в свободное пространство преимущественно одинаковым образом, контролирующий блок, на входы которого с соответствующих выходов указанных направленных ответвителей подаются указанные сигналы меньшей мощности соответственно первого и второго генераторов и, который предназначен для контроля частоты излучения второго генератора излучения частотой первого генератора излучения, генератор опорного сигнала предназначенный для активирования контролирующего блока и генерации опорного сигнала для указанного анализатора сигнала.According to a second embodiment, the transceiver of the system for generating millimeter and submillimeter images for obtaining detailed information about the radiation scattered by the object under conditions of a low level of illumination power of the object contains a receiver for direct amplification and detection of millimeter and submillimeter radiation, designed to receive millimeter and submillimeter radiation images of the specified formation system images, the source of the compound millimeter and submillimeter is emitted An instrument intended for illuminating an object or, in this case, a direct amplification and detection receiver includes a receiving antenna connected to a high-frequency amplifier, the signal of which is supplied to a quadratic detector, a signal analyzer, the input of which is connected through a filter to the output of the specified quadratic detector, and display means and signal processing associated with the output of the signal analyzer, a composite radiation source consisting of a first radiation generator connected to the first directional coupler, dividing signal of the first generator in power to a larger and smaller part and a second radiation generator connected to the second directional coupler, dividing the signal of the second generator in power by a larger and smaller part of the output antenna system designed to transmit the indicated large parts of the power of the signals of the first and second generators into free space in the same way, in the control unit, to the inputs of which the indicated signals of lower power, respectively, of the first and second generators are supplied from the corresponding outputs of these directional couplers and, which is intended to control the radiation frequency of the second radiation generator by the frequency of the first radiation generator, the generator a reference signal ator designed to activate a control unit and generate a reference signal for said signal analyzer.
Анализатор сигнала для этого примера может представлять собой полосовой фильтр с центральной частотой пропускания, соответствующей частоте указанного генератора опорного сигнала, связанный со аналогово- цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, который осуществляет обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала. Кроме того, анализатор может состоять дополнительно из смесителя, сигнальный вход которого соединен с выходом указанного полосового фильтра, а на опорный вход указанного смесителя поступает сигнал генератора опорного сигнала, и выходной сигнал указанного смесителя через фильтр подается на вход аналогово- цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, при этом процессор осуществляет цифровую обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала.The signal analyzer for this example can be a band-pass filter with a central transmission frequency corresponding to the frequency of the specified reference signal generator, coupled to an analog-to-digital converter that digitally samples the signal and fills these samples with the processor’s memory, which processes these samples to obtain the spectral composition this signal. In addition, the analyzer may additionally consist of a mixer, the signal input of which is connected to the output of the specified band-pass filter, and the signal of the reference signal generator is supplied to the reference input of the specified mixer, and the output signal of the specified mixer is fed through the filter to the input of an analog-to-digital converter performing digital sampling signal and filling these samples with processor memory, while the processor digitally processes these samples in order to obtain the spectral composition of this signal ala.
Контролирующий блок для приемо-передатчика по этому примеру исполнения представляет собой смеситель, входы которого предназначены для приема меньших частей сигналов указанных первого и второго генераторов, и соединены с соответствующими выходами указанных первого и второго направленных ответвителей, и который осуществляет выделение сигнала разностной частоты из указанных сигналов для подачи этого разностного сигнала через полосовой фильтр на один вход фазового детектора, другой вход которого предназначен для приема сигнала указанного генератора опорного сигнала, а сигнал ошибки фазового детектора, являющийся сигналом фазового рассогласования между сигналом разностной частоты сигналов указанных первого и второго генераторов и сигналом генератора опорной частоты, подается на управляющий электрод второго генератора для изменения частоты сигнала второго генератора и уменьшения указанного фазового рассогласования. При этом приемник прямого усиления и детектирования может быть установлен на сканирующем устройстве с возможностью приема излучения полного изображения, сформированного системой формирования изображений, путем сканирования гетеродинного приемника в плоскости резкого изображения этой системы. В области резкого изображения фокусирующего элемента может быть расположена матрица указанных приемников прямого усиления и детектирования таким образом, что антенны указанных приемников расположены около плоскости резкого изображения фокусирующего элемента.The control unit for the transceiver according to this embodiment is a mixer, the inputs of which are designed to receive smaller parts of the signals of the first and second generators, and are connected to the corresponding outputs of the first and second directional couplers, and which implements extracting the difference frequency signal from these signals to supply this difference signal through a bandpass filter to one input of the phase detector, the other input of which is designed to receive the signal of the specified reference signal generator, and the error signal of the phase detector, which is the phase mismatch signal between the difference frequency signal of the signals of the first and the second generators and the signal of the reference frequency generator, is fed to the control electrode of the second generator to change the frequency of the second signal th oscillator and reduce the phase error. In this case, the direct amplification and detection receiver can be installed on a scanning device with the possibility of receiving the radiation of the full image generated by the imaging system by scanning the heterodyne receiver in the sharp image plane of this system. In the area of the sharp image of the focusing element, a matrix of these direct amplification and detection receivers can be located so that the antennas of these receivers are located near the plane of the sharp image of the focusing element.
При использовании набора указанных источников составного излучения, при котором частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников отличаются друг от друга, к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения.When using a set of these sources of composite radiation, in which the frequencies of the signal generators of the reference signals of the corresponding sources are different from each other, several specified signal analyzers are connected in parallel to the output of the quadratic detector of the direct amplification and detection receiver, the number of which is equal to the number of these sources of composite radiation in the specified set, and the center frequency of the band-pass filter of the corresponding analyzer is equal to the frequency of the signal of the reference oscillator, respectively existing source of composite radiation.
А при использовании набора указанных источников составного излучения, при которых частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников отличаются друг от друга, к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения, при этом на опорный вход смесителя указанного анализатора сигнала подается сигнал опорного генератора указанного источника составного излучения.And when using a set of these sources of composite radiation, at which the frequencies of the signal generators of the reference signals of the corresponding sources differ from each other, to the output of the quadratic detector of the receiver of direct amplification and detection several indicated signal analyzers are connected in parallel, the number of which is equal to the number of the indicated composite radiation sources in the specified set, and the center frequency of the band-pass filter of the corresponding analyzer is equal to the frequency of the reference generator signal of the corresponding composite radiation source, while the signal of the reference generator of the specified signal is supplied to the reference input of the mixer of the specified signal analyzer composite radiation source.
При этом разные источники составного излучения из набора ( в том числе ТП источников пространственно-распределенного источника) источников предназначены для освещения или объекта. Разные источники составного излучения из набора источников имеют существенно различные их средние частоты, вычисляемые как средне-арифметическое частот соответствующих парных генераторов.Moreover, different sources of composite radiation from a set (including TP sources of a spatially distributed source) sources are intended for lighting or an object. Different sources of composite radiation from a set of sources have substantially different average frequencies, calculated as the arithmetic mean of the frequencies of the corresponding paired generators.
Распространяющееся в свободном пространстве излучение указанной большей части сигнала первого генератора преимущественно линейно поляризовано в первом пространственном направлении, а распространяющееся в свободном пространстве излучение указанной большей части сигнала второго генератора преимущественно линейно поляризовано во втором пространственном направлении. В этом случае первое пространственное направление совпадает со вторым пространственным направлением или первое пространственное направление ортогонально второму пространственному направлению.The radiation propagating in free space of the indicated most of the signal of the first generator is mainly linearly polarized in the first spatial direction, and the radiation propagating in free space of the indicated most of the signal of the second generator is mainly linearly polarized in the second spatial direction. In this case, the first spatial direction coincides with the second spatial direction or the first spatial direction orthogonal to the second spatial direction.
Приемник может быть снабжен поляризационными средствами, выделяющими из падающего на него излучения излучение, линейно- поляризованное в первом пространственном направлении или приемник может быть снабжен поляризационными средствами, выделяющими из падающего на него излучения излучение, линейно-поляризованное во втором пространственном направлении.The receiver may be equipped with polarizing means emitting radiation linearly polarized in the first spatial direction from the incident radiation, or the receiver may be equipped with polarizing means emitting linearly polarized radiation in the second spatial direction from the incident radiation.
Частоты первого и второго генераторов источника составного излучения одновременно увеличиваются или уменьшаются по частоте в достаточно широком диапазоне частот, а указанный контролирующий блок сохраняет указанное управление частоты и фазы второго генератора частотой и фазой первого генератора во всем указанном диапазоне частот.The frequencies of the first and second generators of the composite radiation source simultaneously increase or decrease in frequency in a fairly wide frequency range, and the specified control the unit stores the specified control of the frequency and phase of the second generator by the frequency and phase of the first generator in the entire specified frequency range.
Согласно следующего примера исполнения приемо-передатчик системы формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн для получения детальной информации о рассеянном объектом излучении в условиях низкого уровня мощности освещения объекта, содержащий приемник прямого усиления и детектирования миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для приема миллиметрового и субмиллиметрового излучения изображений указанной системы формирования изображений в плоскости резкого изображения ее фокусирующего элемента, источник миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для освещения объекта, приемник прямого усиления и детектирования включает в себя приемную антенну, соединенную с усилителем высокой частоты, сигнал которого подается на квадратичный детектор, высокочастотный или низкочастотный анализатор сигнала, вход которого соединен через фильтр с выходом указанного квадратичного детектора, средства отображения и обработки сигнала, связанные с выходом анализатора сигнала, источник излучения состоит из источника составного излучения, источник составного излучения состоит из первого генератора излучения, соединенного с первым направленным ответвителем, делящего сигнал первого генератора по мощности на большую и меньшую части и второго генератора излучения, соединенного со вторым направленным ответвителем, делящего сигнал второго генератора по мощности на большую и меньшую части выходной антенной системы предназначенной для передачи указанных больших частей мощности сигналов первого и второго генераторов в свободное пространство преимущественно одинаковым образом, контролирующий блок, на входы которого с соответствующих выходов указанных направленных ответвителей подаются указанные сигналы меньшей мощности соответственно первого и второго генераторов и, который предназначен для контроля частоты излучения второго генератора излучения частотой первого генератора излучения, генератор опорного сигнала предназначенный для активирования контролирующего блока и генерации опорного сигнала для указанного анализатора сигнала. Для этого примера исполнения указанный анализатор сигнала представляет собой полосовой фильтр с центральной частотой пропускания, соответствующей частоте указанного генератора опорного сигнала, связанный со аналогово-цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, который осуществляет обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала. Указанный анализатор может состоять дополнительно из смесителя, сигнальный вход которого соединен с выходом указанного полосового фильтра, а на опорный вход указанного смесителя поступает сигнал генератора опорного сигнала, и выходной сигнал указанного смесителя через фильтр подается на вход аналогово-цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, при этом процессор осуществляет цифровую обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала,According to the following exemplary embodiment, the transceiver of the imaging system in the millimeter and submillimeter wavelength ranges for obtaining detailed information about the radiation scattered by the object under conditions of low illumination power of the object, comprising a receiver for direct amplification and detection of millimeter and submillimeter radiation, designed to receive millimeter and submillimeter radiation images of the specified image forming system in the sharp image plane, its focus element, a source of millimeter and submillimeter radiation intended for illumination of the object, the direct amplification and detection receiver includes a receiving antenna connected to a high-frequency amplifier, the signal of which is fed to a quadratic detector, a high-frequency or low-frequency signal analyzer, the input of which is connected through a filter with the output of the specified quadratic detector, the means of display and signal processing associated with the output of the signal analyzer, the radiation source consists of composite radiation source, the composite radiation source consists of a first radiation generator connected to the first directional coupler, dividing the signal of the first generator by power into larger and smaller parts, and a second radiation generator connected to the second directional coupler, dividing the signal of the second generator by power to large and a smaller part of the output antenna system for transmitting these large parts of the power of the signals of the first and second generators into essentially the same way, the control unit, to the inputs of which from the corresponding outputs of the indicated directional couplers the indicated signals of lower power, respectively, of the first and second generators and which are intended to control the radiation frequency of the second radiation generator by the frequency of the first radiation generator, a reference signal generator designed to activate the control unit and generate a reference signal for the specified signal analyzer. For this embodiment, the specified signal analyzer is a band-pass filter with a central transmission frequency corresponding to the frequency of the specified reference signal generator, coupled to an analog-to-digital converter, which digitally samples the signal and fills these processor samples with memory, which processes these samples to obtain a spectral composition of this signal. The specified analyzer may additionally consist of a mixer, the signal input of which is connected to the output of the specified band-pass filter, and the signal of the reference signal generator is supplied to the reference input of the specified mixer, and the output signal of the specified mixer is fed through the filter to the input of an analog-to-digital converter performing digital signal sampling and filling these samples with processor memory, while the processor digitally processes these samples in order to obtain the spectral composition of this signal and,
Для этого приемо-передатчика контролирующий блок представляет собой смеситель, входы которого предназначены для приема меньших частей сигналов указанных первого и второго генераторов, и соединены с соответствующими выходами указанных первого и второго направленных ответвителей, и который осуществляет выделение сигнала разностной частоты из указанных сигналов для подачи этого разностного сигнала через полосовой фильтр на один вход фазового детектора, другой вход которого предназначен для приема сигнала указанного генератора опорного сигнала, а сигнал ошибки фазового детектора, являющийся сигналом фазового рассогласования между сигналом разностной частоты сигналов указанных первого и второго генераторов и сигналом генератора опорной частоты, подается на управляющий электрод второго генератора для изменения частоты сигнала второго генератора и уменьшения указанного фазового рассогласования.For this transceiver, the control unit is a mixer, the inputs of which are designed to receive smaller parts of the signals of the specified first and second generators, and are connected to the corresponding outputs of the first and second directional couplers, and which extracts the difference frequency signal from these signals to supply this a difference signal through a bandpass filter to one input of the phase detector, the other input of which is designed to receive the signal of the specified reference generator th signal and the error signal of the phase detector, which signal phase mismatch between the signal of the difference frequency signals of said first and second generators and signal generator reference frequency is supplied to the control electrode of the second generator to change the frequency of the signal of the second generator and reduce the specified phase mismatch.
Может использоваться набор указанных источников составного излучения, при этом частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников должны отличаться друг от друга, а к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения.A set of these sources of composite radiation can be used, while the frequencies of the signal generators of the reference signals of the corresponding sources must be different from each other, and several indicated signal analyzers are connected in parallel to the output of the quadratic detector of the direct amplification and detection receiver, the number of which is equal to the number of these sources of composite radiation in the specified set, and the center frequency of the band-pass filter of the corresponding analyzer is equal to the frequency of the signal of the reference oscillator and the corresponding composite radiation source.
Для этого примера исполнения также может использоваться набор указанных источников составного излучения, при этом частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников отличаются друг от друга, а к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения, при этом на опорный вход смесителя указанного анализатора сигнала подается сигнал опорного генератора указанного источника составного излучения. На фиг. 17 представлена структурная схема парных генераторов, связанных петлей ФАПЧ, позволяющая обеспечивать генерацию двух сигналов MM или CMM диапазонов, разностный сигнал которых фазово- синхронизован сигналом высокостабильного кварцевого генератора или его гармоникой. Такая генераторная схема может быть использована как для генерации вышеописанных дублетных компонент для освещения ими зону наблюдения 6, так и для реализации приемо-передающей аппаратуры СФИ с гетеродинных смещением в ПУ 16 принятых сигналов, которые генерированы одним из парных генераторов и использован для освещения зоны наблюдения 6, а другой передается в ПУ 16 по гибкому коаксиальному кабелю для использования как сигнал накачки в субгармоническом смесителе (лях) и обеспечивает формирования сигналов промежуточной частоты, частота которых равна частоте указанных разностных сигналов и является высокостабильной даже если частоты сигналов самих генераторов изменятся во времени случайным ( из-за фазовых шумов или в результате дрейфа) или регулярным ( из-за контролируемого свипирования их частот в любом технически достижимом пределе) образами.For this embodiment example, a set of these sources of composite radiation can also be used, while the frequencies of the signal generators of the reference signals of the corresponding sources are different from each other, and several of the indicated signal analyzers are connected in parallel to the output of the quadratic detector of the direct amplification and detection receiver, the number of which is equal to the number of these sources composite radiation in the specified set, and the center frequency of the band-pass filter of the corresponding analyzer is equal to the frequencies e of the signal of the reference generator of the corresponding source of composite radiation, while the reference signal of the mixer of the specified signal analyzer receives the signal of the reference generator of the specified source of composite radiation. In FIG. 17 is a structural diagram of paired generators connected by a PLL loop, which allows generating two signals of the MM or CMM bands, the difference signal of which is phase-locked by the signal of a highly stable crystal oscillator or its harmonic. Such a generator circuit can be used both for generating the above-described doublet components for illuminating the observation zone 6 by them, and for implementing transceiver equipment An SFI with heterodyne bias in the control room 16 of the received signals that are generated by one of the paired generators and used to illuminate the observation zone 6, and the other is transmitted to the control room 16 via a flexible coaxial cable for use as a pump signal in a subharmonic mixer (s) and provides the formation of intermediate signals frequencies whose frequency is equal to the frequency of the indicated difference signals and is highly stable even if the frequencies of the signal of the generators themselves change randomly over time (due to phase noise or as a result of ate drift) or regular (due to a controlled sweep of frequencies in any technically achievable limit) images.
Устройство (фиг. 17) состоит из двух генераторов ММ/СММ диапазонов 108 и 109 , работающих на практически одной и той же частоте, по крайней мере один 109 из которых является ГУНом (генератор, частота которого управляема внешним напряжением). В предпочтительной реализации ГУH(aми) являются оба генератора, поскольку это дает возможность изменять их частоты посредством электронного свипирования. В случае волноводной реализации генераторов на их выходы включены вентили 110,111 для развязки генераторов от остальных частей схемы. Посредством направленных ответвителей 112 и 113 меньшие части мощности сигналов генераторов 108 и 109 через их соответствующие выходы подаются на входы смесителя (квадратичный преобразователь) 114, для образования сигнала разностной частоты, равной разности частот сигналов указанных генераторов, указанный разностный сигнал с выхода смесителя 114 поступает на вход частотно селективной цепи 115, состоящей из полосового фильтра 116, (настроенный на центральную частоту разностного сигнала), последовательно соединенный с усилителем 117 и с выхода усилителя 117 поступает на один из входов 118 фазового детектора 119, имеющий выход 120, на другой вход 121 фазового детектора 119 поступает сигнал генератора разностного сигнала 122, который является либо сигналом опорного кварцевого генератора, входящего в состав генератора 122, либо одной из его гармоник, образованная в умножителе частоты 123, последовательно соединенного с указанным образцовым опорным кварцевым генератором (этот генератор может быть кварцевым и термо-стабилизированным, поэтому фазовые шумы такого генератора пренебрежительно малы). Сигнал ошибки с выхода 119 фазового детектора 119 поступает на вход усилителя 124 и с его выхода на вход фильтра 125 частотно-селективного усилительного блока 126, при этом полоса частот полосового фильтра 125 выбирается оптимальным образом для обеспечения должного (с низким уровнем фазовых шумов и/или фильтрации высокочастотных информационных составляющих разностного сигнала.) функционирования описанной выше петли ФАПЧ и затем на управляющей электрод 127 генератора ГУН 109. При правильно выбранных полосах пропускания фильтров 117 и 125 вырабатываемый фазовым детектором 119, сигнал ошибки регулирует частоту ГУН 109 для уменьшения (ликвидации) фазовых различий между указанным разностным сигналом, частота которого равна разности сигналов указанных двух генераторов 108 и 109 и фазово-синхронизирован стабилизированным сигналом генератора 122 . . При этом указанная меньшая часть сигнала одного из генераторовThe device (Fig. 17) consists of two MM / SMM generators of ranges 108 and 109, operating at almost the same frequency, at least one of which 109 is a VCO (a generator whose frequency is controlled by external voltage). In a preferred embodiment, both generators are GUNs (s), since this makes it possible to change their frequencies through electronic sweeping. In the case of waveguide implementation of the generators, gates 110,111 are included at their outputs for decoupling the generators from the remaining parts of the circuit. By way of directional couplers 112 and 113, smaller parts of the power of the signals of the generators 108 and 109 are fed through their respective outputs to the inputs of the mixer (quadratic converter) 114, to form a difference frequency signal equal to the frequency difference of the signals of these generators, the specified difference signal from the output of the mixer 114 is fed to the input of the frequency selective circuit 115, consisting of a band-pass filter 116, (tuned to the center frequency of the difference signal), connected in series with the amplifier 117 and the output of the force The device 117 is fed to one of the inputs 118 of the phase detector 119 having an output 120, the signal of the generator of the difference signal 122, which is either a signal of the reference quartz oscillator included in the generator 122, or one of its harmonics formed in the frequency multiplier 123 connected in series with the indicated exemplary reference quartz oscillator (this oscillator can be quartz and thermally stabilized, therefore the phase noise of such an oscillator is negligibly small ) The error signal from the output 119 of the phase detector 119 is fed to the input of the amplifier 124 and from its output to the input of the filter 125 of the frequency selective amplifier unit 126, while the frequency band of the bandpass filter 125 is optimally selected to ensure proper (with a low level of phase noise and / or filtering the high-frequency information components of the difference signal.) the functioning of the PLL loop described above and then on the control electrode 127 of the VCO generator 109. With the correctly selected bandwidths of the filters 117 and 125, we produce passed by the phase detector 119, the error signal adjusts the frequency of the VCO 109 to reduce (eliminate) the phase differences between the specified difference signal, the frequency of which is equal to the difference of the signals of the two generators 108 and 109 and phase-synchronized by the stabilized signal of the generator 122. . Moreover, the indicated smaller part of the signal of one of the generators
(например, генератора 108) должна быть на порядок больше указанной меньшей части другого генератора (например, 109) для оптимальной работы смесителя 114.(e.g., generator 108) should be an order of magnitude larger than the indicated smaller portion of another generator (e.g., 109) for optimal operation of mixer 114.
Большие части сигналов генераторов 108 и 109 с соответствующих выходов 128 и 129 направленных ответвителей 112 и 113 могут затем излучаться в открытое пространство (или использоваться другим образом), в том числе после прохождения ими соответствующих модуляторов 130, 131 (амплитудных или фазовых) каждый из которых последовательно соединен с соответствующей излучающей антенной 132 и 133, которые могут быть как индивидуальными 132, 133 для каждого из каналов прохождения больших частей сигналов генераторов 108, 109, так и могут быть объединены посредством направленных ответвлителей 134, 135 в общий волновод 136 для излучения через общую антенну 137. Частоты таких сигналов сдвинуты относительно друг друга на частоту спектрально чистого разностного сигнала генератора 122 (122,123) и их разностный сигнал фазово синхронизован с сигналом указанного опорного генератора 122, при этом указанный разностный сигнал после распространения сигналов генераторов 108, 109 до приемного устройства СФИ и последующего приема этим устройством может быть сформирован в соответствующем усилительном канале этого приемного устройства и этот вновь выделенный разностный сигнал будет обладать спектральными характеристиками сигнала опорного стабилизированного генератора 122.Large parts of the signals of the generators 108 and 109 from the corresponding outputs 128 and 129 of the directional couplers 112 and 113 can then be radiated into the open space (or used in another way), including after passing through the corresponding modulators 130, 131 (amplitude or phase) each of which connected in series with the corresponding radiating antenna 132 and 133, which can be either individual 132, 133 for each of the channels of passage of large parts of the signals of the generators 108, 109, and can be combined by means of directional couplers 134, 135 into a common waveguide 136 for radiation through a common antenna 137. The frequencies of such signals are shifted relative to each other by the frequency of the spectrally pure difference signal of the generator 122 (122,123) and their difference signal is phase-locked to the signal of the specified reference generator 122, however, the specified differential signal after the propagation of the signals of the generators 108, 109 to the receiving device SFI and subsequent reception by this device can be formed in the corresponding amplifier th channel of the receiving device and the newly allocated difference signal will have the spectral characteristics of the signal of the reference oscillator 122 stabilized.
Показанная выше схема демонстрирует функциональные связи генераторного устройства реализованного в волноводном исполнении. Такое же устройство может быть выполнено в интегральном исполнении в виде монолитного полупроводникового устройство, в этом случае, в соответствии с монолитным исполнением генераторных устройств, антенны 132 и 133 объединены с соответствующим генераторами 108, 109 и служат как собственно в функции планарных антенн для излучения генерируемых сигналов в открытое пространство, так и соответствующих резонаторных систем в составе соответствующих генераторов (должным образом подключенных к соответствующему нелинейному элементу с отрицательным импедансом для генерации сигнала - например к диоду Ганна). В этом случае модуляторы 130, 131 исключаются из состава составного генератора (здесь может модулироваться разностная частота такого генератора). Могут быть исключены и направленные вентили ПО,The diagram above shows the functional relationships of a generator device implemented in a waveguide design. The same device can be integrated in the form of a monolithic semiconductor device, in this case, in accordance with the monolithic design of the generator devices, the antennas 132 and 133 are combined with the corresponding generators 108, 109 and serve as actual planar antennas to emit the generated signals into open space, and of the corresponding resonator systems in the composition of the corresponding generators (properly connected to the corresponding nonlinear element with a negative impedance to generate a signal - for example, to the Gunn diode). In this case, modulators 130, 131 are excluded from the composition of the composite generator (the difference frequency of such a generator can be modulated here). Directional software valves can also be excluded,
111. Направленные ответвители в планарном (полосковом) исполнении111. Directional couplers in planar (strip) design
112, 113 выполняют ту же функцию отбора меньших частей энергий генерируемых сигналов планарных генераторовlОδ, 109 и подачи в планарный смеситель 114. (который может быть выполнен в едином технологическом процессе изготовления вместе с генераторами). Все другие элементы, в том числе и фазовый детектор 119 и частотно- усилительные блоки 115, 126, могут быть выполнены по интегральной технологии также. Генератор 122 опорного сигнала стабилизированного типа предпочтительно должен быть внешним.112, 113 perform the same function of selecting smaller parts of the energies of the generated signals of planar generators lОδ, 109 and feeding them into a planar mixer 114. (which can be performed in a single manufacturing process together with generators). All other elements, including phase detector 119 and frequency amplifier blocks 115, 126 can be performed by integrated technology as well. The stabilized type reference signal generator 122 should preferably be external.
Такой парный генератор может быть крайне дешевым (при массовом изготовлении) и может найти широкое применение в приемо-передающих телекоммуникационных ММ/СММ системах (в том числе для межкомпьютерной связи). При этом на одной подложке могут быть расположены нескольких парных генераторов с различной разностной частотой и даже различными собственными частотами генераторов (при изменении конфигурации их антенн). Антенны могут быть разными для разных пар и парные антенны могут быть различно ориентированы на подложке (одинаково для антенн в паре, но различно для разных пар).Such a paired generator can be extremely cheap (for mass production) and can be widely used in transceiver telecommunication MM / SMM systems (including for intercomputer communication). At the same time, several paired generators with different difference frequencies and even different natural frequencies of the generators (when changing the configuration of their antennas) can be located on the same substrate. Antennas can be different for different pairs and paired antennas can be differently oriented on the substrate (the same for antennas in a pair, but different for different pairs).
На фиг. 17 фазовый детектор 119 и селективный блок 115 (усилитель 125-фильтp 124 объединен в блок 138, имеющим один выход 139, совпадающий с выходом усилителя 125, и два входа, входом 140, совпадающим с сигнальным входом 118 фазового детектора 119 и входом 141, совпадающим с другим (опорным) входом 121 фазового детектора 119; при этом дополнительно указанный первый объединенный блок 138 объединен со смесителем 114 и частотно-селективным блоком 115 (усилителем 117 - фильтром 116) во второй объединенный блок 142 (ФAПЧ1), имеющим выход 143, совпадающий (электрически соединенный) с выходом 139 блока 138 и три входа, вход 144 является одновременно и первым входом смесителя 114, а второй вход 145 блока 142 является вторым входом смесительного элемента 114, и третий вход 146, совпадающий с опорным входом 121 фазового детектора 119In FIG. 17 phase detector 119 and selective block 115 (the amplifier 125 filter 124 is combined into a block 138 having one output 139 matching the output of the amplifier 125 and two inputs, input 140 matching the signal input 118 of the phase detector 119 and input 141 matching with another (reference) input 121 of the phase detector 119; while the additionally specified first combined block 138 is combined with a mixer 114 and a frequency selective block 115 (amplifier 117 - filter 116) into a second combined block 142 (PLL1) having an output 143 matching (electrically connected) with output 139 of the block 138 and three inputs, the input 144 is simultaneously the first input of the mixer 114, and the second input 145 of the block 142 is the second input of the mixing element 114, and the third input 146 matching the reference input 121 of the phase detector 119
Наконец, блок 142 ФAПЧ1, объединенный с генераторами 108,109, вентилями (невзаимными устройствами) 110, 111 и соответствующими направленными ответвителями 112, 113 образуют парный генератор взаимно-когерентных сигналов (генератор BKC) 147 или, в другой терминологии - генератор дублетной (мультиплетной) линий 147 ( генератор ДЛ), последний термин будет использоваться если указанный генератор BKC используется специфически для излучение в свободное пространство излучение обеих спектральных компонент в виде дублетной компоненты через выходной объединенную антенну 137 по фиг. 17, либо двумя преимущественно одинаково ориентированными антеннами 132, 133 имеющими преимущественно одинаковые диаграммы направленности. Предпочтительно, чтобы амплитуды спектральных компонент дублетной компоненты были практически одними и теми же.Finally, the PLL block 142 combined with the generators 108, 109, valves (non-reciprocal devices) 110, 111 and the corresponding directional couplers 112, 113 form a pair of mutually coherent signals generator (BKC generator) 147 or, in other terminology, a doublet (multiplet) line generator 147 (DL generator), the last term will be used if indicated the BKC generator is used specifically for emission into free space, the emission of both spectral components in the form of a doublet component through the combined output antenna 137 of FIG. 17, or two predominantly identically oriented antennas 132, 133 having predominantly the same radiation patterns. It is preferred that the amplitudes of the spectral components of the doublet component are substantially the same.
Блок 147 имеет два выхода 128 и 129, которые совпадают с выходами соответствующих направленных ответвителей 112, 113, на которые поступают большие части энергий сигналов соответственно генераторов 108, 109, один вход 148, совпадающий со входом фазового детектора 119, предназначенный для подачи сигнала опорного генератора 122, две контактные группы 149, 150, обычно соединенных между собой перемычкой 151, (наличие соединения контактной группы 149, 150 перемычкой 151 обеспечивает электрическое соединение выхода усилителя 125 и управляющего электрода ГУНа 109 с соответствующей подачей сигнала ошибки, вырабатываемого фазовым детектором 119 непосредственно на управляющий электрод 127 ГУНа 109).Block 147 has two outputs 128 and 129, which coincide with the outputs of the corresponding directional couplers 112, 113, which receive large parts of the signal energies of the generators 108, 109, respectively, one input 148, which coincides with the input of the phase detector 119, designed to supply the signal of the reference generator 122, two contact groups 149, 150, usually connected by a jumper 151, (the presence of a connection of a contact group 149, 150 by a jumper 151 provides an electrical connection to the output of the amplifier 125 and the control electrode of the VCO 109 with the corresponding by applying an error signal generated by the phase detector 119 directly to the control electrode 127 of the VCO 109).
При отсутствие перемычки 151 (в случае вышеописанного кодирования дублетного сигнала посредством детерминированного, не изменяющегося во времени относительного сдвига несущих частот спектральных компонент дублетной компоненты, перемычка должна быть всегда подключенной) указанный сигнал ошибки фазового детектора 119 может быть подан на один из входов сумматора напряжений сигнала 152, на другой вход сумматора может быть подан модулирующий сигнал (в виде изменения напряжения сигнала от времени например) для ЧМ/ФМ кодирования (модулирования) разностного сигнала генераторов 108, 109. Выход генератора модулирующего сигнала 153 в этом случае электрически связан с одним из входов сумматора 152 в случае.. Как указывалось выше (фиг. 17) полосы пропускания блоков 115, 126 должны быть выбраны таким образом, чтобы модулирующий, появляющийся на выходе смесителя 114 в составе общего разностного сигнала максимально подавлялся и не проходил на выход 143 блока 142. Это обеспечивает высокую стабильность частоты разностного сигнала в промежутках отсутствия модулирующего сигнала генератора 151 и гарантирует стабильность соответственно параметров ЧМ/ФМ модулирования разностного сигнала, если ЧМ/ФМ модулирование выполняется.If there is no jumper 151 (in the case of the above-described encoding of the doublet signal by means of a deterministic, time-independent relative shift of the carrier frequencies of the spectral components of the doublet component, the jumper must always be connected), the indicated error signal of the phase detector 119 can be applied to one of the inputs of the signal voltage adder 152 , a modulating signal (in the form of a change in the signal voltage over time, for example) for FM / FM coding (modulation ) of the differential signal of the generators 108, 109. The output of the modulating signal generator 153 in this case is electrically connected to one of the inputs of the adder 152 in the case .. As indicated above (Fig. 17), the pass bands of blocks 115, 126 must be selected so that the modulating appearing on the output of the mixer 114 as part of the total difference signal was suppressed to the maximum and did not pass to the output 143 of block 142. This ensures high stability of the frequency of the difference signal in the intervals between the absence of the modulating signal of the generator 151 and guarantees the stability of the corresponding FM / FM modulation of the difference signal, if FM / FM modulation performed.
Такие обозначения, связанные в объединение различных элементов в различные блоки (посредством перемычки 151), выполнены для простоты изложения последующего материала. Рассмотренный выше генератор BKC и аналогичные ему, основанные на принципе излучения практически из одного фазового центра (или нескольких, но близко расположенных) взаимно-когерентных сигналов (двух или более), с модулированными разностными частотами могут представлять значительный практический интерес в ММ/СММ системах связи. Такие системы могут найти широкое применение в беспроволочной высокоскоростной (широкополосной) межкомпьютерной связи, релейной широкополосной связи, для беспроволочной связи различных систем жизнеобеспечения внутри зданий, для скрытой связи, если несущие частоты генераторов расположены в полосах поглощения ММ/СММ излучения атмосферой (скрытность обеспечивается также принужденной девиацией (может быть по случайному закону) собственно частот несущих при сохранении указанной фазированности их разностных частот) и т.д.Such designations associated in combining various elements into different blocks (by means of a jumper 151) are made for ease of presentation of the subsequent material. The BKC generator considered above and similar, based on the principle of radiation from practically one phase center (or several, but closely spaced) mutually coherent signals (two or more), with modulated difference frequencies can be of considerable practical interest in MM / SMM communication systems . Such systems can be widely used in wireless high-speed (broadband) intercomputer communication, relay broadband, for wireless communication of various life support systems inside buildings, for covert communication if the carrier frequencies of the generators are located in the absorption bands of the MM / SMM radiation by the atmosphere (secrecy is also ensured by forced deviation (maybe according to a random law) of the actual carrier frequencies while maintaining the indicated phasing of their difference frequencies), etc.
При этом соответствующие приемо-передающие системы позволяют значительно уплотнить информационные каналы связи (за счет временной стабильности спектральной локализации соответствующих разностных частот), при этом расширяя как полосу одного такого канала (фазовая или частотная девиация или частотный сдвиг разностного сигнала может быть сколь угодно большой), так и диапазон частот, занимаемых такими каналами (абсолютная величина разностного сигнала может быть сколь угодно большим, при этом диапазон несущих MM (/CMM) диапазона во много раз превышает диапазоны радиочастот и СВЧ частот. В этом случае данное устройство представляет собой передающий тракт приемопередатчика с двойной (или многими) несущей, который можно использовать для телекоммуникационных целей с повышенной помехозащищенностью и без дополнительных ограничений на полосу информационного сигнала. При этом могут быть использованы любые модуляционные/демодуляционные методы, основанные на принципе когерентной (повышенной помехозащищенности и селективности) демодуляции приемных сигналов, поскольку разностная частота присутствующая в спектре сигнала обладает повышенной фазовой когерентностью, (существует огромное количество подходов сделать ее дискретной). Фазовые модуляторы могут работать в противофазе для увеличения глубины или эффективности фазовой модуляции.In this case, the corresponding transceiver systems can significantly compress the information communication channels (due to the temporal stability of the spectral localization of the corresponding difference frequencies), while expanding as the band of one such channel (the phase or frequency deviation or the frequency shift of the difference signal can be arbitrarily large), and the frequency range occupied by such channels (the absolute value of the difference signal can be arbitrarily large, while the carrier range MM (/ CMM) of the range is many times exceeds the ranges of radio frequencies and microwave frequencies.In this case, this device is a transmitting path of a transceiver with a double (or many) carrier, which can be used for telecommunication purposes with increased noise immunity and without additional restrictions on the band of the information signal. In this case, any modulation / demodulation methods based on the principle of coherent (increased noise immunity and selectivity) demodulation of the received signals can be used, since the difference frequency present in the signal spectrum has increased phase coherence (there are a huge number of approaches to make it discrete). Phase modulators can be used in antiphase to increase the depth or efficiency of phase modulation.
В таких системах сигналом коммуникационного сообщения модулируется разностный сигнал (или сигналы в случае числа взаимно- когерентных сигналов в составе общего сигнала больше чем два). Для реализации дуплексной связи на выходе такого приемопередатчика может быть установлен частотный диплексор, при этом разница частот передачи и приема может быть достаточно большой в силу принципа реализации устройства, что обеспечивает повышенную развязку приемо-передающих каналов. Развязку приемо-передающих каналов можно обеспечивать и разницей частот соответствующих разностных сигналов (передачи и приема соответственно)In such systems, the difference signal is modulated by the signal of the communication message (or the signals in the case of the number of mutually coherent signals in the composition of the common signal are more than two). To implement duplex communication, a frequency diplexer can be installed at the output of such a transceiver, and the difference in transmission and reception frequencies can be quite large due to the implementation principle of the device, which provides increased isolation of the transceiver channels. The isolation of the transceiver channels can be provided by the frequency difference of the corresponding difference signals (transmission and reception, respectively)
Сам разностный сигнал может модулироваться различным образом. Некоторые описаны выше в связи с обсуждением генератора BKC реализации по фиг. 1, Модуляторы 130 и 131, входящие в состав соответствующих независимых сигнальных каналов могут осуществлять как амплитудную так и фазовую модуляцию несущих частот (при этом одновременно могут использоваться оба модулятора 130, 131, или только один 131, вторая несущая играет роль опорной для создания разностного сигнала в смесительном диоде приемного устройства путем гетеродинирования).The difference signal itself can be modulated in various ways. Some are described above in connection with the discussion of the BKC generator of the implementation of FIG. 1, Modulators 130 and 131, which are part of the corresponding independent signal channels, can carry out both amplitude and phase modulation of carrier frequencies (in this case, both modulators 130, 131, or only one 131 can be used at the same time, the second carrier plays the role of a reference for creating a difference signal in the mixing diode of the receiving device by heterodyning).
Другой подход в реализации частотной (или фазовой) модуляции разностного сигнала заключается в добавлении дополнительного амплиτудно модулированного сигнала источника сообщений 152 к указанному сигналу ошибки фазового детектора 119 хотя бы посредством суммирующего этих двух сигналов блока 151 (например суммирующего операционного усилителя или другого более быстродействующего устройства).Another approach to the implementation of the frequency (or phase) modulation of the difference signal is to add additional the amplitude-modulated signal of the message source 152 to the indicated error signal of the phase detector 119, at least by adding the two signals of the block 151 (for example, a summing operational amplifier or other faster device).
Другая возможность в модуляции двухчастотной несущей заключается в частотно - фазовой модуляции сигнала опорного генератора 122 (источника сигнала разностной частоты). Частотная (фазовая) модуляция разностного сигнала посредством генератора BKC переносится в соответствующий разностный сигнал. В этом случае быстродействие устройства определяется частотно-фазовой реализацией цепи обратной связи ФАГГЧAnother possibility for modulating a two-frequency carrier lies in the frequency-phase modulation of the signal of the reference oscillator 122 (the source of the differential frequency signal). Frequency (phase) modulation of the difference signal by the BKC generator is transferred to the corresponding difference signal. In this case, the speed of the device is determined by the frequency-phase implementation of the feedback loop
Достоинство последних двух подходов заключается в простоте интегрально-планарного исполнения такого передатчика, когда стоимость генераторов (скажем на диоде Ганна) невысокая в силу невысоких требования к стабилизации их абсолютных частот, при этом MM смеситель 114, как, впрочем, и все элементы устройства генератора BKC может быть расположен на той же подложке (и выполнен посредством единой интегральной технологии, что и MM генераторы) В качестве генераторов 108, 109 генератора BKC могут выступать генераторы любых диапазонов, начиная от ЖИГ генераторов СВЧ диапазона, легко перестраиваемых в диапазоне 8 -18 ГГц, (генерация излучения миллиметрового диапазона с использованием ЖИГ генератора СВЧ диапазона может быть осуществлена путем подачи сигнала такого генератора на вход умножителя частоты, в частности реализованного на диоде Шоттки путем образования его гармоник различного порядка), диодов Ганна ММ/СММ диапазонов, ламп обратной волны, перестраиваемых в диапазонах десятков ГГц и выпускаемых для спектральных диапазонов вплоть до ТГц. При этом схема генератора BKC может быть дополнена умножителями частот (генераторами гармоник), последовательно включенных по одному в каждый независимый канал до или после модуляторов 130, 131 (в этом случае модуляторы должны быть настроены на соответствующий частотный диапазон функционирования).The advantage of the last two approaches is the simplicity of the integrated-planar design of such a transmitter, when the cost of the generators (say on the Gunn diode) is low due to the low requirements for stabilization of their absolute frequencies, while the MM mixer 114, as well as all the elements of the BKC generator can be located on the same substrate (and made by a single integrated technology as MM generators) As generators 108, 109 of the BKC generator can be generators of any range, starting from the YIG generator of the microwave range torches, easily tunable in the range of 8-18 GHz, (generation of millimeter-wave radiation using the YIG generator of the microwave range can be carried out by supplying a signal of such a generator to the input of the frequency multiplier, in particular, implemented on a Schottky diode by generating its harmonics of various orders) , Gunn diodes MM / SMM ranges, backward wave tubes tunable in the tens of GHz bands and produced for spectral ranges up to THz. In this case, the circuit of the BKC generator can be supplemented by frequency multipliers (harmonic generators), sequentially included one in each independent channel before or after modulators 130, 131 (in this case, the modulators must be tuned to the corresponding frequency range of operation).
Умножители частот могут быть реализованы на диодах Шоттки, позволяющие получить гармоники сигнала накачки с низким уровнем потерь преобразования вплоть до (в зависимости от частоты сигнала накачки) ТГц диапазона.Frequency multipliers can be implemented on Schottky diodes, allowing to obtain harmonics of the pump signal with a low level of conversion loss up to (depending on the frequency of the pump signal) THz range.
Каждый такой умножитель может быть снабжен частотно- селективным полосовым фильтром, выделяющим гармоники нужной кратности (в дальнейшем возможность включения на выход умножителя гармоник указанного полосового фильтра предполагается, но фильтр на дальнейших фигурах может не изображается, как впрочем в ряде случаев может и не использоваться). Применение умножителей делает возможным использовать любой участок спектра ММ/СММ для несущих, излучаемых в свободное пространство посредством антенн 132, 133 (137) (фиг. 17), используя в качестве задающих генераторов 108, 109 источники гораздо более низкой частоты (например, излучение СВЧ ЖИГ генераторов может быть переведено в миллиметровый диапазон посредством умножения частот с фактором 3-5). Реальный фактор умножения не должен превышать величину 8-10 (в противном случае уровень фазовых шумов начинает быстро нарастать и увеличиваться потери преобразования).Each such multiplier can be equipped with a frequency-selective band-pass filter that selects harmonics of the desired frequency (in the future, the possibility of switching on the harmonics of the multiplier of the specified band-pass filter is assumed, but the filter may not be shown in further figures, as it may in some cases not be used). The use of multipliers makes it possible to use any part of the MM / SMM spectrum for carriers radiated into free space by antennas 132, 133 (137) (Fig. 17), using much lower frequency sources as the driving generators 108, 109 (for example, microwave radiation YIG generators can be transferred to the millimeter range by multiplying frequencies with a factor of 3-5). The real factor of multiplication should not exceed the value of 8-10 (otherwise the level of phase noise starts to increase rapidly and conversion losses increase).
Частоты парных генераторов 108 и 109 могут синхронно меняться во величине в принципе в любых пределах в сторону одновременного увеличения (или одновременного уменьшения) например под управлением соответствующего блока управления 106 фиг. 16 при этом благодаря описанной схеме ФАПЧ разностный сигнал этих генераторов будет по прежнему фазово-синхронизирован указанным выше образом (при должном выборе параметров элементов петли ФАПЧ) и обладать указанной выше спектральной чистотой (а сигналы отдельных в этой паре свипируемых по частоте генераторов будут повторять частотно-фазовые изменения друг друга (сигнал одного генератора будет управлять сигналом другого. Диапазон изменяемых частот свипируемых парных генераторов может быть достаточно большим (в случае ЛОВ или ЖИГ генераторов он может перекрывать до нескольких десятков ГГц), что позволяет получать парциальные изображения при сверхнизком уровне подсвета зоны наблюдения 6 в широком диапазоне частот, получая принципиально новую информацию в виде новых парциальных спектрально-отличных изображений.The frequencies of the paired generators 108 and 109 can synchronously vary in magnitude, in principle, in any range, towards a simultaneous increase (or simultaneous decrease), for example, under the control of the corresponding control unit 106 of FIG. 16 in this case, due to the described PLL, the difference signal of these generators will still be phase-synchronized in the manner described above (with proper selection of the PLL loop element parameters) and will have the spectral purity indicated above (and the signals of the individual oscillators sweep in frequency in this pair will repeat the frequency phase changes of each other (the signal of one generator will control signal of another. The range of variable frequencies of the sweep paired generators can be quite large (in the case of BWT or YIG generators, it can cover up to several tens of GHz), which allows one to obtain partial images at an ultralow level of illumination of observation zone 6 in a wide frequency range, receiving fundamentally new information in the form of new partial spectrally excellent images.
В этом случае генератор 108, также как и генератор 109 является генератором, частота которого изменяется управляемым внешним напряжением, подаваемым на управляющий вход 154 ведущего ГУНа 108, который управляет ведомым Гунном 109 посредством описанного выше ФАПЧ блока, управляющим напряжением, а соответствующий генератор BKC характеризуется дополнительным входом 155, совпадающим с управляющим входом 154 генератора 108. Генератор BKC 147 может быть эффективно использован для существенного повышения чувствительности приемных каналов одноэлементного 49 или многоэлементного 82 блоков УЧПОС соответствующего приемного устройства СФИ существенно снижая уровень излучения, подсвечивающего зону наблюдения. Для этого предпочтительно используются генераторы СВЧ диапазона, например описанный выше ЖИГ генераторы (в частности, транзисторные) с частотой сигнала генерации, позволяющей использовать в качестве линии передачи для сигналов генерации гибкий коаксиальный кабель (обычно частота сигнала не должна превышать 36 ГГц). В этом случае сигнал одного из парных генераторов 108 подается посредством гибкого коаксиального кабеля 156 на вход описанного выше умножителя гармоник 157 (или, другими словами, генератора гармоник), выход которого связан с передающей антенной 35, посредством которой гармоники сигнала генератора 108 излучаются в направлении зоны наблюдения 8 . В этом случае ТП источник 28 состоит из генератора гармоник 157 и передающей антенны 35. Между этими элементами могут быть включены фильтр и/или вентиль и/или аттенюатор и/или амплитудный модулятор, однако и без этих элементов приемная схема СФИ, основанная на принципе субгармонического гетеродинирования будет характеризоваться высокой чувствительностью . Для реализации высокой чувствительности сигнал второго генератора 109 с выхода 129 генератора BKC 147 посредством гибкого коаксиального кабеля 158 подается (фиг. 18) на гетеродинный вход 159 субгармонического диодного смесителя 160 в соответствующем канале блока УЧПОС одноэлементного 47 или многоэлементного 82 приемного устройства, на выходе субгармонического смесителя смесителя 160 появляются гармоники разностного сигнала соответствующих сигналов генераторов 108, 109. Гармоника разностного сигнала требуемого порядка (например, гармоника разностного сигнала сигналов генераторов 108,109 пятого порядка), полученная на выходе субгармонического смесителя 160, выделяется частотно избирательным усилительным блоком 161 УПЧ, который подключается к выходу смесителя 160 , на выходе 162 УПЧ 161 усиленный разностный сигнал гармоник 162 будет частотно стабильным и фазово-когерентным по отношению к соответствующей гармонике (порядок который равен порядку гармоник сигналов генераторов 108, 109) сигнала генератора разностных частот 122 генератора BKC 147 и при этом будет содержать информацию о коэффициенте отражения участка поверхности объекта, от которого отразился сигнал генератора 108 и который был сфокусирован фокусирующим элементом 10 на приемном элементе соответствующего приемного канала используемого приемного устройства. По величине выделенный смесителем 169 и УПЧ 161 разностный сигнал гармоник (гармоник сигналов генераторов 108,109. Сигнал генератора 108 принят приемным элементов, а сигнал генератора 109 подан на гетеродинный вход смесителя 160 через гибкий коаксиальный вход), появляющейся на выходе 162 УПЧ 161 равен частоте сигнала генератора разностных сигналов 122 в генераторе BKC 147 (фиг.17) умноженной на порядок выбранной гармоники (например, порядок равный 5).In this case, the generator 108, as well as the generator 109, is a generator whose frequency is controlled by an external voltage supplied to the control input 154 of the master VCO 108, which controls the slave Hun 109 through the PLL block described above, which controls the voltage, and the corresponding BKC generator is characterized by an additional input 155, which coincides with the control input 154 of the generator 108. The BKC 147 generator can be effectively used to significantly increase the sensitivity of the receiving channels of a single-element 49 Whether multielement 82 UCHPOS blocks corresponding SFI receiving device substantially reducing the level of radiation, the illumination zone of observation. For this, microwave generators are preferably used, for example, the YIG generators described above (in particular, transistor ones) with a frequency of the generation signal that allows using a flexible coaxial cable as a transmission line for the generation signals (usually the signal frequency should not exceed 36 GHz). In this case, the signal of one of the paired generators 108 is supplied via a flexible coaxial cable 156 to the input of the harmonic multiplier 157 described above (or, in other words, the harmonic generator), the output of which is connected to the transmitting antenna 35, through which the harmonics of the signal of the generator 108 are emitted in the direction of the zone observations 8. In this case, the TS source 28 consists of a harmonic generator 157 and a transmitting antenna 35. Between these elements, a filter and / or the gate and / or attenuator and / or amplitude modulator, however, even without these elements, an SFI receiving circuit based on the principle of subharmonic heterodyning will be characterized by high sensitivity. To achieve high sensitivity, the signal of the second generator 109 from the output 129 of the BKC 147 generator is supplied (Fig. 18) through the flexible coaxial cable 158 to the heterodyne input 159 of the subharmonic diode mixer 160 in the corresponding channel of the UCHPOS single-element 47 or 82 multi-element receiver at the output of the subharmonic mixer of the mixer 160, harmonics of the difference signal of the corresponding signals of the generators 108, 109 appear. Harmonics of the difference signal of the required order (for example, the harmonic of the difference on the signal of the signals of the generators 108.109 of the fifth order) obtained at the output of the subharmonic mixer 160, is allocated by the frequency-selective amplifying unit 161 of the amplifier, which is connected to the output of the mixer 160, at the output 162 of the amplifier 161, the amplified difference signal of harmonics 162 will be frequency stable and phase-coherent with respect to to the corresponding harmonic (the order which is equal to the harmonic order of the signals of the generators 108, 109) of the signal of the differential frequency generator 122 of the BKC 147 generator and will contain information about the reflection coefficient Ia portion of the object surface from which the reflected signal generator 108 and which has been focused by the focusing element 10 on the receiving member corresponding to the reception channel used by the receiving device. The difference signal of harmonics (harmonics of the signals of the generators 108,109. The signal of the generator 108 is received by the receiving elements, and the signal of the generator 109 is supplied to the heterodyne input of the mixer 160 through a flexible coaxial input), which appears at the output 162 of the amplifier 161 is equal to the frequency of the generator signal differential signals 122 in the generator BKC 147 (Fig. 17) multiplied by the order of the selected harmonic (for example, an order of 5).
С выхода 162 УПЧ 161 разностный сигнал подается на сигнальный вход последующего синхронного детектора 163, а на опорный вход 164 синхронного детектора 163 подается соответствующая (например, гармоника 5) гармоника сигнала генератора разностного сигнала 122 генератора BKC, которая сформирована последовательно соединенными умножителем частот 165 и полосовым фильтром 166, выход которого соединен с опорным входом 164 синхронного детектора, при этом на вход умножителя 165 подается сигнал генератора разностных частот 122 генератора BKC 147 посредством соответствующего гибкого коаксиального кабеля. На квадратурных выходах 167,168 синхронного детектора 163 появляются квадратурные составляющие соответствующего разностного сигнала гармоник, После подачи этих составляющих посредством , например, мультиплексора 89 на вход АЦП 91, их оцифровывания посредством АЦП 91 и загрузке их в память процессорного устройства 22, информация об интенсивности принятого сигнала генератора 108 (т.е. соответствующей компоненты излучения) может быть вычислена в соответствующем процессорного устройстве 22. При этом может быть определена не только интенсивность компоненты излучения генератора 108 , но и ее амплитуда и изменение ее фазы относительно сигнала генератора 109, которое она приобрела, распространяясь от излучающей антенны 35 до рассеивающей точки в зоне наблюдения и затем до соответствующего приемного элемента приемного устройства (набег фазы сигнала генератора 109 в коаксиальном кабеле является детерминированным и легко учитывается посредством соответствующей калибровки).From the output 162 of the amplifier 161, the difference signal is supplied to the signal input of the subsequent synchronous detector 163, and the corresponding (for example, harmonic 5) harmonic of the signal of the generator of the differential signal 122 of the BKC generator, which is formed in series by a frequency multiplier 165 and a strip, is applied to the reference input 164 of the synchronous detector 163 a filter 166, the output of which is connected to the reference input 164 of the synchronous detector, while the input of the multiplier 165 receives the signal of the differential frequency generator 122 of the BKC 147 generator by means of flexible coaxial cable. At the quadrature outputs 167,168 of the synchronous detector 163, the quadrature components of the corresponding differential harmonic signal appear. After supplying these components by, for example, a multiplexer 89 to the input of the ADC 91, digitizing them by the ADC 91 and loading them into the memory of the processor device 22, information about the intensity of the received generator signal 108 (i.e., the corresponding radiation component) can be calculated in the corresponding processor unit 22. Not only can the components of the radiation of the generator 108, but also its amplitude and the change in its phase relative to the signal of the generator 109, which it acquired, propagating from the radiating antenna 35 to the scattering point in the observation zone and then to the corresponding receiving element of the receiving device (phase incursion of the signal of the generator 109 in the coaxial cable is deterministic and easily accounted for by appropriate calibration).
Наиболее простое решение определение параметров принятого (информационного) сигнала генератора 108 связано с цифровыми методами спектрального анализа сигналов, подробно описанных выше. Для их применения разностный сигнал с выхода 162 УПЧ 161 через мультиплексор 89 подается непосредственно на вход АЦП 91 и выполняется осуществляются временные выборки разностного сигнала с достаточным темпом и с длительностью серии выборок, обратно пропорциональной требуемому спектральному разрешению разностного сигнала. Затем массив загружается в память процессорного устройства и выполняется цифровые преобразование Фурье над этим массивом с целью выявления спектрального состава разностного сигнала и по параметрам спектральной составляющей соответствующей частоте разностного сигнала (например ее амплитуде) определяется интенсивность сигнала генератора 108, принятого соответствующим приемным элементом соответствующего приемного устройства.The simplest solution is to determine the parameters of the received (information) signal of the generator 108 associated with digital methods for spectral analysis of signals described in detail above. For their application, the differential signal from the output 162 of the amplifier 161 through the multiplexer 89 is fed directly to the input of the ADC 91 and the time samples of the difference signal are performed at a sufficient rate and with a duration of a series of samples inversely proportional to the required spectral resolution of the difference signal. Then the array is loaded into the memory of the processor device and digital Fourier transform is performed on this array in order to identify the spectral composition of the difference signal and the intensity of the signal of the generator 108 received by the corresponding receiving element of the corresponding receiving device is determined by the parameters of the spectral component of the corresponding frequency of the difference signal (e.g., its amplitude).
Понятно, что приемный канал основанный на цифровом спектральном анализе разностных сигналов может идентифицировать (декодировать) и определить интенсивность большого числа разностных сигналов и, соответственно, отличительно кодированных компонент излучения, одновременно принятых приемным элементом. Для одновременного испускания таких компонент может быть использовано любое количество ТП источников, в качестве генераторов которых применены описанная выше схема генерации гармоник парных сигналов генератора BKC. Достоинство указанной выше схемы приемопередатчика для системы формирования изображений также заключается в том, что СВЧ сигналы парных генераторов могут передаваться в ПР источник излучения и устройство приемника посредством гибких коаксиальных кабелей достаточно длины, а не посредством жестких и длинных отрезков волноводов (последнее нецелесообразно с практической точки).It is clear that a receiving channel based on digital spectral analysis of difference signals can identify (decode) and determine the intensity of a large number of difference signals and, accordingly, distinctively encoded radiation components simultaneously received by the receiving element. For the simultaneous emission of such components, any number of TP sources can be used, the generators of which are used the above-described scheme for generating harmonics of the pair signals of the BKC generator. The advantage of the above transceiver circuitry for the imaging system also lies in the fact that the microwave signals of paired generators can be transmitted to the PR radiation source and the receiver device by means of flexible coaxial cables of sufficient length, rather than by hard and long sections of waveguides (the latter is not practical from a practical point of view) .
Более того, если синхронно с оцифровыванием сигнала с выхода 162 УПЧ 161 оцифровывать с выхода 164 умножителя частот 166 сигнал соответствующей (в нашем примере 5 -ой) гармоники сигнала генератора разностных сигналов 122 (предполагается в данном случае, что блоки 165 и 166 в схеме цифрового спектрального анализа сигналов сохранены) и как массив информационного (разностного) сигнала и опорного (сигнала генератора 122) сигнала (точнее их гармоник одинакового порядка) загружены в память процессорного блока 22, то вычислительным путем может быть определена как амплитуда, так и относительная фаза разностного сигнала, а значит и принятой соответствующим приемным элементом ПУ компонентой излучения генератора 108. Определения частотно-фазовых характеристик прошедшей через зону наблюдения компоненты излучения может быть использована в ряде различных приложений.Moreover, if, simultaneously with the digitization of the signal from the output 162, the amplifier 161 digitizes from the output 164 of the frequency multiplier 166 the signal of the corresponding (in our example 5th) harmonic of the signal of the differential signal generator 122 (it is assumed in this case that the blocks 165 and 166 in the digital circuit spectral analysis of signals saved) and as an array of information (difference) signal and reference (signal of the signal generator 122) (more precisely, their harmonics of the same order) are loaded into the memory of the processor unit 22, then both the amplitude and the relative phase of the difference signal can be determined by computation, and hence the radiation component of the generator 108 adopted by the corresponding receiving element PU. The phase characteristics of the radiation component transmitted through the observation zone can be used in a number of different applications.
В случае использования генератора BKC 147 в качестве генератора дублетных линий, т.е. в этом случае сигналы обоих парных генераторов 108,109 одинаково излучаются в сторону зоны наблюдений 8 либо через независимые, но близко расположенные антенны 132 , 133, либо через общую антенну 137, приемные каналы соответствующих блоков УЧПОС должны быть соответственно адаптированы для приема, декодирования и последующей обработки соответствующих разностных сигналов таких дублетных компонент излучения, например, путем использования схемы показанной на фиг. 19. В такой схеме (фиг. 19) обе составляющие излучения (различные по несущей частоте) дублетные компоненты принимаются приемной антенной 48 одновременно в соответствующей точке поверхности резкого фокусирования фокусирующего элемента 15 и их электрические сигналы подаются на вход смесителя (смесительного диода) 169 и независимо друг от друга преобразуются по частоте вниз, при этом на гетеродинный вход 170 смесителя 169, подается сигнал местного гетеродинного генератора 171. После усиления в усилителе УПЧ 161, смещенные по частоте сигналы дублетных составляющих подаются на вход нелинейного элемента 172 (квадратичного детектора, диода) на выходе которого образуется их разностный сигнал, после фильтрации и усиления в усилителе УПЧ 173 (частотные характеристики которого выбраны у учетом фильтрации самого разностного сигнала, а не его гармоник) разностный сигнал, частота которого равна разности частот сигналов генераторов 108,109, при этом фаза синхронизована с фазой спектрально-чистого стабилизированного сигнала генератора разностного сигнала 122 генератора BKC 147, через мультиплексор 89, подается на вход АЦП 91 и оцифровывается в виде последовательности временных выборок определенной длительности. Полученный массив выборок загружается в память процессорного устройства 22 и затем выполняется соответствующее Фурье преобразование над этим массивом для определения спектрального состава оцифрованного сигнала. Интенсивность дублетных составляющих может быть определена из полученного спектра в соответствии с многократно описанными выше алгоритмами цифрового спектрально анализа. Понятно, что приемное устройство, основанное на схеме по фиг.19 может выявить достаточное количество дублетных компонент с различной разностной частотой, которое определяется длительностью производимых выборок и полосой рабочих частот приемного устройства в целом. Плотности же независимых информационных каналов велика, благодаря прецизионной частотной сетке разностных сигналов, возникающих на выходе диода 172. При этом частотной стабильности генераторов 108, 109 и гетеродинного генератора 171 не предъявляется никаких существенных требования, поскольку их фазовые шумы не влияют на спектральную частоту соответствующих разностных сигналов. При этом число каналов предварительного частотного преобразования дублетных составляющих может быть больше одного без влияния на качество разностного сигнала, образующегося после таких преобразований, после любые фазовые искажения вносятся в предварительных электронных каскадах в обе дублетные составляющие одинаковым образом.In the case of using the BKC 147 generator as a generator of doublet lines, i.e. in this case, the signals of both paired generators 108,109 are equally radiated towards the observation zone 8, either through independent but closely spaced antennas 132, 133, or through a common antenna 137, the receiving channels of the corresponding UCHPOS units should be adapted accordingly for receiving, decoding, and subsequent processing of the corresponding difference signals of such doublet radiation components, for example, by using the circuit shown in FIG. 19. In such a scheme (Fig. 19), both radiation components (different in carrier frequency) doublet components are received by the receiving antenna 48 at the same time at the corresponding point of the sharp focusing surface of the focusing element 15 and their electrical signals are fed to the input of the mixer (mixing diode) 169 and independently from each other are converted downward in frequency, while the local oscillator 171 is fed to the heterodyne input 170 of the mixer 169. After amplification in the amplifier amplifier 161, the frequency-shifted doublet signals the remaining ones are fed to the input of a nonlinear element 172 (a quadratic detector, a diode) at the output of which their difference signal is generated, after filtering and amplification in the amplifier of the amplification amplifier 173 (whose frequency characteristics are selected taking into account the filtering of the difference signal itself, and not its harmonics), the difference signal, frequency which is equal to the frequency difference of the signals of the generators 108, 109, while the phase is synchronized with the phase the spectrally pure stabilized signal of the generator of the differential signal 122 of the BKC 147 generator, through the multiplexer 89, is fed to the input of the ADC 91 and digitized as a sequence of time samples of a certain duration. The resulting array of samples is loaded into the memory of the processor device 22 and then the corresponding Fourier transform is performed on this array to determine the spectral composition of the digitized signal. The intensity of the doublet components can be determined from the obtained spectrum in accordance with the algorithms of digital spectral analysis repeatedly described above. It is clear that a receiving device based on the circuit of FIG. 19 can detect a sufficient number of doublet components with different difference frequencies, which is determined by the duration of the samples and the operating frequency band of the receiving device as a whole. The density of independent information channels is high, due to the precision frequency grid of the difference signals arising at the output of the diode 172. At the same time, there are no essential requirements for the frequency stability of the generators 108, 109 and the local oscillator 171, since their phase noise does not affect the spectral frequency of the corresponding difference signals . Moreover, the number of channels of the preliminary frequency conversion of the doublet components can be more than one without affecting the quality of the difference signal generated after such transformations, after any phase distortions are introduced in the preliminary electronic stages in both doublet components in the same way.
Схема по фиг.19 может быть использована также для приема компонент излучения с различной амплитудной модуляцией.The circuit of FIG. 19 can also be used to receive radiation components with different amplitude modulation.
Другая схема приема сигналов, функционально эквивалентная схеме, обсуждаемой в связи с фиг. 19, представлена на фиг.20. В этом случае в качестве приемного элемента 174 используется антенно-связанный нелинейный элемент. Нелинейный элемент 175 (как правило, диод Шоттки) помещают в клеммы приемной антенны, при этом нелинейный элемент 175, соединяет как правило, две металлические части 176, 177 приемной антенны.Another signal receiving circuit, functionally equivalent to that discussed in connection with FIG. 19 is shown in FIG. In this case, an antenna-coupled non-linear element is used as the receiving element 174. Non-linear element 175 (usually a diode Schottky) is placed in the terminals of the receiving antenna, while the non-linear element 175 connects, as a rule, two metal parts 176, 177 of the receiving antenna.
В этом случае первичный электрический сигнал, наведенный на антенных частях 176, 177, падающим излучением, состоящим из компонент излучения 178, 179, квадратично детектируется на нелинейном элементе 175 с образованием их разностного сигнала, который появляется на выходе 180 такого приемного элемента 174. В этом смысле точка 180 схемы на фиг. 20 эквивалентна точке, совпадающей с выходом нелинейного элемента 172 схемы на фиг. 19. Поэтому последовательно соединенные усилитель 181, мультиплексор 89 и АЦП 91 фиг.20 в этом случае функционально эквивалентны усилителю 173, мультиплексору 89 и АЦП 91 в схеме на фиг.19, получая тот же конечный результат обработки принятых сигналов, что и получаемый в схеме фиг.19. Приемный элемент 174 может преобразовать индуцированный на его антенных частях первичный электрический сигнал по частоте вниз, если на тот же приемный элемент 174 вместе со сфокусированным излучением 178,179 квазиоптически подается излучение 182 гетеродинного генератора (как правило, излучение гетеродинного генератора 182 падает на приемный элемент 174 в виде плоского волнового фронта). В последнем случае, на выходе 180 приемного элемента 174 появляются смещенные по частоте вниз парциальные электрические сигналы, соответствующие компонентам излучения 178,179. В этом смысле точка 180 схемы на фиг. 20 эквивалентна точке, совпадающей с выходом смесительного диода 160 схемы на фиг. 18. Поэтому последовательно соединенные усилитель 181, мультиплексор 89 и АЦП 91 фиг.20 в этом случае функционально эквивалентны усилителю 161, мультиплексору 89 и АЦП 91 в схеме на фиг.18, характеризуемая тем же конечным результатом обработки принятых сигналов, что и получаемый в схеме фиг.20. К числу достоинств таких схем приема (в соответствии с фиг.19, фиг.20) заключается в возможности интегрального (монолитного) исполнения многоэлементной матрицы приемных элементов 174. При этом используются как правило планарные антенны, технологически легко реализуемы, что не ограничивает возможности тщательного выбора их параметров.In this case, the primary electrical signal induced on the antenna parts 176, 177 by incident radiation consisting of radiation components 178, 179 is quadratically detected on non-linear element 175 with the formation of their difference signal, which appears at the output 180 of such a receiving element 174. In this in the sense of point 180 of the circuit in FIG. 20 is equivalent to a point coinciding with the output of the nonlinear circuit element 172 in FIG. 19. Therefore, the series-connected amplifier 181, multiplexer 89 and ADC 91 of FIG. 20 in this case are functionally equivalent to amplifier 173, multiplexer 89 and ADC 91 in the circuit of FIG. 19, obtaining the same end result of processing the received signals as obtained in the circuit Fig.19. The receiving element 174 can convert the primary electrical signal induced on its antenna parts downward if the radiation of the heterodyne generator 182 is quasi-optically coupled to the same receiving element 174 together with the focused radiation 178 (as a rule, the radiation of the heterodyne generator 182 is incident on the receiving element 174 in the form plane wavefront). In the latter case, at the output 180 of the receiving element 174, partial electric signals offset in frequency downward corresponding to the radiation components 178,179 appear. In this sense, point 180 of the circuit in FIG. 20 is equivalent to a point coinciding with the output of the mixing diode 160 of the circuit of FIG. 18. Therefore, the series-connected amplifier 181, multiplexer 89 and ADC 91 of FIG. 20 in this case are functionally equivalent to amplifier 161, multiplexer 89 and ADC 91 in the circuit of FIG. 18, characterized by the same end result of processing the received signals as obtained in the circuit Fig.20. Among the advantages of such reception schemes (in accordance with FIG. 19, FIG. 20) is the possibility of integral (monolithic) execution of the multi-element matrix of receiving elements 174. In this case, planar antennas are usually used, which are technologically easy to implement, which does not limit the possibility of careful selection their parameters.
Высокостабильные разностные сигналы, отвечающие за различные парциальные компоненты принимаемого приемным устройством излучении могут получены в других реализациях приемо передающей аппаратуры СФИ, описываемые ниже.Highly stable difference signals responsible for various partial components of the radiation received by the receiving device can be obtained in other implementations of the receiving and transmitting SFI equipment, described below.
Высокостабильные разностные сигналы, отвечающие за различные парциальные компоненты принимаемого приемным устройством излучении могут получены в других реализациях приемо-передающей аппаратуры СФИ, описываемые ниже. Одна из реализаций генератора взаимно когерентных сигналов генератора BKC с числом генерируемых сигналов большим двух и с различным значением разностных частот представлен на фиг. 21. В состав генератора BKC 182 входят генераторы отдельных сигналов 183, 108, 109, все или только за исключением одного 183 являющимися ГУНами. Один из генераторов 183 выбран в качестве ведущего, за фазой сигнала которого посредством соответствующих ФАПЧ блоков будут следовать фазы остальных генераторов - ведомых ГУНов 108, 109. С этой целью меньшая часть энергии сигнала генератора 183 посредством направленного ответвителя 184 ответвляется в волноведущий канал 185 (волноводного или микрополоскового исполнений в зависимости от реализаций генераторов 183, 108, 109), заканчивающегося согласованной нагрузкой 186 для минимизации отражений, и набором направленных ответвителей 187, 188, каждый из которых снабжает соответствующей частью энергии сигнала ведущего генератора 183 управляющие ФАПЧ цепи ведомых генераторов 108, 109. В состав указанных управляющих цепей входят блоки 189, 190, функционально полностью соответствующих второму объединенному блоку 142 (фиг. 17) имеющим входы 191, 192, 193 (блока 189) и 194, 195, 196 (блока 190) которые функционально эквивалентны соответствующим входам 144, 145 и 146 блока 142, а выходы 197 (блока 189) и 198 (блока 190) соответствуют выходу 143 блока 142; а также блоки 199 и 200, являющимися генераторами разностных частот функционально эквивалентных блоку 122 (фиг. 17), но имеющих различные частоты соответствующих генерируемых сигналов. Схемы снабжены также направленными ответвителями 201, 202 каждый из которых делит сигналы соответствующих генераторов 108,109 на меньшие части, подаваемые на входы 192 и 195 блоков 189, 190 а большие части к волноведущим структурам 203, 204, которые могут либо через умножители частот 157,205 кратно увеличивающих частоту излучения (путем генерации гармоник) направляются в зону наблюдения 6 посредством присоединенным к этим умножителям передающих антенн 35, 206 (частоты излучаемых генераторами гармоник - умножителями- равны частотам гармоник генераторов 108,109), либо непосредственно присоединены к антеннам 35, 206 (необходимые в этом случае направленные вентили не показаны на фиг. 21).Highly stable difference signals responsible for various partial components of the radiation received by the receiving device can be obtained in other implementations of the SFI transceiver equipment described below. One of the implementations of the mutually coherent signal generator of the BKC generator with the number of generated signals greater than two and with different values of the difference frequencies is shown in FIG. 21. The BKC 182 generator includes individual signal generators 183, 108, 109, all or only 183 of which are VCOs. One of the generators 183 is selected as the master, the phase of the signal of which will be followed by the phases of the remaining generators - slave VCOs 108, 109 through the corresponding PLLs. To this end, a smaller part of the signal energy of the generator 183 is coupled into the waveguide channel 185 (waveguide or microstrip designs depending on the implementations of the generators 183, 108, 109), ending with a coordinated load 186 to minimize reflections, and a set of directional couplers 187, 188, each of which s energy supplies corresponding portion of the master oscillator signal generator 183 driven PLL control circuit 108, 109. The structure of the said control circuits includes blocks 189, 190, functionally corresponding to the second fully the combined block 142 (Fig. 17) having inputs 191, 192, 193 (block 189) and 194, 195, 196 (block 190) which are functionally equivalent to the corresponding inputs 144, 145 and 146 of block 142, and outputs 197 (block 189) and 198 (block 190) correspond to the output 143 of block 142; as well as blocks 199 and 200, which are differential frequency generators functionally equivalent to block 122 (Fig. 17), but having different frequencies of the corresponding generated signals. The circuits are also equipped with directional couplers 201, 202, each of which divides the signals of the corresponding generators 108,109 into smaller parts supplied to the inputs 192 and 195 of blocks 189, 190 and large parts to waveguide structures 203, 204, which can either multiply the frequency 157,205 times radiation (by generating harmonics) are sent to the observation zone 6 by means of transmitting antennas 35, 206 connected to these multipliers (the frequencies emitted by harmonic generators - multipliers are equal to the harmonics frequencies of the generators 108, 109), l for directly connected to the antennas 35, 206 (the directional valves necessary in this case are not shown in Fig. 21).
Принцип достижения фазового синхронизма разностного сигнала генераторов ведомого 183 и одного из ведущих 108 (аналогично и с любым другим ведомым генератором 109) с сигналом генератора разностной частоты 199 достигается следующим образом. На вход 191 блока 189 подается меньшая часть сигнала генератора 183 а на вход 192 этого блока 189 меньшая часть сигнала ведомого генератора 108, блок 189 по аналогии с функционированием блока 142 (фиг. 17) вырабатывает управляющий сигнал ошибки пропорциональный фазовому рассогласованию разностного сигнала генераторов 183 и 108 и сигнала генератора опорной частоты 199, который с входа 197 попадает на управляющий электрод 154 ГУНа 108 для уменьшения указанного фазового рассогласования до достижения полного фазового синхронизма указанного разностного и указанного опорного сигналов. Соотношение между указанными выше меньшими частями генераторов 183 и 108 должно быть таким же как и для соотношение меньших частей генераторов 108, 109, обсуждаемых в связи с рисунком 17. Таким образом, достигается синхронизм разностных сигналов ведомого 183 и ведущих генераторов 108, 109 с соответствующими сигналами (преимущественно с различными параметрами) опорных генераторов 199, 200.The principle of achieving phase synchronism of the difference signal of the slave generators 183 and one of the leading 108 (similarly to any other slave generator 109) with the signal of the differential frequency generator 199 is achieved as follows. At the input 191 of block 189 a smaller part of the signal of the generator 183 is supplied and at the input 192 of this block 189 a smaller part of the signal of the slave generator 108, block 189, by analogy with the operation of block 142 (Fig. 17), generates an error control signal proportional to the phase mismatch of the difference signal of the generators 183 and 108 and the signal of the reference frequency generator 199, which from the input 197 enters the control electrode 154 of the VCO 108 to reduce the indicated phase mismatch until the complete phase synchronism of the specified difference and specified th reference signals. Ratio between the above smaller parts of the generators 183 and 108 should be the same as for the ratio of the smaller parts of the generators 108, 109 discussed in connection with Figure 17. Thus, the synchronization of the difference signals of the slave 183 and the leading generators 108, 109 with the corresponding signals ( mainly with various parameters) reference generators 199, 200.
.Другими словами процедуру формирования множественных взаимно-когерентных сигналов можно описать следующим образом.In other words, the procedure for generating multiple mutually coherent signals can be described as follows.
Меньшая часть энергии сигнала ведущего генератора 280 поступает через направленный ответвитель 184 в волноведущий канал 185, из которого части энергии этого сигнала через направленные ответвители 187, 188 в блоки генерирования других взаимно-когерентных сигналов. В каждом блоке соответствующий сигнал из канала 185 подается на один из входов смесителя 93 второго объединенных блока 189 (эквивалентный 142 фиг.17) . На другой вход этого смесителя подается часть энергии ведомого генератора 108 и наконец на вход фазового детектора 95 блока 189 подается сигнал разностной частоты генератор разностной частоты 199, с частотой различной для различных генераторных блоков. Благодаря петле обратной связи, которые обеспечены посредством ФАПЧ (фазы соответствующих разностных сигналов оказывается захваченной фазами сигналов соответствующих опорных генераторов), выходы соответствующих направленных ответвителей 184, 187, через которые поступают большие части энергий сигналов могут быть связаны со входами умножителей частоты 157, 205, 207 для образования взаимно- когерентных сигналов более высокой частоты и затем направляются в зону наблюдения 6, посредством соединенных с умножителями антенн соответственно 35,207 и 208. В этом случае объект освещается мультиплетным излучением, каждая компоненты которого сдвинута относительно основной (испускаемой ведомым генератором 183) на точные спектральные величины равные частотам генераторов разностных частот 199, 200. При этом сигнал одного из генераторов преимущественно ведущего 183 может быть использован как гетеродинный источник в схеме приема фиг. 18, при этом его сигнал с выхода 209, согласующего устройства 210, подсоединенному к выходу основного канала направленного ответвителя 184 и предназначенного для трансформации энергии сигнала из волноводной линии передачи в коаксиальную линию передачи с минимальными потерям и через которое сигнал генератора 183 трансформируется из его волноводной моды в соответствующую моду коаксиального кабеля и может далее передаваться по коаксиальному гибкому кабелю, для подачи сигнала генератора 183 непосредственно на гетеродинный вход 159 (или несколько таких входов, если используется многоканальный УЧПОС)) смесителя 160 (лей) соответствующих каналов соответствующего блока УЧПОС, в то время как сигналы генераторов 108, 109 используются для освещения зоны наблюдения 6. После отражения от объекта и приемом каждым приемным элементом соответствующего приемного устройства эти сигналы будут смешаны в соответствующих смесительных элементов приемных каналов блока 49 с соответствующей гармоникой сигнала гетеродина 183. Образовавшиеся на выходе таких смесителей разностные сигналы будут обладать частотной и фазовой стабильностью генераторов разностных сигналов 199, 200, частотно будут разделены в соответствие с выбранными гармониками соответствующих генераторов разностных частот 199, 200 и будут нести информацию как интенсивности отраженных объектом сигналов.A smaller part of the signal energy of the leading generator 280 enters through the directional coupler 184 into the wave guide channel 185, from which part of the energy of this signal through the directional couplers 187, 188 to the blocks generating other mutually coherent signals. In each block, the corresponding signal from channel 185 is supplied to one of the inputs of mixer 93 of the second combined block 189 (equivalent to 142 of FIG. 17). At the other input of this mixer, a part of the energy of the slave generator 108 is supplied, and finally, at the input of the phase detector 95 of block 189, a differential frequency signal is supplied to the differential frequency generator 199, with a frequency different for different generator blocks. Due to the feedback loop provided by the PLL (the phases of the corresponding difference signals are captured by the phases of the signals of the corresponding reference generators), the outputs of the corresponding directional couplers 184, 187, through which most of the signal energies can be connected to the inputs of the frequency multipliers 157, 205, 207 for the formation of mutually coherent signals of a higher frequency and then sent to the observation zone 6, through antennas connected to the multipliers, 35.207 and 208, respectively. In this case, the object is illuminated by multiplet radiation, each component of which is shifted relative to the main one (emitted by the slave generator 183) by exact spectral values equal to the frequencies of the difference frequency generators 199, 200. In this case, the signal of one of the generators of the predominantly leading 183 can be used as a heterodyne source in the receiving circuit of FIG. 18, while its signal from the output 209 of the matching device 210 connected to the output of the main channel of the directional coupler 184 and intended to transform the signal energy from the waveguide transmission line to a coaxial transmission line with minimal losses and through which the signal of the generator 183 is transformed from its waveguide mode into the corresponding coaxial cable mode and can be further transmitted via a coaxial flexible cable to supply the signal of the generator 183 directly to the local input 159 (or several of these inputs, if a multi-channel UCHPOS is used)) of the mixer 160 (lei) of the corresponding channels of the corresponding UCHPOS block, while the signals of the generators 108, 109 are used to illuminate the observation zone 6. After reflection from the object and reception by each receiving element of the corresponding receiving device, these signals will be mixed in the corresponding mixing elements of the receiving channels of block 49 with the corresponding harmonic of the local oscillator signal 183. The difference signals formed at the output of such mixers will have a The phase and phase stability of differential signal generators 199, 200 will be frequency-separated in accordance with the selected harmonics of the corresponding differential frequency generators 199, 200 and will carry information as the intensities of the signals reflected by the object.
Такой подход значительно решает проблему гибкости реализации различных устройств освещения зоны наблюдения и приема рассеянных в ней компонент излучения, поскольку гибкий коаксиальный кабель позволяет легко перемещать в пространстве системы подсвета легкий блок ТП источника, состоящий из умножителя, нагруженного антенной, и помещать его в любую точку, оптимальную для освещения объекта 8 посредством соответствующего сканирующего устройства. Существенно также, что различные генераторы 108, 109 взаимно-когерентных сигналов по отдельности и достаточно просто технически могут освещать различные участки объектаThis approach significantly solves the problem of the flexibility of implementing various devices for lighting the observation zone and receiving the radiation components scattered in it, since the flexible coaxial cable allows you to easily move the light source TP unit consisting of a multiplier loaded with an antenna in the space of the illumination system and place it anywhere optimal for illuminating the object 8 by means of an appropriate scanning device. It is also significant that the various generators 108, 109 of mutually coherent signals individually and quite simply technically they can illuminate various parts of the object
Состав и взаимная последовательность радиотехнических узлов, входящих в состав каждого из соответствующих приемных каналов приемного устройства 25 или 82, а также принцип их совместного функционирования при усилении и декодировании сигналов излучений парциальных составляющих, отраженных тем участком поверхности 87 (фиг. 15) объекта 8, на который «cмoтpит» соответствующий приемный элемент 48 приемной матрицы 85 (ассоциированного с одним из указанных каналов), определяется особенностью и последовательностью первичного кодирования излучения, различного для различных парциальных источников 3,4,7 и даже вторичного кодирования (если таковое осуществляется соответствующим ПР источником излучения). В общем случае осуществление двойного (как и большей кратности) декодирования (демодуляции) не представляет существенной сложности и может быть осуществлено с использованием типовых радиотехнических узлов (включая наряду с усилителями соответствующих диапазонов, гетеродинных смесителей, амплитудных (квадратичных) детекторов, синхронных (параметрических) детекторов, в том числе сканирующих, еще и цифровые узлы, позволяющие определенную временную последовательность усиленных и смещенных по частоте вниз (может быть при этом частично-декодированных ) сигналов перевести в их цифровую форму посредством АЦП и осуществить их декодирование посредством методов цифровой обработки сигналов. И это можно осуществлять для любых видов (среди них много достаточно известных) модуляции/демодуляции ММ/СММ излучения.The composition and the mutual sequence of the radio nodes included in each of the respective receiving channels of the receiving device 25 or 82, as well as the principle of their joint functioning when amplifying and decoding the radiation signals of the partial components reflected by that portion of the surface 87 (Fig. 15) of the object 8, on which “watches” the corresponding receiving element 48 of the receiving matrix 85 (associated with one of these channels), is determined by the peculiarity and sequence of the primary radiation coding, p different for various partial sources 3,4,7 and even secondary coding (if this is carried out by the corresponding PR radiation source). In the general case, the implementation of double (as well as greater multiplicity) decoding (demodulation) is not difficult and can be carried out using standard radio engineering units (including, along with amplifiers of the corresponding ranges, heterodyne mixers, amplitude (quadratic) detectors, synchronous (parametric) detectors , including scanning, also digital nodes, allowing a certain time sequence of amplified and shifted downward in frequency (can be partially odirovannyh) transfer signals in their digitized by ADC and implement methods of decoding by the digital signal processing. This can be done for any species (including many sufficiently known) modulation / demodulation MM / radiation HMM.
Как указывалось выше в MM /CMM диапазонах отражение излучения от большинства наблюдаемых объектов осуществляется преимущественно зеркальным образом. Этот факт и определяет низкий уровень качества изображений, формируемых в ММ/СММ диапазонах , даже если пространственная когерентность излучения в области поля зрения СФИ существенно снижена, по аналогии с оптическими системами формирования изображений.As indicated above in the MM / CMM bands, the reflection of radiation from most of the observed objects is carried out mainly in a mirror image. This fact determines the low quality level of images formed in the MM / SMM ranges, even if the spatial coherence of radiation in the field SFI vision is significantly reduced, by analogy with optical imaging systems.
Сказанное поясним на примере изменений в фазорных диаграммах для компонент излучения при их распространении от участка рассеивающей излучение поверхности 87 объекта 8 (фиг. 15) до точкиWe will explain the above by the example of changes in the phase diagrams for radiation components during their propagation from the site of the radiation-scattering surface 87 of object 8 (Fig. 15) to the point
ПРИз, совпадающей с положением соответствующего элемента приемной матрицы 48.Prize coinciding with the position of the corresponding element of the receiving matrix 48.
На фиг. 22 представлены фазорные диаграммы 211,212,213 компонент излучения. Фазорная диаграмма 188 соответствует состоянию компонент излучения в зоне наблюдения бточке пространства (фиг. 15), находящейся вблизи точки 87 поверхности объекта 8, в момент, предшествующий рассеянию этих компонент указанной поверхностью. Диаграммы 212 и 213 соответствует состояниям компонент излучения в пространственной точке вблизи элемента 48 приемной матрицы 85 в случае, когда это излучение было рассеяно указанной точкой поверхности 87 объекта 8 (фиг.15) соответственно преимущественно зеркальным образом (диаграмма 212), либо преимущественно диффузным образом (диаграмма 213).In FIG. 22 shows phase diagrams of 211,212,213 radiation components. The phasor diagram 188 corresponds to the state of the radiation components in the observation zone of the space point (Fig. 15), located near the point 87 of the surface of the object 8, at the moment preceding the scattering of these components by the indicated surface. Diagrams 212 and 213 correspond to the states of the radiation components at the spatial point near the element 48 of the receiving matrix 85 in the case when this radiation was scattered by the indicated point on the surface 87 of the object 8 (Fig. 15), respectively, mainly in a mirror image (diagram 212), or mainly in a diffuse way ( chart 213).
На фиг. 23 изображена схема системы формирования изображений, иллюстрирующая механизм формирования сильных «зepкaльныx» и слабых «диффyзныx» сигнальных составляющих в принятом элементом 48 (фиг.15) сигнале. Каждый фазор (214, 215), фиг.22, соответствует компоненте излучения, излученной одним из точечных источников излучения, входящий в состав многоэлементного пространственно- распределенного источника.In FIG. 23 is a diagram of an image forming system illustrating a mechanism for generating strong “mirror” and weak “diffuse” signal components in a signal received by element 48 (FIG. 15). Each phasor (214, 215), FIG. 22, corresponds to a radiation component emitted by one of the point radiation sources, which is part of a multi-element spatially distributed source.
Такие фазоры имеют практически одинаковую амплитуду (длину) и различные взаимные фазы 216, 217 (последние несущественны поскольку схема обработки сигналов в конечном итоге выделяет квадраты длин фазоров) перед моментом рассеяния компонент излучения объектом. Если эти компоненты рассеяны участком поверхности диффузно, то соответствующие им индикатрисы их рассеяния имеют широкие угловые распределение 218, 219, фиг.23, поэтому относительные части волновых фронтов «диффyзныx компонент)), попавших во входной зрачок линзы 10 будут практически одинаковыми. Длины фазоров соответствующих компонент 220,221 на «диффyзнoй» диаграмме 213 фиг. 22 после их фокусирования на соответствующем приемном элементе 48 будут практически одинаковыми (в том случае, когда в формируемых парциальных изображениях присутствуют спекловые искажения, под одинаковостью фазоров понимается равенство среднестатистических отклонение в распределении спекловых осцилляции в данной и ближайших приемных точках для парциальных изображений, соответствующим рассмотренным компонентам), поэтому система будет работать как схема с идеально разрушенной пространственной когерентностью освещающего и принимаемого приемным устройством излучения. При этом имеет место формирование пространственно- некогерентных изображений улучшенного качества, если объект отражает компоненты диффузным образом (за счет эффекта статистического усреднения когерентных спеклов и другого вида пространственных шумов). Если компоненты рассеялись участком поверхности зеркально, то соответствующие индикатрисы их рассеяния имеют узкие угловые распределения 222, 223. Поэтому относительные части волновых фронтов соответствующих различным «зepкaльным компонентам)) будут различны и такие фронты будут различным образом перехвачены входным зрачком линзы. Зеркальная часть 224 соответствующей индикатрисы рассеяния попадает во входной зрачок линзы 10 только для части точечных источников, подобно ТП источнику 83, МПР источника излучения 82, в то время для остальных ТП источников, подобно 28, только диффузная (энергетически относительно малая) часть 225 перехватывается входным зрачком линзы 10. Поэтому в фазорной диаграмме 212 доминирует «зepкaльный)) фазор 226 по сравнению с любым «диффyзным)> фазором типа фазора 227. Если рассматриваемые компоненты излучения не модулируемы, то и сигнал получаемый приемным устройством детектируется как неразделяемая сумма квадратов соответствующих фазоров. Поскольку в этой сумме доминирует только сигнал, сформированный только частью близко расположенных точечных источников вблизи ТП источника 83 МПР источника излучения 82, то и формируемое этими источниками миллиметровое изображение в ПРИз фокусирующего элемента 10 будет пространственно когерентным со свойственными ему спекловыми искажениями, несмотря на то, что объект освещается пространственно некогерентным светом. Поскольку каждая отдельная рассматриваемая компонента излучения как в области объекта так и в области приемной матрицы обладает высокой пространственной когерентностью (она образована точечным источником излучения), поэтому и парциальное изображение, сформированное такой компонентой будет пространственно- когерентным со свойственным ему шумовым спекловым распределением. Таким образом, при зеркальном характере отражения излучения от объекта наблюдения (что свойственно ММ/СММ излучения) никакое разрушение когерентности излучения в области объекта (в отличие от оптического диапазона) не позволит улучшить качества его изображения, сделав это изображение свободным от когерентных спеклов и от влияния эффекта Гиббса.Such phasors have almost the same amplitude (length) and different mutual phases 216, 217 (the latter are insignificant since the signal processing circuit ultimately selects the squares of the phasor lengths) before the moment of scattering of the radiation components by the object. If these components are diffusely scattered by the surface area, then the corresponding indicatrixes of their scattering have wide angular distribution 218, 219, Fig.23, therefore, the relative parts of the wave fronts of the "diffuse components)) that fall into the entrance pupil of the lens 10 will be almost the same. The phasor lengths of the respective components 220,221 in the "diffuse" diagram 213 of FIG. 22, after focusing on the corresponding receiving element 48, they will be almost the same (in the case when speckle distortions are present in the generated partial images, the same phasors means the equality of the average statistical deviations in the distribution of speckle oscillations at this and the nearest receiving points for the partial images corresponding to the considered components ), therefore, the system will work as a scheme with ideally destroyed spatial coherence of the illuminating and receiving th receiving radiation device. In this case, spatially incoherent images of improved quality are formed if the object reflects the components in a diffuse way (due to the effect of statistical averaging of coherent speckles and another type of spatial noise). If the components are scattered by a surface portion in a mirror fashion, the corresponding scattering indicatrixes have narrow angular distributions 222, 223. Therefore, the relative parts of the wave fronts corresponding to different “mirror components)) will be different and such fronts will be intercepted in different ways by the entrance pupil of the lens. The mirror part 224 of the corresponding scattering indicatrix enters the entrance pupil of the lens 10 only for part of the point sources, like the TP source 83, the MPR of the radiation source 82, while for the other TP sources, like 28, only the diffuse (energetically relatively small) part 225 is intercepted by the input the pupil of the lens 10. Therefore, in the phasor diagram 212 the “mirror”) phasor 226 dominates in comparison with any “diffuse”> phasor like phasor 227. If the considered radiation components are not modulated, then the signal received by the receiving device is detected as an inseparable sum of squares of the corresponding phasors. Since only the signal dominates in this sum, formed only by a part of closely spaced point sources near the TP of the source 83 of the MPR of the radiation source 82, the millimeter image generated by these sources in PRIZ of the focusing element 10 will be spatially coherent with its speckle distortions, despite the fact that the object is illuminated spatially by incoherent light. Since each individual component of the radiation under consideration, both in the region of the object and in the region of the receiving matrix, has high spatial coherence (it is formed by a point radiation source), therefore, the partial image formed by such a component will be spatially coherent with its characteristic noise speckle distribution. Thus, with the mirror-like nature of the reflection of radiation from the object of observation (which is characteristic of MM / SMM radiation), no destruction of the coherence of radiation in the region of the object (in contrast to the optical range) will improve the quality of its image, making this image free from coherent speckles and from the influence Gibbs effect.
Если компоненты независимо модулируемы (или кодированы), то на приемной стороне после их независимого приема существует возможность изменить их относительный вклад в суммарные сигналы для каждого элемента синтезируемого (или относительный вклад в величину каждого пикселя) итогового (результатного) изображения аппаратным или программным путем. В этом случае из плохого «зepкaльнoгo» изображение будет искусственным образом получено «диффyзнoe» изображений с высоким визуальным качеством (соответствующая трансформация состояний фазорных диаграмм показана стрелкой 228 на фиг. 22). Рассмотренный выше формализм фазорных диаграмм остается верным и для случая использования пространственно-распределенного источника излучения с синтезированной апертурой, когда различные компоненты излучения генерируются в различные моменты времени благодаря механическому перемещению (сканированию) единственного источника излучения по поверхности, формируемой предпочтительными пространственными положения такого источника относительно наблюдаемого объекта (в результате перемещений источника осуществляется синтезирование полной апертуры пространственно- распределенного источника). В этом случае квадраты амплитуд различных фазоров накапливаются в приемном устройстве последовательно во времени (приемное устройство должно быть соответствующим образом адаптировано для такого режима приема) в соответствии с темпом перемещений указанного источника. Проанализируем возможности указанной выше коррекции отдельных парциальных составляющих сигналов изображений. В соответствие с принципом суперпозиции комплексная амплитуда излучения в точке приема (например в области приемного элемента) может быть представлен как сумма комплексных амплитуд парциальных составляющих компонент этого излучения (фазоров), каждая из которого была излучена одним из независимых элементов пространственно-распределенного (ПР) источника излучения и, после распространения в сторону зоны наблюдения была рассеяна тем участком поверхности объекта наблюдения 87, который оптически сопряжен (посредством формулы линзы 10) с рассматриваемой точкой приема (точкой расположения приемного элемента 48 в ПРИЗ), далее в процессе дальнейшего распространения компонента частично попала во входной зрачок СФИ и была сфокусирована в рассматриваемой точке приема, обозначаемого индексами (m,k)If the components are independently modulated (or encoded), then on the receiving side, after their independent reception, it is possible to change their relative contribution to the total signals for each element of the synthesized (or relative contribution to the value of each pixel) final (result) image by hardware or software. In this case, from a poor “mirror” image, “diffuse” images with high visual quality will be artificially obtained (the corresponding transformation of the states of phase diagrams is shown by arrow 228 in Fig. 22). The phase diagram formalism considered above remains true for the case of using a spatially distributed radiation source with a synthesized aperture, when various radiation components are generated at different times due to the mechanical movement (scanning) of a single radiation source over the surface formed by the preferred spatial position of such a source relative to the observed object (as a result of source movements aperture of a spatially distributed source). In this case, the squares of the amplitudes of the various phasors are accumulated sequentially in the receiver in time (the receiver must be suitably adapted for such a reception mode) in accordance with the rate of movement of the indicated source. Let us analyze the possibilities of the above correction of individual partial components of image signals. In accordance with the principle of superposition, the complex amplitude of the radiation at the receiving point (for example, in the area of the receiving element) can be represented as the sum of the complex amplitudes of the partial components of the components of this radiation (phasors), each of which was emitted by one of the independent elements of a spatially distributed (PR) source radiation and, after propagation towards the observation zone, was scattered by that part of the surface of the object of observation 87, which is optically coupled (by means of the lens formula 10) to matrivaemoy receiving point (point arrangement of the receiving element 48 in action), then during further propagation component partially has got in the entrance pupil SFI and focused at the point of reception, denoted by the indices (m, k)
β? V(У m,k) Vtf k(y m>k))- exp(/Cfcra,k)) (D
Figure imgf000085_0001
Для простоты рассмотрения независимые ТП источники МПР источника 82 упорядочены в виде двумерного матричного набора, в котором каждый ТП источник имеет свой порядковый номер строки i и столбца j, однозначно определяющие его положение в пространстве, в том числе и по отношению к поверхности освещаемого объекта 8 в точке наблюдения объекта 87. В этом случае порядковые индексы ТП источника (i,j) однозначно определяют угол 229 падения βу созданного им парциальной компоненты излучения, проходящей через объектную плоскость 230, на участок 231 поверхности 232 объекта 8 в точке наблюдения 87. В другом случае участок 231 может располагаться в отношении входного зрачка линзы ближе чем объектная плоскость.
β ? V (V m , k ) Vtf k (y m> k )) - exp (/ C fc (V ra , k )) (D
Figure imgf000085_0001
For simplicity of consideration, independent TP sources of the MPR source 82 are ordered in the form of a two-dimensional matrix set in which each TP source has its own serial number of row i and column j, which uniquely determine its position in space, including with respect to the surface of the illuminated object 8 in the point of observation of the object 87. In this case, the ordinal indices of the TS of the source (i, j) uniquely determine the angle of incidence 229 β of the partial radiation component created by it, passing through the object plane 230, onto the surface section 231 8 and the object 232 at the observation point 87. Alternatively, the portion 231 may be positioned in relation to the entrance pupil of the lens closer than the object plane.
Понятно, что суммирование в (1) выполняется по всем (фазово) - независимым элементам ТП источникам МПР источника (I -максимальное число ТП источников элементов МПР источника излучения вдоль строк, J — вдоль столбцов соответственноIt is clear that the summation in (1) is performed over all (phase) independent TP elements of the MPR source sources (I is the maximum number of TP sources of MPR elements of the radiation source along the rows, J is along the columns, respectively
В формуле (2) ф™ означает абсолютное значение фазы рассматриваемого парциальный компоненты излучения непосредственно после его излучения элементом ПР источника (i,j) в один из моментов времени, фf] i^m kt^ - средний набег фазы этой компоненты излучения при ее распространении от элемента ПР источника до приемного элемента ( т.к. этот множитель не изменяется во времени и не влияет на конечный результат, то он в дальнейших формулах будет опущен), наконец фfJ {xm k, βι J) - дополнительный случайный фазовый набег, учитывающий распространение компоненты излучения в углублениях рассеивающего объекта для рассматриваемого участка 229 поверхности объекта наблюдения 8. Этот фазовый набег компоненты при ее дополнительном распространении от объектной плоскости 230 фокусирующего элемента 10 до реального расположения dd конкретного рассеивающего участка 231 объекта, и наконец, α' Vy >k (y m k) - та часть парциальной компоненты излучения, которая была отражена рассматриваемым участком объекта (данный участок может характеризоваться точкой х m k ), затем попала во входной зрачок фокусирующего элемента 10 СФИ и сфокусирована на приемном элементе 48 в точке ПРИз у m k . Амплитуда фазора «,d ^m,k ф ^ ^) определяется той частью волнового фронта соответствующей составляющей, которая попала во входной зрачок фокусирующего элемента 10 и зависит от индикатрисы рассеяния этой компоненты тем участком поверхности объекта в точке х m k , который квази-оптически сопряжен с соответствующим приемным элементом в точке у m k посредством линзы (указанная индикатриса во многом зависит от характера отражения - зеркального или диффузного). В общем случае для фазы указанного дополнительного набега можно записатьIn formula (2), φ ™ means the absolute value of the phase of the partial radiation component under consideration immediately after its emission by the PR element of the source (i, j) at one time, φf] i ^ mk , β t ^ is the average phase incursion of this radiation component at its propagation from the PR element of the source to the receiving element (since this factor does not change in time and does not affect the final result, it will be omitted in further formulas), finally фf J (x mk , β ι J ) - additional random propagation phase shift s radiation in the recesses of the scattering object to the considered portion 229 surface observation object 8. This phase shift components during its further propagation from the object plane 230 of the focusing element 10 to the real location d d a particular object of the scattering portion 231, and finally, α 'V y> k (y mk ) - that part of the partial component radiation, which was reflected by the considered site of the object (this site can be characterized by a point x mk ), then fell into the entrance pupil of the focusing element 10 of the SFI and focused on the receiving element 48 at the point PRIZ y mk . The amplitude of the phasor «, d ^ m, k f ^) is determined by the portion of the wavefront corresponding component, which has got in the entrance pupil of the focusing element 10 and independent of the scattering function of this component is that portion of the surface of the object at x mk, which is quasi-optically conjugate with the corresponding receiving element at the point at mk by means of a lens (the indicated indicatrix largely depends on the nature of reflection - specular or diffuse). In general, for the phase of the indicated additional raid, we can write
Ф.Л^ β u) - 2π ^ cQs βm kj j (3)F.L ^ β u) - 2π ^ cQs βm kj j (3)
dd - расстояние (или оптическое расстояние, если объект находится в среде) от рассеивающего участка поверхности (206) объекта до объектной (входной) плоскости 207) линзы ( сопряженной с приемной плоскостью формулой тонкой линзы) фиг.24 , βmJci,j - угол падения (229) парциальной компоненты излучения ТП источника ПР источника (i,j) на точку поверхности объекта xm>k, аf - индекс, характеризующий параметр подсвечивающего объект компоненты излучения, при этом t показывает тип отличительного физического свойства этого излучения (например частоту его несущей, его поляризацию и т.д. (либо и то и другое одновременно и т.д.), а d - конкретную величину его значение (например 94 ГГц для частоты или линейную горизонтальную поляризацию либо даже совместный набор таких значений, (если индекс характеризует одновременно несколько характерных параметров подсвечиваемого излучения).d d is the distance (or optical distance, if the object is in the medium) from the scattering part of the surface (206) of the object to the object (input) plane 207) of the lens (the thin lens formula conjugated with the receiving plane) Fig . 24, β mJc i, j is the angle of incidence (229) of the partial radiation component of the TS of the PR source of the source (i, j) at the object surface point x m> k , and f is the index characterizing the parameter of the radiation component highlighting the object, while t shows the type of distinctive physical property of this radiation (for example its carrier frequency, e about polarization, etc. (or both at the same time, etc.), and d is the specific value of its value (for example, 94 GHz for frequency or linear horizontal polarization, or even a joint set of such values, (if the index characterizes simultaneously several characteristic parameters of the illuminated radiation).
Сигнал на выходе инерционного квадратичного амплитудного детектора (в предположении, что все гармоники несущей отфильтрованы, а сигнал отнормирован на коэффициент усиления приемных каналов приемного устройства) и в рассматриваемой точке ymjk приема в соответствие с (1), (2) будет иметь вид
Figure imgf000088_0001
(4), где T - характерное время усреднения сигнала инерционной частью указанного детектора. В случае, когда разность фаз компонент , излученных различными элементами ПР источника остается постоянной (случай элементов ПР источника, излучающих фазово-когерентные компоненты излучения), выходной сигнал будет состоять из обоих слагаемых и будет содержать интерференционные добавки, определяемые фазовыми соотношениями ф'"jк - ф™f между различными компонентами излучения.
The signal at the output of the inertial quadratic amplitude detector (assuming that all harmonics of the carrier are filtered out, and the signal is normalized to the gain of the receiving channels of the receiving device) and at the considered point y mjk in accordance with (1), (2) will have the form
Figure imgf000088_0001
(4), where T is the characteristic averaging time of the signal by the inertial part of the indicated detector. In the case where the phase difference component emitted by various elements of the PR source is constant (the case of elements OL source emitting phase-coherent radiation components), the output will consist of both terms will contain interference supplements, defined phase relations f '"j to - f ™ f between the various components of the radiation.
Второй интерференционный член может быть удален из суммы (4), если указанные разности фаз ф"f' -ф^f изменяются во времени случайным образом. Этот случай соответствует освещению объекта пространственно-некогерентным излучением и имеет место , когда за время T разница фаз для составляющих сигнала, соответствующих различным угловым парциальным компонентам излучения, принимает равновероятно все возможные значения в диапазоне 2π. Данная ситуация имеет место и в том случае, если излучения всех ТП источников не модулируются или модулируются одинаковым образом, что не позволяет отличить различные компоненты, принадлежащим различным ТП источникам ПР источника излучения. Этот случай полностью описывает случай ПР источника излучения, используемого в прототипе. Существенные недостатки такого источника, связанные с зеркальным характером отражения миллиметрового диапазона, обсуждались ранее.The second interference term can be removed from the sum (4) if the indicated phase differences "f 'ф ^ f f change in time randomly. This case corresponds to illumination of the object by spatially incoherent radiation and occurs when the phase difference for of the signal components corresponding to different angular partial radiation components takes all possible values equally in the range 2π. This situation also occurs if the radiation from all TP sources is not modulated or modulated one This makes it possible to distinguish between different components belonging to different TP sources of the PR of the radiation source. This case fully describes the case of the PR of the radiation source used in the prototype. Significant disadvantages of this source associated with the mirror-like reflection of the millimeter range were discussed earlier.
В случае независимого отличительного кодирования (например посредством амплитудной модуляции) каждой угловой компоненты излучения, как впрочем и любой другой физически отличительно компоненты излучения (среди таких компонент -компоненты, характеризуемой различными значениями несущей частоты и/или поляризационного состояния и т.д.) появляется возможнойIn the case of independent distinctive coding (for example, by means of amplitude modulation), each angular component of the radiation, as well as any other physically distinctive radiation components (among such components, a component characterized by different values of the carrier frequency and / or polarization state, etc.) it becomes possible
В другой реализации СФИ, компоненты ТП источников (в том числе квадраты длин фазоров их излучений или длин фазоров) могут быть определены независимо за счет селективного кодирования (например) модулирования парциальных компонент каждого ТП источника и соответственно за счет независимый селективный прием каждым приемным элементом и последующего декодирования (например, демодулирования) парциальной компоненты излучения каждого ТП источника (i,j), входящего в состав МПР источника.In another implementation of SFI, the components of TP sources (including the squares of the lengths of the phasors of their emissions or the lengths of the phasors) can be determined independently by selective coding (for example) of modulating the partial components of each TP of the source and, accordingly, by independent selective reception by each receiving element and subsequent decoding (for example, demodulation) of the partial radiation component of each TS source (i, j), which is part of the MPR source.
В обоих случаях второй член суммы (4), описывающий эффекты взаимной интерференции парциального излучения от различных ТП источников излучения подавляется (в этом случае интермодуляционная шумовая поправка в продетектированном сигнале оказывается равной нулю) в то время как первый член суммы оказывается только пропорциональным времени накопления T, (предполагается все модуляции сигнала сняты предыдущими демодуляционными схемами), который в дальнейшем в тексте не показан в формулах но его присутствие подразумевается. Таким образом сигнал на выходе инерционного амплитудного детектора оказывается равным величинеIn both cases, the second term of the sum (4), which describes the effects of mutual interference of partial radiation from different radiation sources, is suppressed (in this case, the intermodulation noise correction in the detected signal is equal to zero), while the first term is only proportional to the accumulation time T, (it is assumed that all signal modulations were removed by previous demodulation schemes), which is not shown in the formulas in the text below, but its presence is implied. Thus, the signal at the output of the inertial amplitude detector is equal to
α'd Sm>k(y m,k) = ∑(α/ V-km,k))2 (5)α ' d S m> k (y m , k ) = ∑ ( α / V- km , k )) 2 (5)
Т.о. регистрируемый сигнал представляет собой в этом случае сумму квадратов модулей амплитуд принятых приемным элементом 48 парциальных компонент излучения (квадратов длин соответствующих фазоров (см. фиг. 22)), умноженной на время усреднения T (в формуле (5) не показана, как и далее по тексту) и пропорционален сумме усредненных во времени мощностей этих компонент (пропорциональных мощности соответствующих компонент излучения в данной точке приема) накопленных за время T, без какого-либо шумового влияния взаимных фазовых соотношений между этими компонентами излучения.T.O. the recorded signal in this case is the sum of the squares of the amplitude modules of the partial radiation components received by the receiving element 48 (the squares of the lengths of the corresponding phasors (see Fig. 22)) multiplied by the averaging time T (not shown in formula (5), as follows text) and is proportional to the sum of the time-averaged powers of these components (proportional to the powers of the corresponding radiation components at a given receiving point) accumulated over time T, without any noise effect of the mutual phase relations between these radiation components.
По сути соотношение (5) означает, что сигнал, регистрируемый на выходе квадратичного инерционного детектора представляет собой сумму интегральных мощностей (плотностей излучения, в том числе спектральных, для данного набора диапазонов изменения физических параметров, характеризуемых рассматриваемые компоненты излучения, накопленных за время экспозиции изображения) парциальных изображений, образованных парциальными фазово-независимыми составляющими излучения (в соответствие с (5), каждое из которых было случайным и независимым образом излучено одним из независимых ТП источников ПР источника излучения и соответствующие компоненты являются фазово-независимыми.In essence, relation (5) means that the signal recorded at the output of the quadratic inertial detector is the sum of the integral powers (radiation densities, including spectral ones, for a given set of ranges of physical parameters characterized by the considered radiation components accumulated during the exposure time of the image) partial images formed by partial phase-independent radiation components (in accordance with (5), each of which was random and independent m is emitted by one of the independent TP sources of the PR of the radiation source and the corresponding components are phase-independent.
В случае когда это излучение кодировано отличительным образом, то есть различные компоненты излучения могут быть приняты приемником в результате процедур декодирования независимо друг от друга и их характеристики (например, усредненная мощность) определены независимо, то такой сигнал можно представить как разделимое независимое множество компонент,In the case when this radiation is encoded in a distinctive way, that is, various radiation components can be received by the receiver as a result of decoding procedures independently of each other and their characteristics (for example, average power) are determined independently, such a signal can be represented as a separable independent set of components,
α?Sik(У ra>k) = U(α' Vif)2 (6)α ? Si k ( V ra> k ) = U ( α 'V i f) 2 (6)
которое может быть преобразовано в сумму типа (5) (характеризуемое только одним числом- значением величины элементаwhich can be converted into a sum of type (5) (characterized by only one number, the value of the element
(m,k) вместе с произвольно выбираемым весовым множителем α' R|"j k для каждой такой независимой компоненты, включенной в такое множество(m, k) together with an arbitrarily chosen weighting factor α 'R | " j k for each such independent component included in such a set
α? Sm,km,k) = ∑ °<" R£k • («<" V^ )2 (7)α ? S m, k (y m, k ) = ∑ ° < "R £ k • ( "<"V ^) 2 (7)
Причем получаемое при этом матричное результатное изображение можно представить как матрица элементов результатного синтезированного (комбинированного изображения), каждый элемент характеризуется положением соответствующей точки приема у m k в ПРИз, где были приняты соответствующие компоненты сфокусированного излучения и величина значения которого равна "' Sm k(y m k) .Moreover, the resulting matrix result image can be represented as a matrix of elements of the resulting synthesized (combined image), each element is characterized by the position of the corresponding receiving point at mk in PRIZ, where the corresponding components of the focused radiation were taken and the value of which is equal to "'S mk (y mk ).
При этом величины весовых коэффициентов a' Ry >k будут выбираться из условий получения цельного изображения наилучшего визуального качества и/или информационного содержания. Поскольку эти коэффициенты можно изменять произвольным образом (например, процессором, когда сигналы оцифрованы и загружены в его память), число таких сумм, также как и изменение относительного вклада каждой компоненты в итоговое значение величины элемента (равного указанной взвешенной сумме) результатного (синтезированного) изображения соответствующему данному сигналу. Это позволяет, например, подавлять избыточно большой сигнал одной из компонент соответствующей компоненте излучения, характеризуемой зеркальным отражении от участка поверхности объекта, когда остальные компоненты отразились диффузно, а значит с малым уровнем их сигнала по сравнению с зеркальным сигналом. Причем это может быть сделано для каждого элемента формируемого таким образом изображения и с числом компонент в каждом элементе, равным числу независимо декодируемых сигналов из сигнала, получаемого соответствующим приемником. Независимые ТП источники 28, 80 СПУ 24 или независимые ТП источники 28, 28, МПУ 81 создают в зоне наблюдения 6 независимые пространственные компоненты излучения, которые могут быть либо излучаться в одни и те же моменты времени, при этом они различным образом кодируются (например имеют различную частоту их амплитудной модуляции), чтобы быть, после их приема в плоскости ПРИз соответствующим приемным устройством, независимо декодироваными (демодулированы) и обработаны в соответствующих приемных устройствах 25,82 с целью определения их интенсивностей (усредненной во времени мощности), либо излучаться последовательно во времени , что позволяет использовать принцип временного демультиплексирования их сигналов в соответствующих приемных устройствах 25, 82, чтобы они были независимо обработаны в этих устройствах. Различные совокупности этих компонент могут излучаться одновременно и различно кодироваться, образуя соответствующую группу компонент излучения, при этом различные такие группы могут излучаться последовательно во времени, что позволяет использовать принцип временного демультиплексирования в ПУ для сигналов компонент, принадлежащих различным указанным группам. При этом каждому отличительному угловому направлению распространения компонент излучения в зоне наблюдения, которому однозначно соответствует определенная пространственная позиция одного из ТП источников соответствующего ПР источника (СПУ или МПУ), может соответствовать несколько физически отличных компонент (например одно и то же направление распространения могут иметь сразу несколько компонент отличных друг от друга по частоте излучения (например 94 Ггц, 105 Ггц, 115, Ггц и т.д.), которые при этом имеют одинаковый тип поляризации и/или различный (например линейно поляризованные компоненты в вертикальной и/или горизонтальном направлениях и/или компоненты с круговой поляризацией), в любом случае соответствующие приемные устройства должны определить распределение интенсивности каждой из таких компонент излучения в плоскости резкого фокусирования ПРИз после их фокусирования фокусирующим элементом 10 в эту плоскость ПРИз независимо для каждой компоненты ( посредством приема приемными элементами ПУ и обработки в их УЧПОС) и загрузить значение величин элементов соответствующих парциальных изображений в память процессорного устройства 22 для их последующей обработки. Отличительные направления распространения компонент (отличительно- угловых) излучения однозначно связано с пространственными положениями либо соответствующих ТП источников не сканируемого многоэлементного пространственно распределенного (МПР) источника излучения, либо с пространственными положениями какого-либо одного ТП источника либо нескольких, который он (или они) занимают во время своего механического сканирования в плоскости сканирования 31 соответствующего СНУ 24 для формирования соответствующего парциального изображения. Набор всех возможных отличительных пространственных положений ТП источников образуют пространственную апертуру соответствующего пространственно- распределенного источника излучения, либо фиксированную апертуру в случае многоэлементного пространственно-распределенного (МПР) источника 82 излучения, либо синтезированную апертуру в случае сканируемого пространственно-распределенного источника (СПУ) 24 источника излучения, в виде соответствующей двумерной матрицы пространственных положений (изображенной на фиг. 25) соответствующих ТП источников.In this case, the values of the weight coefficients a 'R y > k will be selected from the conditions for obtaining a single image of the best visual quality and / or information content. Since these coefficients can be changed arbitrarily (for example, by the processor, when the signals are digitized and loaded into its memory), the number of such sums, as well as the change in the relative contribution of each component to the final value of the element value (equal to the indicated weighted sum) of the resulting (synthesized) image corresponding to this signal. This allows, for example, to suppress an excessively large signal of one of the components of the corresponding radiation component, characterized by specular reflection from a portion of the surface of the object, when the other components are reflected diffusely, which means that their signal level is low compared to the mirror signal. Moreover, this can be done for each element of the image thus formed and with the number of components in each element equal to the number of independently decoded signals from the signal received by the corresponding receiver. Independent TP sources 28, 80 SPU 24 or independent TP sources 28, 28, MPU 81 create independent spatial radiation components in the observation zone 6 that can either be emitted at the same time instants, while they are encoded in different ways (for example, have different frequency of their amplitude modulation), to be, after their reception in the Priz plane, the corresponding receiving device, independently decoded (demodulated) and processed in the corresponding receiving devices 25,82 in order to determine their intensity th (time-averaged power), or radiated sequentially in time, which allows you to use the principle of temporary demultiplexing them signals in the respective receiving devices 25, 82 so that they are independently processed in these devices. Different sets of these components can be emitted simultaneously and differently encoded, forming the corresponding group of radiation components, while various such groups can be emitted sequentially in time, which allows the principle of temporary demultiplexing in the UE to be used for component signals belonging to different indicated groups. In this case, to each distinctive angular direction of propagation of the radiation components in the observation zone, which unambiguously corresponds to a certain spatial position of one of the TS sources of the corresponding PR source (SPU or MPU), several physically different components can correspond (for example, several different components of the same direction of propagation components of different radiation frequencies (for example, 94 GHz, 105 GHz, 115, GHz, etc.), which in this case have the same type of polarization and / or different (for example, linearly polarized components in the vertical and / or horizontal directions and / or components with circular polarization), in any case, the corresponding receiving devices should determine the intensity distribution of each of these radiation components in the sharp focus plane PRIZ after they are focused by the focusing element 10 into this the PRIZ plane is independent for each component (by means of receiving PUs by the receiving elements and processing in their UCHPOS) and loading the value of the values of the elements correspondingly partial images to the memory of the processor device 22 for their subsequent processing. The distinctive propagation directions of the components of the (distinctive-angular) radiation are uniquely associated with the spatial positions of either the corresponding TS sources of an unscannable multi-element spatially distributed (MPR) radiation source, or with the spatial positions of any one TP of the source or several that it (or they) occupy during its mechanical scanning in the scanning plane 31 of the corresponding SNU 24 to form the corresponding partial image. The set of all possible distinctive spatial positions of TP sources form a spatial aperture of the corresponding spatially distributed radiation source, or a fixed aperture in the case of a multi-element spatially distributed (MPR) radiation source 82, or a synthesized aperture in the case of a scanned spatially distributed source (SPU) 24 of the radiation source , in the form of the corresponding two-dimensional matrix of spatial positions (shown in Fig. 25) of the corresponding TP Source.
В случае использования амплитудного модулирования для кодирования различных компонент, спектр каждой отдельной такой парциальной компоненты излучения будет состоять по крайней мере из спектральной компоненты на несущей частоте освещающего излучения и по крайней мере дополнительно из двух спектральных боковых компонент, возникающих в результате указанной модуляции, которые сдвинуты относительно основной - нулевой составляющей на величину частоты модуляции Ωmo . Эти сдвиги для боковых спектральных составляющих оказываются различными для различных ТП источников и соответствующих радиационных компонент. Диффузор разработан таким образом что интенсивность указанных составляющих - компонент излучения после их отражения этим диффузором оказывались равными по величине во всей области наблюдения (т.е. выполняется условие равномерного освещения объекта излучением указанной компонентой). На фиг. 25 схематично представлен многоэлементный пространственно- распределенный (МПР) источник излучения, характеризуемый пространственно-распределенными ТП источниками 28,83, расположенных на поверхности апертуры этого МПР источника в виде двумерной матрицы таких ТП источников, геометрически ролностью соответствует рассмотренной выше двумерной матрицы пространственных положений ее ТП источников (ГШТПИ) (конструктивно это могут быть ТП источники любой из выше рассмотренных реализаций), каждый из которых имеет собственную частоту AM модулирования Ωmod излучаемого им излучения (либо соответствующую разностную частоту, если используется дублетное кодирование ).In the case of using amplitude modulation to encode various components, the spectrum of each individual such partial radiation component will consist of at least a spectral component at the carrier frequency of the illuminating radiation and at least two additional spectral side components resulting from said modulation, which are shifted relative to the main component is the zero component by the value of the modulation frequency Ω mo . These shifts for the side spectral components turn out to be different for different TP sources and the corresponding radiation components. The diffuser is designed in such a way that the intensity of the indicated components — radiation components — after their reflection by this diffuser turned out to be equal in magnitude over the entire observation area (i.e., the condition for uniform illumination of the object by radiation by the specified component is fulfilled). In FIG. 25 is a schematic representation of a multi-element spatially distributed (MPR) radiation source characterized by spatially distributed TP sources 28.83 located on the aperture surface of this MPR source in the form a two-dimensional matrix such TP sources, geometrically rolnostyu corresponds discussed above two-dimensional array of spatial positions of its TA sources (GSHTPI) (structurally it can be TA sources of any of the above-discussed implementations), each of which has its own frequency AM modulation Ω mod emitted by them radiation (either corresponding difference frequency if doublet coding is used).
На фиг. 26 представлен спектр 233 одной из боковых полос результирующего (излученного всей матрицей ТП источников) составного излучения в зоне наблюдения в случае использования для кодирования различных компонент различительного амплитудного модулирования. Этот спектр состоит из практически непрерывно заполненного (благодаря соответствующему выбору частот соответствующих модулирующих сигналов) набора боковых спектральных линий (234,235) соответствующих парциальных компонент излучения, каждая из которых принята одним и тем же элементомIn FIG. 26 shows a spectrum 233 of one of the sidebands of the resulting composite radiation (emitted by the entire matrix of TP sources) in the observation zone when different components of the differential amplitude modulation are used for coding. This spectrum consists of an almost continuously filled (due to the appropriate choice of frequencies of the corresponding modulating signals) set of side spectral lines (234,235) of the corresponding partial radiation components, each of which is received by the same element
приемной матрицы (m, k) и величина каждой из которых ya' V™-k J соответствует усредненной по времени мощности (множитель пропорциональный времени усреднения T опущен здесь и далее, но предполагается его наличие как результат временного усреднения) одной из указанных выше парциальной компонент излучения, которая была излучена в сторону зоны наблюдения 6 объекта соответствующим ТП источником излучения из пространственной точки пространственно- распределенного источника излучения (СПУ или МПУ), характеризующегося индексами (i,j). При этом предполагается, что каждая такая компонента, характеризующаяся своим направлением распространения в зоне наблюдения 6 (каждая такая угловая компонента имеет свой собственный набор индексов (ij)), характеризуется собственной величиной другого отличительного физического признака или набором величин дополнительных физических признаков ( как обсуждалось выше), где t— индекс физического свойства ( например t=l означает несущую частоту излучения) Д- порядковый номер показывающий величину физического параметра или набора параметров например t=l, 1=1 может означать частоту величиной в 94 Ггц, t=2 1-1 компоненту с вертикальной линейной поляризацией). При этом число спектральных независимых линий типа 235, 234, для каждого параметра а'i может быть равно числу позиций ТП источников типа 28, 83 их позиций в апертуре соответствующего ПР источника излучения (СПУ или МПУ) в соответствующей матрицы пространственных позиций ТП источников, имеющей размерность элементов пространственных позиций (IxJ). Где I - число строк элементов этой матрице, J - число ее столбцов.. Величины этих спектральных компонент в зоне наблюдения до их взаимодействия с объектом , предпочтительно равны между собой (фиг. 26) благодаря конструктивному ПР источников, а значения интенсивности в каждой поверхности волнового фронта каждой компоненты в зоне наблюдения 6 также почти одинаковые, то есть зона наблюдения 6 освещается излучением каждой указанной компонентой равномерно.of the receiving matrix (m, k) and the value of each of which y a 'V ™ - k J corresponds to a time-averaged power (a factor proportional to the averaging time T is omitted hereinafter, but its presence is assumed as a result of time averaging) of one of the above partial the radiation component that was radiated towards the observation zone 6 of the object by the corresponding TS radiation source from the spatial point of the spatially distributed radiation source (SPU or MPU), characterized by indices (i, j). It is assumed that each such component, characterized by its propagation direction in the observation zone 6 (each such angular component has its own set of indices (ij)), is characterized by its own value of another distinctive physical feature or a set of values of additional physical features (as discussed above), where t is the index of the physical property (for example, t = l means the carrier frequency of the radiation) D is a serial number showing the value of a physical parameter or set of parameters, for example t = l, 1 = 1 can mean a frequency of 94 GHz, t = 2 1-1 component with vertical linear polarization). The number of spectral independent lines of type 235, 234, for each parameter a'i, can be equal to the number of positions of TP sources of type 28, 83 of their positions in the aperture of the corresponding PR of the radiation source (SPU or MPU) in the corresponding matrix of spatial positions of TP sources having dimension of spatial position elements (IxJ). Where I is the number of rows of elements of this matrix, J is the number of its columns .. The values of these spectral components in the observation zone before they interact with the object are preferably equal to each other (Fig. 26) due to the constructive PR of sources, and the intensity values in each wave surface the front of each component in the observation zone 6 is also almost the same, that is, the observation zone 6 is illuminated uniformly by the radiation of each indicated component.
Поэтому любые их относительные изменения после отражения от объекта 8 и человека 6 и попадания в соответствующие элементы 48 и/или 48,84 (на фиг.2 и фиг.15) соответствующих приемных устройств демонстрируют отличия в их отражения различными участками поверхности (в случае пластиковых предметов и внутренних точек) наблюдаемых объектов 8 и человека 6. Каждая отдельная пространственная компонента излучения имеет свой собственный угол распространения в зоне наблюдения. Здесь часть (или все) спектральные компоненты является компонентой рассеянной в зоне наблюдения излучения, разложенной по углу ее распространения в зоне распространения, поскольку такая компонента освещает объект из соответствующей пространственной точки апертуры ПР источника излучения . Области спектральной локализации в спектре таких компонент и области пространственной локализации соответствующих ТП источников в указанной апертуре генерацию этих компонент однозначно связаны друг с другом, что является определяющим при анализе обработке таких сигналов получаемых соответствующими приемными устройствами.Therefore, any of their relative changes after reflection from the object 8 and person 6 and falling into the corresponding elements 48 and / or 48.84 (in FIG. 2 and FIG. 15) of the corresponding receiving devices demonstrate differences in their reflection by different surface areas (in the case of plastic objects and internal points) of observed objects 8 and person 6. Each individual spatial component of radiation has its own propagation angle in the observation zone. Here, part (or all) of the spectral components is the component of the radiation scattered in the observation zone, decomposed by the angle of its propagation in the propagation zone, since such a component illuminates the object from the corresponding spatial point of the aperture of the radiation source PR. The spectral localization regions in the spectrum of such components and the spatial localization regions of the corresponding TP sources in the specified aperture the generation of these components are uniquely related to each other, which is crucial in the analysis of the processing of such signals received by the corresponding receiving devices.
На фиг. 27 показана тонкая структура 236 спектра сигнала в виде набора независимых упорядоченных и отличительных (т.е. преимущественно неперкрывающихся) спектральных линий, в том числе спектральные линии 234, 235 полученных в одном из каналах УЧПОС после приема сфокусированного многокомпонентного излучения связанным с ним соответствующим приемным элементом 48 в соответствующей пространственной точке ПРИз (после его отражения в соответствующей части зоны наблюдения 6 или, что тоже самое, в соответствующей порции поля зрения СФИ). Величина амплитуд каждой спектральной линии равны интенсивностям соответствующих разных компонент принятых ПУ в рассматриваемый точке ПРИз. Набор всех пространственных положений приемных элементов в апертуре приемного устройства в ПРИз, в том числе приемного (приемных) элeмeнтa(oв) сканируемого приемного устройства или несканируемых приемных элементов приемной матрицы многоэлементного приемного устройства, необходимых для формирования всех различных элементов соответствующего парциального изображения, образует двумерную матрицу пространственных положений приемных элементов (ПППЭ) в апертуре приемного устройства которая структурно эквивалента соответствующей двумерной матрице элементов (соответствующего) парциального изображения (ЭПИ). Система может трансформировать спектр подавляя зеркальные составляющие или меняя взаимные амплитуды в соответствии с выбранными критериями. Один из таких трансформированных спектров, показан на фиг.28, который получен из спектра, показанного на фиг. 27. соотношения Позиция каждого элемента изображения в такой матрице ЭПИ, а также соответствующая пространственное положения соответствующего приемного элемента в ПРИз или, другими словами в матрице ПППЭ, характеризуется индексами (m,k), а соответствующие матрицы ЭПИ и IJi ШЭ имеют подобные структуры и равные размерности (M5K). В данном случае компоненты излучения были приняты приемным элементов, находящимся в точке ПРИз, характеризуемой индексами (1,4) матрицы ШJilЭ и теми же индексами (1,4) матрицы ЭПИ. В случае использования многоэлементной приемной матрицы при формировании парциальных изображений объектов зоны наблюдения 8 этот приемный элемент имеет фиксированную пространственную позицию с индексами (1, 4) т.е. расположен в 1 строке и 4 столбце приемной матрицы). На фиг. 27 для иллюстрации выделены одна интенсивная «зepкaльнaя» спектральная компонента 234, ассоциированная с ТП источником 28 (в матричном представлении ПР источника - этот элемент имеет позицию (3, 3) т.е. расположен в 3 строке и 3 столбце матрицы пространственных позиций ТП источников) и слабая «диффyзнaя» спектральная компонента 235, ассоциированная с ТП источником 83, характеризующимся положением в матрице пространственных позиций (20,2). Максимальное значение величины каждой из спектральных линий, соответствует (или равна, если используется процедура калибровки принимаемых сигналов для определения абсолютных величин интенсивности принимаемых компонент излучения) величины интенсивности соответствующей отличительной принятой компоненты излучения.In FIG. 27 shows the fine structure 236 of the signal spectrum in the form of a set of independent ordered and distinctive (i.e., mainly non-overlapping) spectral lines, including spectral lines 234, 235 received in one of the UCHPOS channels after receiving focused multicomponent radiation with the corresponding corresponding receiving element 48 at the corresponding spatial point of the Priz (after its reflection in the corresponding part of the observation zone 6 or, what is the same, in the corresponding portion of the SFI field of view). The magnitudes of the amplitudes of each spectral line are equal to the intensities of the corresponding different components of the received PUs at the considered PRIZ point. A set of all spatial positions of the receiving elements in the aperture of the receiving device in Priz, including the receiving (receiving) element (s) of the scanned receiving device or unscanned receiving elements of the receiving matrix of the multi-element receiving device, necessary for the formation of all the various elements of the corresponding partial image, forms a two-dimensional matrix spatial position of the receiving elements (PPE) in the aperture of the receiving device which is structurally equivalent to the corresponding two-dimensional th matrix of elements of the (corresponding) partial image (EPI). The system can transform the spectrum by suppressing the mirror components or by changing mutual amplitudes in accordance with the selected criteria. One of such transformed spectra is shown in FIG. 28, which is obtained from the spectrum shown in FIG. 27. Relationships The position of each image element in such an EPI matrix, as well as the corresponding spatial position of the corresponding receiving element in the PRIZ or, in other words, in the PES matrix, is characterized by indices (m, k), and the corresponding EPI and IJi SEM matrices have similar structures and equal dimensions (M 5 K). In this case, the radiation components were taken by the receiving elements located at the point PRIZ characterized by the indices (1,4) of the matrix ШJilЭ and the same indices (1,4) of the EPI matrix. In the case of using a multi-element receiving matrix when forming partial images of objects of the observation zone 8, this receiving element has a fixed spatial position with indices (1, 4) i.e. located in 1 row and 4 column of the receiving matrix). In FIG. 27, for illustration, one intense “mirror” spectral component 234 is identified, associated with the TS source 28 (in the matrix representation of the PR source - this element has position (3, 3), i.e. it is located in the 3rd row and column 3 of the matrix of spatial positions of the TP sources ) and a weak “diffuse” spectral component 235 associated with the TP source 83, characterized by the position in the matrix of spatial positions (20.2). The maximum value of the magnitude of each of the spectral lines corresponds to (or is equal to, if the calibration procedure for the received signals is used to determine the absolute values of the intensity of the received radiation components) the intensity value of the corresponding distinctive received radiation component.
Для более четкого графического отображения особенностей распределение 236 спектральных линий декодированных сигналов 234,235 (из сигнала принятого только одним элементом 48 приемного устройства) введена двумерная матрица - диаграмма 237 (фиг. 29) этих спектральных линий структурно-подобна матрице ППТПИ для соответствующего ПР источника излучения ТП источники которого и ответственны за появления соответствующих спектральных составляющих. Спектр 236 (фиг. 27) сигнала приемного элемента (с позицией (1, 4) в матричной нотации) преобразовывается в матрицу диаграмму 237, таким образом, что каждая спектральная линия 234, 235 из спектра 236 занимают такую матричную позицию в матрице диаграмме 237, которую занимает тот элемент матрицы- ПР источника ППТПИ (который и создал эту спектральную линию (создал посредством отличительного излучения излучения). Таким образом внешний вид диаграммы-матрицы 237 позволяет однозначно оценивать вклад различных ТП источников в формировании составного излучения для данного приемного элемента (1,4) и элоементов соответствующих парциальных изображений . Аналогичные диаграммы-матрицы возникают для любых и всех элементов приемной матрицы. Таким образом объем многопараметрических изображений получаемых приемной матрицей размерностью (M, N) при освещении объекта 8 излучением ITP источника с матрицей ППТПИ размерностью (I5J)5 это матрица (MxN) наборов матрицдиаграмм наждая из которых имеет paзмepнocть(I,J). При больших размерностях обеих матриц источника и приемника излучений это огромный объем информации, равный произведению MXNXIXJXY, где Y - количество байт соответствующим цифровому представлению величины спектральной мощности в памяти компьютера.For a clearer graphic representation of the features, the distribution of 236 spectral lines of the decoded signals 234,235 (from the signal received by only one element 48 of the receiving device) introduced a two-dimensional matrix - a diagram 237 (Fig. 29) of these spectral lines is structurally similar to the PPTPI matrix for the corresponding PR radiation source TP sources which are responsible for the appearance of the corresponding spectral components. Spectrum 236 (Fig. 27) of the signal of the receiving element (with position (1, 4) in matrix notation) is transformed into a matrix diagram 237, so that each spectral line 234, 235 of of spectrum 236 occupy such a matrix position in the matrix of diagram 237, which is occupied by that element of the matrix of the PR of the PPTI source (which created this spectral line (created by means of distinctive radiation of radiation). Thus, the appearance of the matrix diagram 237 allows one to unambiguously assess the contribution of various TS sources in the formation of composite radiation for a given receiving element (1.4) and the elements of the corresponding partial images. Similar matrix diagrams arise for any and all elements of the receiving matrix . Thus the amount of multiparameter images received by the receiving matrices of dimension (M, N) when the subject 8 radiation ITP source with matrix PPTPI dimension (I 5 J) 5 a matrix (MxN) sets matritsdiagramm Najd having pazmepnoct (I, J). With the large dimensions of both matrices of the radiation source and receiver, this is a huge amount of information equal to the product MXNXIXJXY, where Y is the number of bytes corresponding to the digital representation of the spectral power in the computer's memory.
По сути матрица-диаграмма - это набор независимых сигнальныхIn essence, a matrix diagram is a set of independent signal
компонентов Ц ' ч ya' Vy'k j содержащихся в сигнале соответствующегоcomponents C ' h y a ' V y ' k j contained in the signal of the corresponding
приемного элемента (m,k) (или его пространственной позиции в случае его сканирования в плоскости изображений), порождаемых различными участками диффузора с размерностью. (I5J) при подсвечивании его пучком излучения с определенным набором физических параметров аf , причем при другом значении параметра af+1 порождается новая матрица- диаграмма, соответствующая новому значению физического параметра (или их набора) подсвечивающего диффузор излучения. Формирование парциальных изображений, каждый элемент которого сформирован излучением с ограниченным, но характерным набором физических параметров подсвечивающего объект излучения, можно осуществить путем целенаправленного выбора соответствующих компонент |α/ ^rm,k j или взвешенных сумм из соответствующих наборов 238,239 для соответствующего элемента изображения (или соответствующего приемного элемента) такого изображения В зависимости от сделанного выбора парциальные изображения могут получаться пространственно когерентными и монохроматическими, пространственно некогерентными и монохроматическими, или например пространственно-когерентными но полихроматическими, или наконец «бeлыми», или и то и другое, но подсвечиваемыми преимущественно под определенным углом к их поверхности и т.д. (выбор может осуществляться в соответствие с выше описанным формализмом. Такие парциальные изображения каждое по себе может нести дополнительную отличительную информацию о наблюдаемом объекте (например, на разных частотах могут подчеркиваться различные детали его поверхности или при подсвечивании под разными углами т.д.) . При этом такие парциальные изображения могут быть получены и аппаратным путем, когда образование указанных сумм из группыreceiving element (m, k) (or its spatial position if it is scanned in the image plane) generated by different sections of the diffuser with dimension. (I 5 J) when it is illuminated by a radiation beam with a certain set of physical parameters af, and with a different value of the parameter af +1, a new matrix diagram is generated corresponding to the new value of the physical parameter (or their set) of the radiation illuminating the diffuser. The formation of partial images, each element of which is formed by radiation with a limited but characteristic set of physical parameters of the radiation illuminating the object, can be achieved by targeted selection of the appropriate components | α / ^ rm, k j or weighted sums from the corresponding sets 238,239 for the corresponding image element (or corresponding receiving element) of such an image Depending on the choice made, partial images can be obtained spatially coherent and monochromatic, spatially incoherent and monochromatic, or for example spatially coherent but polychromatic, or finally “white”, or both, but highlighted mainly at a certain angle to their surface, etc. (the choice can be made in accordance with the formalism described above. Such partial images, each by itself, can provide additional distinctive information about the observed object (for example, different details of its surface can be emphasized at different frequencies or when highlighted at different angles, etc.). Moreover, such partial images can also be obtained by hardware, when the formation of the indicated sums from the group
соответствующих компонент ["' Vy'k J , (как обсуждалось выше в каждом приемнике-элементе изображения может осуществляется на уровне аппаратной реализации. Последующее комбинирование образованных парциальных изображений (аппаратно или программно) с формированием их суммарного изображения с устранением (или уменьшения их высокого коэффициента) мешающих парциальных изображений с высоким уровнем шума (или их фрагментов вплоть до отдельных пикселей) из общей взвешенной суммы парциальных изображений можно рассматривать как наиболее простую, но эффективную реализацию процедур комбинированияthe corresponding components ["'V y ' k J, (as discussed above in each receiver-image element can be implemented at the hardware implementation level. Subsequent combination of the formed partial images (hardware or software) with the formation of their total image with elimination (or reduction of their high coefficient) of interfering partial images with a high noise level (or fragments of them up to individual pixels) from the total weighted sum of partial images can be considered as the simplest but effective implementation of combination procedures
Любые относительны изменения в амплитудах указанных радиационных компонент, которые рассеяны каждой отдельной точкой поверхности (и/или внутренней точкой) объекта будет строго определяться рассевающими характеристиками этого объекта в этой точке для каждого набора параметров подсвечивающего излучения. Некоторые из таких компонент могут быть зеркально отражены от этой точки (благодаря зеркальному отражению при определенных углах падения, так называемый глинт эффект) и представляют собой очень сильные сигналы на выходе элемента приемной матрицы. Из спектра можно легко определить, что зеркальные отражения вызваны элементами, имеющими соответствующие частоты модуляции.Any relative changes in the amplitudes of the indicated radiation components that are scattered by each individual point on the surface (and / or internal point) of the object will be strictly determined by the scattering characteristics of this object at this point for each set of parameters of the illuminating radiation. Some of these components can be mirrored from this point (due to specular reflection at certain angles of incidence, the so-called glint effect) and represent very strong signals at the output of the receiving matrix element. From the spectrum, it can be easily determined that mirror reflections are caused by elements having corresponding modulation frequencies.
В простейшем варианте предложенной методики такие разрушающие сигналы могут быть просто удалены или извлечены на этане обработки сигналов. Возможность выборочного извлечения разрушающих сигналов без какого-либо влияния на другие информационные сигналы изображения (даже только для одного пикселя такого изображения) является базовым свойством этой новейшей ММВ/СММВ СФИ который создает новые реальности для процедур формирования изображений.In the simplest version of the proposed methodology, such destructive signals can be simply removed or extracted on the signal processing ethane. The ability to selectively extract destructive signals without any effect on other image information signals (even for only one pixel of such an image) is a basic property of this latest MMV / SMMV SFI which creates new realities for image formation procedures.
На фиг. 28 и фиг. 30 показано распределение спектральной мощности кодированных сигналов излучения в составном сигнале рассматриваемого приемного элемента 49 (или состава величин интенсивностей для данного индекса элементов соответствующих парциальных изображений) приемной матрицы после удаления мешающих зеркальных величин и некоторой коррекции других величин интенсивностей для соответствующих угловых компонент излучения (включая 234), которая может быть выполнено процессором 22. Неравномерность величин спектральных компонент связана с физически обоснованной спекловой структурой наблюдаемых соответствующих парциальных, однако отклонения таких величин о некоторого среднего значения оказываются равными, что и обеспечивает высокое качество получаемого изображения после использования таких спектральных линий для его синтеза. Если при этом зона наблюдения 6 подсвечивается излучением в котором одному значению пространственного распространения в зоне наблюдения могут соответствовать несколько дополнительных компонент с отличительными значениями их других физических параметров (разными значениями частот, видов поляризации и т.д.) и компоненты при этом кодируемы либо испускаются последовательно во времени (либо любым другим образом, указанном выше, то порождаемый СФИ объем отличительной информации об объектах и человеке в зоне наблюдения 6 быстро нарастает и может быть представлен для каждой пространственного положения приемного элемента в ПРИз или, в каждом элементе, соответственно, в матрицы ПППЭ, в виде набора матриц- диаграмм 239 , каждая из которых характеризуется своим новым значением величины дополнительного физического параметра отличительной компоненты ( например для частоты излучения 94 Ггц - добавляется одна новая диаграмма-матрица, для частоты 95 Ггц - добавляется следующая диаграмма-матрица и т.д.). Такой набор появляется для любого элемента приемной матрицы в любом его пространственном положении в ПРИз.In FIG. 28 and FIG. 30 shows the distribution of the spectral power of the encoded radiation signals in the composite signal of the receiving element 49 (or the composition of intensities for a given index of elements of the corresponding partial images) of the receiving matrix after removing interfering mirror values and some correction of other intensities for the corresponding angular components of the radiation (including 234) , which can be performed by the processor 22. The unevenness of the values of the spectral components is physically related due to the speckle structure of the observed corresponding partial ones, however, the deviations of such values about a certain average value turn out to be equal, which ensures high quality of the resulting image after using such spectral lines for its synthesis. If at the same time the observation zone 6 is highlighted by radiation in which one value of the spatial distribution in the zone observations can correspond to several additional components with distinctive values of their other physical parameters (different frequencies, types of polarization, etc.) and the components are encoded or emitted sequentially in time (or in any other way indicated above, then the amount of distinctive information about objects and a person in the observation zone 6 is rapidly growing and can be represented for each spatial position of the receiving element in PRIZ or, in each element, respectively , in matrices of PESE, in the form of a set of matrix diagrams 239, each of which is characterized by its new value of the value of the additional physical parameter of the distinguishing component (for example, for a radiation frequency of 94 GHz - one new matrix diagram is added, for a frequency of 95 GHz - the following diagram is added - matrix, etc.). Such a set appears for any element of the receiving matrix in any spatial position in Priz.
. Такой объем информации дает расширенные вычислительные возможности по анализу параметров объекта и его поверхности а также получения качественных изображений любого типа и физического воплощения (пространственно-некогерентные монохроматические, квазимонохроматические пространственно когерентные, «бeлыe» и т.д. ).. Such a volume of information provides expanded computational capabilities for analyzing the parameters of an object and its surface, as well as for obtaining high-quality images of any type and physical embodiment (spatially incoherent monochromatic, quasi-monochromatic spatially coherent, “white”, etc.).
Могут выявляться уникальные свойства объектов недоступные из анализа обычных изображений. Например большой объем визуальной информации позволяет выявлять структурные параметры поверхности из анализа составных когерентных изображений . частности известно что спеклы «дышaт» при изменении параметров когерентны изображений причем в каждом пикселе изображения по разному в зависимости от глубины ее неровностей в данной точке. Анализируя характеристики такого изменения в зависимости от положения точечного источника - диффузорного элемента и длины волны можно оценить как угол наклона (глубину неровностей) и даже направление наклона, в случае его крупно масштабности. Используя такую статистическую информацию по всему многопараметрическому объему можно с высокой достоверностью описать рельеф поверхности объекта или даже его внутреннюю структуру (при прозрачности в MM диапазоне его материала, например в случае пластикового огнестрельного оружия) Важно, что изменения угла подсвета будет по разному менять амплитуду спеклов в разных точках парциального изображения, поскольку глубина неровностей соответствующих участков поверхности объекта разная. Вот почему необходимо осуществлять анализ парциальных изображений независимо для каждого из соответствующих элементов и осуществлять суммирования парциальных изображений в общем случае по разному для разных элементов синтезированного излучения. То же верно и для комбинирования изображений их фрагментов , отличающихся по частоте и т.д. Понятно, что число возможных процедур оптимальной обработки и последующего синтезирования результантных изображений стремительно увеличивается с ростом объема информации, которое может быть получено на основе предложенного метода.Unique properties of objects that are inaccessible from the analysis of ordinary images can be detected. For example, a large amount of visual information allows you to identify structural parameters of the surface from the analysis of composite coherent images. In particular, it is known that speckles “breathe” when the parameters are changed, the images are coherent with each image pixel differently depending on the depth of its irregularities at a given point. By analyzing the characteristics of such a change depending on the position of the point source — the diffuser element and the wavelength, it can be estimated as the angle of inclination (the depth of the irregularities) and even the direction of the inclination, if it is large scale. Using such statistical information over the entire multiparameter volume, it is possible to describe with high accuracy the surface relief of the object or even its internal structure (with transparency in the MM range of its material, for example, in the case of plastic firearms) It is important that changing the angle of illumination will change the speckle amplitude in different ways different points of the partial image, since the depth of the roughness of the corresponding sections of the surface of the object is different. That is why it is necessary to analyze partial images independently for each of the corresponding elements and summarize partial images in the general case differently for different elements of the synthesized radiation. The same is true for combining images of their fragments that differ in frequency, etc. It is clear that the number of possible procedures for optimal processing and subsequent synthesis of the resulting images is rapidly increasing with the growth of the amount of information that can be obtained on the basis of the proposed method.
Чтобы продемонстрировать возможности предлагаемого подхода в синтезе изображений высокого качества на фиг. 31 показаны результаты численного моделирования процедуры формирования результантных изображений и улучшения их качества посредством минимизации влияния мешающих парциальных изображений в при их накоплении в результатном синтезированном изображении. При моделировании вид изображений выбран, исходя из вероятного вида соответствующих парциальных изображений, однако процедуры их полного или частичного накопления выполнены точно посредством численного моделирования.To demonstrate the capabilities of the proposed approach in the synthesis of high quality images in FIG. Figure 31 shows the results of numerical modeling of the procedure for generating resultant images and improving their quality by minimizing the effect of interfering partial images in their accumulation in the resulting synthesized image. When modeling, the type of images is selected based on the probable type of the corresponding partial images, however, the procedures for their complete or partial accumulation are performed exactly by numerical simulation.
Семь парциальных изображений 240-246 (фиг. 31) могут быть получены, например в схеме освещения семью независимо кодируемыми пучками излучения из семи точек апертуры ПР источника В этом случае каждый такой пучок формирует свое собственное парциальное изображение 240, 241 (характеризуемое собственным средним углом подсвета объекта), которые могут быть получены одновременно приемным устройством ПУ в силу их отличительного кодирования.Seven partial images 240-246 (Fig. 31) can be obtained, for example, in a lighting scheme with seven independently coded radiation beams from seven points of the PR source aperture. In this case, each such beam forms its own partial image 240, 241 (characterized by its own average angle of illumination of the object), which can be obtained simultaneously by the receiving device PU due to their distinctive coding.
В этом случае возможные результатные изображения описываются формулой (7) где коэффициент взвешивания может быть в принципе разным для компонент составного изображения (7) внутри каждого элемента результатного (комбинированного) изображения.In this case, the possible resulting images are described by the formula (7) where the weighting coefficient can be fundamentally different for the components of the composite image (7) inside each element of the resulting (combined) image.
Условно шумоподобные мешающие парциальные изображения 240 и 246 могут возникать при освещении объекта 8 парциальными компонентами излучения 247 падающими на объект под соответствующими углами подсвета, из-за сильных отражений этих компонент от поверхности маскирующей объект 8 одежды 9 одежды индивидуума 7 или по другим причинам фиг. 32.Conditionally noise-like interfering partial images 240 and 246 can occur when an object 8 is illuminated with partial radiation components 247 incident on the object at the corresponding illumination angles, due to strong reflections of these components from the surface of the clothing 8 masking the object 8 of the clothes of the individual 7 or for other reasons of FIG. 32.
Усредненная матрица-диаграмма 248 (полученная в результате усреднений описанных выше матриц- диаграмм для отдельных элементов парциального изображения по всему набору этих элементов соответствующего парциального изображения условно демонстрирует разницу в средних энергиях парциальных изображений 240-246. При этом элемент матрицы- диаграммы (1,1) 249 соответствует средней энергии изображений 240, а элемент (3,2) в 250 средней энергии изображения 246.The averaged matrix diagram 248 (obtained as a result of averaging the matrix diagrams described above for individual partial image elements over the entire set of these elements of the corresponding partial image conditionally demonstrates the difference in the average energies of the partial images 240-246. In this case, the matrix diagram element (1.1 ) 249 corresponds to the average energy of the images 240, and the element (3.2) in 250 the average energy of the image 246.
На фиг. 33 показано классическое результатное изображение 251, которое будет получено радиометрическим приемником, не имеющего декодирующего электронного блока Результатное изображение 251, если использовать формализм формулы (7), получается в случае, когда взвешенные коэффициенты для каждого парциального изображения и каждого элемента внутри отдельных парциальных изображений одни и те же (или другими словами, прямым не взвешенным суммированием всех парциальных изображений 240-246, включая и мешающие 240 и 246). В этом случае шум на изображениях 240 и 246 аддитивно добавляется к изображениям объекта на парциальных изображениях 241-245 (которые в свою очередь также могут быть искажены по другим причинам (частичная пространственная когерентность из-за ограниченности ширины соответствующего пучка излучения), но при суммировании дадут хорошее изображение)In FIG. 33 shows the classic result image 251, which will be obtained by a radiometric receiver that does not have a decoding electronic unit. The result image 251, using the formalism of formula (7), is obtained when the weighted coefficients for each partial image and each element inside separate partial images are the same the same ones (or in other words, by a direct, non-weighted summation of all partial images 240-246, including interfering 240 and 246 images). In this case, the noise in images 240 and 246 is additively added to the images of the object in partial images 241-245 (which in turn can also be distorted for other reasons (partial spatial coherence due to the limited width of the corresponding radiation beam), but when summed they will give a good image)
Это по сути классическое формирование изображения любым из ранее известных методов использующий классический радиометрический поход пассивного формирования изображений или активного, но с простым разрушением пространственной когерентности излучения. Другими словами такое изображение будет наблюдаться в классической радиометрической системе формирования изображений. Таким образом, любая радиометрическая система может получать и визуализировать только однопараметрические изображения вида 251, которые в сложных условиях маскирования объекта 9 дадут изображения заведомо плохого качества.This is essentially classical imaging by any of the previously known methods using the classic radiometric approach of passive imaging or active, but with a simple destruction of the spatial coherence of the radiation. In other words, such an image will be observed in a classical radiometric imaging system. Thus, any radiometric system can receive and visualize only one-parameter images of the form 251, which under difficult masking conditions of the object 9 will produce images of obviously poor quality.
В то время как предлагаемая система формирует набор много параметрических изображений вида 252 в виде набора-стека парциальных изображений, каждое из которых характеризуется своим параметром формирующего его излучения.While the proposed system forms a set of many parametric images of the form 252 in the form of a set-stack of partial images, each of which is characterized by its parameter of the radiation forming it.
Наконец синтезированное, повышенного качество изображение будет получено в результате формирования нового стека 253 суммируемых парциальных изображений путем удаления «дecтpyктивныx» изображений 240 и 246 из стека 252 (изображения 240-246). Суммирование нового стека приводит к изображению принципиально нового качества с отчетливо распознаваемым изображением.Finally, a synthesized, improved image will be obtained as a result of the formation of a new stack of 253 summable partial images by removing the “destructive” images 240 and 246 from the stack 252 (images 240-246). Summing a new stack leads to an image of a fundamentally new quality with a clearly recognizable image.
Наконец, может быть реализована схема генератора BKC по фиг. 34, в котором ведущим (который может быть использован как источник гетеродинного сигнала для смесителя 160 (фиг. 18), который работает в его основном режиме (не в режиме субгармонического смесителя) используется относительно мощный источник MM излучения 183 (ЛОВ, диод Ганна и т.д.), а ведомые генераторы, входящие в состав парного генератора BKC 255 (функционально эквивалентного блоку (фиг. 17) - это генераторы более низкой, например, СВЧ частоты, которые могут быть реализованы по технологии, например, ЖИГ генераторов, легко управляемых и перестраиваемых в широком диапазоне 8-16 ГГц. Сигналы генераторов меньших частот (СВЧ) переводятся в этом случае в диапазон частот ведущего генератора посредством соответствующих умножителей частот с соответствующим коэффициентом умножения.Finally, the circuit of the BKC generator of FIG. 34, in which the master (which can be used as a source of a heterodyne signal for mixer 160 (Fig. 18), which operates in its main mode (not in the mode of a subharmonic mixer), uses a relatively powerful source of MM radiation 183 (BWT, Gunn diode, etc.) .d.), and the slave generators that make up the BKC 255 paired generator (functionally equivalent to the unit (Fig. 17) are generators of a lower, for example, microwave frequency, which can be implemented by technology, for example, YIG generators, easily controlled and tunable in a wide range of 8-16 GHz. The signals of the lower frequency generators (UHF) are then transferred to the frequency range of the master oscillator by means of the corresponding frequency multipliers with the corresponding multiplication factor.
Поэтому в этом случае сигналы парных связанных генераторов 108, 109 (фиг. 17) объединенного второго блока 255 (фиг. 34) (который функционально и схематически полностью совпадает с блоком 147 по фиг. 17) через выходы 256, 257 (фиг.34), соответствующим выходам 128, 129 этого блока 147, представленного на фиг. 17, подаются соответственно на входы умножителей частот 258, 259.Therefore, in this case, the signals of paired coupled generators 108, 109 (Fig. 17) of the combined second block 255 (Fig. 34) (which functionally and schematically completely coincides with the block 147 of Fig. 17) through the outputs 256, 257 (Fig. 34) corresponding outputs 128, 129 of this block 147 shown in FIG. 17 are supplied respectively to the inputs of frequency multipliers 258, 259.
И их частоты (сигналов генераторов 108, 109) независимо умножаются указанными умножителями 258, 259 до значения частоты ведущего третьего генератора 183, при этом один умноженный сигнал с выхода умножителя 259 используется далее по своему назначению в схеме подсвета посредством излучения через антенну 206; одна часть другого умноженного сигнала разделенного направленным ответвителем 260 может использоваться в схеме освещения, другая же его часть другого после направленного ответвителя 260 подается на умножитель 258 и после умножения частоты с фактором N (а также после последующей фильтрации умноженного сигнала полосовым фильтром для выделения умноженной частоты с требуемым фактором умножения - этот фильтр на схеме не указан, как такой фильтр не будет указываться далее, хотя его присутствие будет подразумеваться) подается в блок 261, регулирования частоты ГУНа 108. Блок 261 функционально и схематически эквивалентен блоку 142 по фиг. 17, при этом его входы 262, 263, 264 эквивалентны соответственно входам 144, 145, 146 блока 142 по фиг. 17, а его выход 267 соответствует выходу 143 блока 142 по фиг.17.And their frequencies (signals of the generators 108, 109) are independently multiplied by the indicated multipliers 258, 259 to the frequency of the leading third generator 183, while one multiplied signal from the output of the multiplier 259 is used further for its purpose in the backlight circuit through radiation through the antenna 206; one part of the other multiplied signal separated by the directional coupler 260 can be used in the lighting circuit, while another part of the other after the directional coupler 260 is fed to the multiplier 258 and after multiplying the frequency with factor N (and also after filtering the multiplied signal with a band-pass filter to extract the multiplied frequency with the required multiplication factor - this filter is not indicated on the diagram, as such a filter will not be indicated below, although its presence will be implied) is fed to block 261, regulated the frequency of the VCO 108. Block 261 is functionally and schematically equivalent to block 142 of FIG. 17, while its inputs 262, 263, 264 are equivalent to the inputs 144, 145, 146 of block 142 of FIG. 17, and its output 267 corresponds to the output 143 of block 142 of FIG.
Меньшая же часть сигнала умноженной частоты (через фильтр, не показанный на схеме, выделяющий сигнал умноженной частоты) с соответствующего выхода умножителя 258 подается в блок 261, (предназначенный для регулирования фазы сигнала одного из генераторов 108 блока 255, который является аналогом блока 147) фиг. 34, на один из его входов 262 (эквивалентный одному из смесительных входов 145 блока 142 по фиг. 17). На другой вход 263 (эквивалентному входу 144 блока 142 по фиг. 17) посредством направленного ответвителя 265 подается меньшая часть энергии сигнала ведущего генератора 183, на вход 264 (соответствующий входу 145 блока 142 по фиг. 17) подается сигнал опорного генератора 266 (аналог блока 122 по фиг. 17). С выхода 267 (аналог 143 для блока 142 по фиг. 17) сигнал ошибки, пропорциональный величине фазового рассогласования между сигналом опорного генератора 266 и разностным сигналом умноженного сигнала генератора 108 блока 255 ( аналог блока 147) и сигнала ведущего генератора 183, подается на вход 268 318 блока 255, являющийся входом управляющего электрода ГУНа 108 (в этой схеме оба генератора 108, 109 являются ГУНами) (см. фиг. 17). Сигнал ошибки после воздействия на управляющий электрод ГУНа 108 приводит к уменьшению указанного фазового рассогласования между указанными сигналами вплоть до полной ликвидации этого рассогласования и достижения их фазового синхронизма.The smaller part of the signal of the multiplied frequency (through a filter, not shown in the diagram, emitting the signal of the multiplied frequency) from the corresponding output of the multiplier 258 is fed to block 261, (designed to control the phase of the signal of one of the generators 108 of block 255, which is an analog of block 147) of FIG. 34, to one of its inputs 262 (equivalent to one of the mixing inputs 145 of block 142 of FIG. 17). At the other input 263 (equivalent to the input 144 of the block 142 in Fig. 17), a smaller part of the signal energy of the master oscillator 183 is supplied through the directional coupler 265, and the signal 266 (an analog of the block) is input to the input 264 (corresponding to the input 145 of the block 142 in Fig. 17) 122 of Fig. 17). From output 267 (analogue 143 for block 142 of FIG. 17), an error signal proportional to the phase error between the signal of reference oscillator 266 and the difference signal of the multiplied signal of generator 108 of block 255 (analogue of block 147) and the signal of master generator 183 is fed to input 268 318 of block 255, which is the input of the control electrode of the VCO 108 (in this circuit both generators 108, 109 are VCOs) (see Fig. 17). The error signal after exposure to the control electrode of the VCO 108 leads to a decrease in the indicated phase mismatch between the indicated signals until the complete elimination of this mismatch and the achievement of their phase synchronism.
При этом частота генератора 108 в N раз меньше, чем частота ведущего генератора 183, N- фактор умножения частоты умножителей 258, 259 Поскольку блок 255 обеспечивает фазовый синхронизм между разностным сигналом сигналов генераторов 108 , 109 и опорного сигнала опорного генератора 122, то N-ая гармоника сигнала генератора 109 на выходе умножителя 259 оказывается в состоянии фазового синхронизма, при котором разностный сигнал между сигналами на выходе умножителя 259 и на выходе генератора 183 обладает спектральной чистотой сигналов опорных генераторов 266 и 122 При этом основная часть сигнала генератора 183 через вентиль 270 подается на вход излучающей антенны 208 и далее в зону освещения В более простой схеме фиг. 35, в которой на место блока 261The frequency of the generator 108 is N times smaller than the frequency of the master oscillator 183, N is the factor of multiplying the frequency of the multipliers 258, 259 Since block 255 provides phase synchronism between the difference signal of the signals of the generators 108, 109 and the reference signal of the reference generator 122, then the Nth the harmonic of the signal of the generator 109 at the output of the multiplier 259 is in a phase synchronism state, in which the difference signal between the signals at the output of the multiplier 259 and the output of the generator 183 has a spectral purity of the signals of the reference generators 266 and 122 When the main part of the signal generator 183 through gate 270 is input to a radiating antenna 208, and further into the coverage area in a simpler diagram of Fig. 35, in which the place of block 261
(эквивалентного блоку 142 фиг.17) помещен блок 138 (полностью описанный в связи с фиг 17), при этом удален из схемы за ненадобностью блоки 266 и 269 . На входы 140 , 141 фазового детектора блока 138 являющихся входами фазового детектора, входящего в блок 138 (или, что эквивалентно входам 118 , 121 фазового детектора 119 , входящего в состав блока 138 фиг.17) подаются: соответственно на вход 140 умноженный сигнал генератора 108 с выхода умножителя 258 ( через фильтр, не показанный на схеме), а на вход 141 подается сигнал генератора 183 через направленный ответвитель 265 . На выходе 139 блока 138 получают сигнал ошибки - сигнал фазового рассогласования между указанными сигналами, поданными на входы 140, 141 . Сигнал ошибки с выхода 139 блока 138 подается на управляющий электрод 268 ГУНа , находящегося в составе блока 255 (полностью эквивалентный блоку 147 фиг.17 ). В этой более простой схеме разностный сигнал между сигналом ведущего генератора 183 и сигналом на выходе умножителя 259 фазово синхронизован (находится в фазе с сигналом генератора 122) генератором 122 . При том эта фазовая синхронизация осуществляется парой ведомых генераторов 108, 109 гораздо более низкой частоты (что проще технически), чем более мощный ведущий MM (или CMM) генератор 183. Выход умножителя 259 (через фильтр , не показанный на схеме) сигнал подается на вход антенны 206 и через нее в свободное пространство. При этом основная часть сигнала генератора 183 через вентиль 270 подается на вход излучающей антенны 208 и далее в зону освещения(equivalent to block 142 of FIG. 17) placed block 138 (fully described in connection with Fig 17), while removed from the circuit as unnecessary blocks 266 and 269. The inputs 140, 141 of the phase detector of the block 138 which are the inputs of the phase detector included in the block 138 (or, which is equivalent to the inputs 118, 121 of the phase detector 119, which is part of the block 138 of FIG. 17) are supplied: respectively, the input of the multiplied signal of the generator 108 from the output of the multiplier 258 (through a filter not shown in the diagram), and to the input 141 the signal of the generator 183 is supplied through the directional coupler 265. At the output 139 of block 138, an error signal is obtained — a phase mismatch signal between the indicated signals supplied to the inputs 140, 141. The error signal from the output 139 of the block 138 is supplied to the control electrode 268 of the VCO located in the block 255 (completely equivalent to the block 147 of Fig. 17). In this simpler scheme, the difference signal between the signal of the master oscillator 183 and the signal at the output of the multiplier 259 is phase-synchronized (in phase with the signal of the generator 122) by the generator 122. Moreover, this phase synchronization is carried out by a pair of slave generators 108, 109 of a much lower frequency (which is technically simpler) than the more powerful master MM (or CMM) generator 183. The output of multiplier 259 (through a filter not shown in the diagram) is fed to the input antennas 206 and through it into free space. In this case, the main part of the signal of the generator 183 through the valve 270 is fed to the input of the radiating antenna 208 and then to the lighting zone
Понятно, что в схеме может быть добавлен еще один (не только один) парный генератор вида 255, выходы которого нагружены умножителями типа 258, 259 с петлей обратной связи с ФАПЧ блоком типа 138. Указанное фазирование сигналов парного генератора сигналом ведущего генератора 183 может организована по аналогии со схемой по фиг. 21 (через направленные ответвители 184 , 187 , 188 и волноведущий канал 185 282. Основное преимущество двух вариантов рассмотренной последней схемы ГКВС заключается в возможности подачи сигналов СВЧ генераторов 108, 109 по фиг. 34 (или только одного 109 по фиг. 35) от блока генераторов, которые в данной схеме могут располагаться в области приемного устройства 82 (в месте расположения гетеродина 90 по фиг. 16, в качестве которого служит генератор 183 по фиг. 34), до схемы освещения посредством гибких коаксиальных кабелей (допускающих передачу СВЧ излучения до частот в 36 ГГц). При этом умножители частоты 258, 259) будут располагаться непосредственно в точке расположения связанной с ним антенны 206 (или 67), направленной для освещения объекта 8.It is clear that in the circuit one more (not only one) pair generator of the form 255 can be added, the outputs of which are loaded with multipliers of type 258, 259 with a feedback loop with a PLL block of type 138. The indicated phasing of the signals of the pair generator by the signal of the master generator 183 can be arranged by analogies to the circuit of FIG. 21 (through directional couplers 184, 187, 188 and wave guide channel 185 282. The main advantage of the two variants of the last GKVS scheme considered is the possibility of supplying signals from microwave generators 108, 109 of FIG. 34 (or only one 109 in Fig. 35) from the block of generators, which in this circuit can be located in the area of the receiving device 82 (at the location of the local oscillator 90 in Fig. 16, which is the generator 183 in Fig. 34), to Lighting schemes by means of flexible coaxial cables (allowing transmission of microwave radiation up to frequencies of 36 GHz). In this case, the frequency multipliers 258, 259) will be located directly at the location of the associated antenna 206 (or 67), aimed to illuminate the object 8.
Такой подход значительно решает проблему гибкости реализации различных устройств приема/подсвета, поскольку гибкий коаксиальный кабель позволяет легко перемещать в пространстве системы подсвета легкий блок, состоящий из умножителя, нагруженного антенной, и помещать его в любую точку, оптимальную для освещения зоны наблюдения. Существенно также, что различные генераторы 108, 109 взаимно-когерентных сигналов (фиг. 21, 34, 35) по отдельности и достаточно просто технически могут освещать различные участки зону наблюдения из различных пространственных точек апертуры ПР источника излучения, обеспечивая таким образом кодирование соответствующих компонент, поскольку в приемном устройстве после смешивания их сигналов с гетеродинным сигналом генератора 183 по фиг. 21 или фиг. 34, являющимся гетеродином 90 52 для фиг. 16, соответствующие сигналы УПЧ на выходе смесителя для соответствующих пучков излучения будут сдвинуты от начала частотной оси на величину частот соответствующих опорных генераторов 199, 200 (фиг. 21) или 122, 266. Последнее обеспечивает их частотное разделения частотно-селективными цепями приемного устройства 82 (фиг.16). Состав и взаимная последовательность радиотехнических узлов, входящих в состав каждого из соответствующих усилительных каналов приемного устройства 82 (фиг. 15), а также принцип их совместного функционирования при усилении и декодировании сигналов излучений парциальных составляющих, отраженных тем участком поверхности 87 объекта 8, на который «cмoтpит» соответствующий приемный элемент 48 приемной матрицы 85 (ассоциированного с одним из указанных каналов), определяется особенностью и последовательностью кодирования излучения, различного для различных ТП парциальных источников). В общем случае осуществление двойного (как и большей кратности) декодирования (демодуляции) не представляет существенной сложности и может быть осуществлено с использованием типовых радиотехнических узлов (включая наряду с усилителями соответствующих диапазонов, гетеродинных смесителей, амплитудных (квадратичных) детекторов, синхронных (параметрических) детекторов, в том числе сканирующих, еще и цифровые узлы, позволяющие определенную временную последовательность усиленных и смещенных по частоте вниз (может быть при этом частично-декодированных ) сигналов перевести в их цифровую форму посредством АЦП и осуществить их декодирование посредством методов цифровой обработки сигналов. И это можно осуществлять для любых видов (среди них много достаточно известных) модуляции/демодуляции ММ/СММ излучения.This approach significantly solves the problem of the flexibility of implementing various reception / illumination devices, since a flexible coaxial cable makes it easy to move a light unit consisting of a multiplier loaded with an antenna in the space of the illumination system and place it at any point that is optimal for illuminating the observation zone. It is also significant that the various generators 108, 109 of mutually coherent signals (FIGS. 21, 34, 35) individually and quite simply technically can illuminate different sections of the observation zone from different spatial points of the aperture of the PR of the radiation source, thus providing coding of the corresponding components, since in the receiving device after mixing their signals with the local oscillator signal of the generator 183 of FIG. 21 or FIG. 34, which is the local oscillator 90 52 for FIG. 16, the corresponding IF signals at the mixer output for the respective radiation beams will be shifted from the beginning of the frequency axis by the frequency of the corresponding reference generators 199, 200 (Fig. 21) or 122, 266. The latter ensures their frequency separation by frequency-selective circuits of the receiving device 82 ( Fig. 16). The composition and the mutual sequence of the radio nodes included in each of the respective amplification channels the receiving device 82 (Fig. 15), as well as the principle of their joint functioning when amplifying and decoding the signals of the radiation of the partial components reflected by that portion of the surface 87 of the object 8, on which the corresponding receiving element 48 of the receiving matrix 85 is “watched” (associated with one of these channels), is determined by the peculiarity and sequence of coding of radiation, different for different TP of partial sources). In the general case, the implementation of double (as well as greater multiplicity) decoding (demodulation) is not difficult and can be carried out using standard radio engineering units (including, along with amplifiers of the corresponding ranges, heterodyne mixers, amplitude (quadratic) detectors, synchronous (parametric) detectors , including scanning, also digital nodes that allow a certain time sequence of amplified and shifted downward in frequency (can be partially odirovannyh) transfer signals in their digitized by ADC and implement methods of decoding by the digital signal processing. This can be done for any species (including many sufficiently known) modulation / demodulation MM / radiation HMM.
Генераторы BKC позволяют достичь принципиально новых рубежей для систем формирования изображения и передачи информации в системах коммуникации в ММ/СММ диапазонах. Использование генераторов взаимно-когерентных сигналов для целей как зондирования (освещения) объектов, так и их декодирования (при их взаимно- когерентном гетеродинировании) в каналах приемного устройства позволяет достичь принципиально новых возможностей как в извлечении информации из таких сигналов, так и при повышении чувствительности приемо-передающей аппаратуры и ее динамического диапазона. Для понимания деталей кодирования (мoдyляции)/дeкoдиpoвaнияBKC generators allow reaching fundamentally new frontiers for imaging and information transfer systems in communication systems in the MM / SMM ranges. The use of mutually coherent signal generators for both probing (lighting) objects and their decoding (with their mutually coherent heterodyning) in the channels of the receiving device allows one to achieve fundamentally new possibilities both in extracting information from such signals and in increasing the sensitivity of reception - transmitting equipment and its dynamic range. To understand the details of coding (modulation) / decoding
(демодуляции) взаимно-когерентных сигналов рассмотрим особенности формирования их разностных сигналов в одном из усилительных каналов приемного устройства после их распространения от излучающей антенны соответствующего парциального ТП источника 35 до приемной матрицы 85 и их приемом одним из элементов 48 этой приемной матрицы (фиг. 15).(demodulation) of mutually coherent signals consider the features the formation of their difference signals in one of the amplification channels of the receiving device after their propagation from the radiating antenna of the corresponding partial TS of the source 35 to the receiving matrix 85 and their reception by one of the elements 48 of this receiving matrix (Fig. 15).
Разностный сигнал взаимно-когерентных сигналов генераторов рассмотренных выше могут быть получены в приемном устройстве по крайней мере двумя отличительными способами. В первом случае обе компоненты, входящих, например, в состав соответствующего дублетного коммуникационного сигнала, или дублетного сигнала, используемого для освещения в системе формирования изображений, после их усиления подаются одновременно для образования их разностного сигнала на вход квадратичного детектора (например, диода), входящего в состав усилительного канала, ассоциированного с соответствующим приемным элементом 47, принявшим такой дублетный сигнал. При этом указанный усилительный канал может содержать любую комбинацию усилительно и частотно-преобразующих блоков расположенных до квадратичного детектора, если их воздействие на обе компоненты соответствующего дублетного сигнала одинаково. В любом этом случае последующий квадратичный детектор будет способен выделить из указанного дублетного сигнала его разностный сигнал с соответствующим спектральным и фазовым составом. Более того , выделенный разностный сигнал может быть дополнительно усилен в одном или нескольких гетеродинного усиления с соответствующим выбором гетеродинных источников.The difference signal of the mutually coherent signals of the generators discussed above can be obtained at the receiver in at least two distinctive ways. In the first case, both components, which are, for example, part of the corresponding doublet communication signal, or the doublet signal used for illumination in the imaging system, after amplification are fed simultaneously to form their difference signal to the input of a quadratic detector (for example, a diode) into the amplifier channel associated with the corresponding receiving element 47 that received such a doublet signal. Moreover, the specified amplifier channel may contain any combination of amplifying and frequency converting units located up to the quadratic detector, if their effect on both components of the corresponding doublet signal is the same. In any case, the subsequent quadratic detector will be able to extract its difference signal with the corresponding spectral and phase composition from the indicated doublet signal. Moreover, the extracted difference signal can be further amplified in one or more local oscillator amplification with an appropriate choice of local oscillator sources.
Во втором случае применяются смесители (или параметрические детектора - синхронные детекторы, например), когда разностный сигнал выделяется подачей на сигнальный вход смесителя компоненты, прошедшей путь от ТП источника 28 до объекта 8 и наконец принятый приемным элементом 48, а вторая компонента (фазово-когерентная первой) подается на опорный сигнал смесителя (фиг.15). При этом, вторая компонента распространяется через, например, коаксиальный кабель, либо другим подобным образом, с сохранением своей амплитуды и детерминированной задержкой фазы, связанной с распространением в кабеле). Для сигнала одного из компонент электрического сигнала, образованного в приемном элементе 48 приемной матрицы 85 парциальным излучением, характеризующимся физическими параметрами ссf (в соответствие с обозначениями введенными выше для соотношений выведенных ранее соотношений за исключением замены обозначения индекса вида физического параметра, который в имел обозначение t, в новой нотации он имеет обозначение 1 ) , и поступающего на вход блока формирующего разностный сигнал между ним и сигналом фазово- когерентным с ним, можно записатьIn the second case, mixers (or parametric detectors - synchronous detectors, for example) are used, when the difference signal is extracted by applying to the signal input of the mixer components that have passed the path from the source 28 to object 8 and finally received by the receiving element 48, and the second component (phase-coherent first) is fed to the reference signal of the mixer (Fig.15). In this case, the second the component propagates through, for example, a coaxial cable, or in another similar manner, preserving its amplitude and deterministic phase delay associated with propagation in the cable). For a signal of one of the components of the electric signal generated in the receiving element 48 of the receiving matrix 85 by partial radiation, characterized by physical parameters ccf (in accordance with the notation introduced above for the ratios of the previously derived relations, except for replacing the designation of the index of the form of a physical parameter, which had the designation t, in the new notation, it has the designation 1), and the input block generating the difference signal between it and the phase-coherent signal with it can be written
a" S J (tИ Vj -K- exp(i • ( * Ф^ (θ)] (8)a "S J (t AND Vj -K-exp (i • (* Ф ^ (θ)] (8)
где ιJ фb af (о = l<- *+% ФыKf (о +pr <? (о +'J К? (о w в этом случае опущена пара индексов (m,n), показывающих позицию приемного элемента 48 в приемной матрице 85, вместо них введен индекс b=l,2 показывающий номер компоненты в дублете (1 или 2) или демонстрирует факт, что компонента подается в приемного устройства как опорный сигнал b=0 (см. ниже). К - это общий коэффициент усиления усилительно-преобразующих блоков, предшествующих блоку выделения указанного разностного сигнала (включая приемную антенну), амплитуда фазора принятого антенной парциального сигнала, где (i,j) индекс ТП источника или его пространственной позиции испускающего данную компоненту, ωa b,, - - центральная частота излучения парциальногоwherein ι J fb a f (a = l <- * +% F s K f (a + pr <(a + 'J K (of w in this case omitted index pair (m, n), indicating the position? of the receiving element 48 in the receiving matrix 85, instead of them the index b = l is entered, 2 showing the component number in the doublet (1 or 2) or demonstrates the fact that the component is supplied to the receiving device as a reference signal b = 0 (see below). is the total gain of the amplifier-transform blocks preceding the separation block of the specified differential signal (including the receiving antenna), the phasor amplitude of the partial signal received by the antenna where, (i, j) is the index of the TP of the source or its spatial position emitting a given component, ω a b ,, - is the central frequency of the partial radiation
генератора, а "фa b J (t) - его фазовый шум, характеризующий отклоненияgenerator, and "f a b J (t) is its phase noise characterizing deviations
реальной частоты этого генератора от его идеально-центрального значения. Если указанные усилительно-преобразующие блоки содержат ПО дополнительно гетеродинные cмecитeль(и) (в случае усиление сигналов дублетного излучения) с частотой гетеродина D(t) то в (9) следует учитывать также и записывать -tD(t), однако такая замена не принципиальна, поскольку на частоту разностного сигнала частота гетеродина D(t) не влияет. Это связано с тем фактом, что добавка фазы, связанная с частотой гетеродина одинаково вычитается в гетеродинном смесителе из частот обеих сигнальных компонент, поэтому они самовычитаются в дальнейшем при формировании частоты разностного сигнала. Последнее важно, поскольку позволяет использовать нестабильные дешевые гетеродинные генераторы для преобразования дублетного сигнала по частоте в полосу УПЧ без влияния на качество их разностного сигнала; mV*ДO " детерминированная компонента фазового модулирования парциального излучения (если такое имеет место), которая добавляется в сигнал в любом из перечисленных выше способов, указанных при описании фиг.21, фиг.34; pr фa ъл (f) - фазовая добавка, возникающая в результате распространения излучения любо в свободном пространстве между излучающей антенной излучателя и приемной антенной приемного элемента 47 ; iJфa b ll (t) и фазовая добавка вносимая в сигнал соответствующим ТП источником, при этом ПР источник характеризуется только пространственной некогерентностью излучения, то эта функция случайная функция времени, если ПР источник излучения кодирующий, то это регулярная детерминированная функция.the real frequency of this generator from its ideally central value. If these amplifying conversion blocks contain In addition, the heterodyne mixer (s) (in the case of amplification of doublet radiation signals) with the local oscillator frequency D (t), then -TD (t) should also be taken into account in (9), however, such a replacement is not important, since the frequency of the difference signal is the local oscillator D (t) is not affected. This is due to the fact that the phase addition associated with the local oscillator frequency is equally subtracted from the frequencies of both signal components in the local oscillator mixer, therefore, they are self-subtracted in the future when generating the difference signal frequency. The latter is important because it allows the use of unstable low-cost heterodyne generators for converting a doublet signal in frequency to the frequency converter band without affecting the quality of their difference signal; mV * DO "the determinate component of the phase modulation of partial radiation (if any), which is added to the signal in any of the above methods described in the description of Fig.21, Fig.34; p r f a b l (f) - phase the additive resulting from the propagation of radiation in any free space between the radiating antenna of the emitter and the receiving antenna of the receiving element 47; i J f a b ll (t) and the phase additive introduced into the signal by the corresponding TP source, while the PR source is characterized only by spatial radiation incoherence, then this function is a random function of time, if PR is a radiation source encoding, then this is a regular deterministic function.
Существенным при образовании разностного сигнала двух фазово- когерентных сигналов заключается в том факте, что благодаря принципу ФАПЧ функционирования генератора BKC шумовые фазы его генераторов изменяясь во времени тем не менее следуют друг за другом (повторяя друг друга), поэтому в любой момент времени %A0=пФa 2 f (0=% (0 (Ю)An important factor in the formation of a difference signal of two phase-coherent signals is the fact that, thanks to the PLL principle of the BKC generator, the noise phases of its generators, non-changing in time, nevertheless follow each other (repeating each other), therefore, at any time % A0 = n Ф a 2 f (0 =% (0 (10)
Поскольку разностный сигнал с точностью до постоянной d возникает из соотношенияSince the difference signal accurate to the constant d arises from the relation
Sаt = d i4 SiJj (0) Г' Sg0) (O)* (И) то указанные выше шумовые добавки самовычитаются в результирующем разностном сигнале, а оставшиеся фазовые компоненты являются либо детерминированными информационными функциями времени, либо константами, и на этом факте могут быть построены различные высоко-чувствительные приемные схемы. Так при использовании генератора BKC при освещения зоны наблюдения, когда ведомый генератор 108 освещает зону наблюдения b=l (или его часть), а ведущий генератор 183 используется как источник гетеродинного сигнала b=0, разностный сигнал на выходе смесителя будет описываться следующим соотношением
Figure imgf000113_0001
где AωtJ = ωa λ d - ω^0 - стабильная частота полученного разностного сигнала равная частоте опорного генератора 122, благодаря этому детерминированному члену соответствующая спектральная компонента в спектре разностного сигнала будет занимать свою спектральную позицию с точностью до ширины полосы кварцевого опорного генератора 122 (с точностью до 1-10 Гц и меньше), что обеспечивает малую общую полосу даже если для освещения зоны наблюдения используются генератор BKC с большим число ведомых генераторов типа 109 (фиг.21). При этом соответствующие генераторы разностных сигналов типа 199,200 должны выбираться из условия расположения их частот (или соответствующих гармоник) вдоль оси разностных частот в дискретных спектральных точках, расстояния между которыми незначительно превышает полусуммы ширин соседних по спектральной оси спектральных линий (с учетом их возможного дрейфа за время функционирования) для соответствующих генераторов разностных частот типа 122 , чтобы обеспечить максимальную частотную плотность соответствующих разностных сигналов, возникающих на выходе соответствующих декодеров приемного устройства. Понятно, блоки фильтрации последующее после блока декодирования должны быть достаточно узкополосными для обеспечения выделения только указанных разностных частот. Схемы цифрового анализа разностных частот должны предусматривать соответствующую длительность последовательности временных выборок описанных выше АЦП, чтобы обеспечить нужное спектральное разрешения разностных сигналов при соответствующем выполнении преобразования Фурье.
S bg аt = di 4 SiJj (0) Г 'Sg 0) (O) * (И) then the above noise additions are self-subtracted in the resulting difference signal, and the remaining phase components are either deterministic information functions of time or constants, and on this In fact, various highly sensitive receiving circuits can be constructed. So when using the BKC generator when illuminating the observation zone, when the slave generator 108 illuminates the observation zone b = l (or part of it), and the master generator 183 is used as the source of the heterodyne signal b = 0, the difference signal at the output of the mixer will be described by the following relation
Figure imgf000113_0001
where Aω tJ = ω a λ d - ω ^ 0 is the stable frequency of the received differential signal equal to the frequency of the reference oscillator 122, due to this determinate term, the corresponding spectral component in the spectrum of the difference signal will occupy its spectral position accurate to the bandwidth of the quartz reference oscillator 122 ( with an accuracy of 1-10 Hz or less), which provides a small total bandwidth even if a BKC generator with a large number of slave generators of type 109 is used to illuminate the observation zone (Fig. 21). In this case, the corresponding generators of difference signals of type 199,200 should be selected from the condition that their frequencies (or corresponding harmonics) are located along the axis of the difference frequencies at discrete spectral points, the distances between which are slightly greater than half the widths of spectral lines adjacent along the spectral axis (taking into account their possible drift over time functioning) for corresponding differential frequency generators of type 122, in order to provide the maximum frequency density of the corresponding differential signals arising at the output of the respective decoders of the receiving device. It is clear that the filtering blocks following the decoding block should be narrow enough enough to ensure that only the indicated difference frequencies are allocated. Digital differential frequency analysis schemes should provide for the corresponding duration of the sequence of time samples of the ADCs described above in order to provide the necessary spectral resolution of the difference signals with the corresponding Fourier transform.
Все выше сказанное обеспечивает высокий динамический диапазон приемо-передающей аппаратуры СФИ и низкий уровень освещения зоны объекта уровень шумов аппаратуры при разработке соответствующих узлов узкополосными в расчете на стабильность разностных сигналов их спектральных компонент. В рассмотренном случае Vц—сопst для всех элементов приемной матрицы, для которых используется указанный ведущий генератор 183 как гетеродин.All of the above provides a high dynamic range of the SFI transceiver equipment and a low level of illumination of the object zone, the noise level of the equipment when developing the corresponding nodes narrowband in the calculation of the stability of the difference signals of their spectral components. In the case under consideration, Vc — sopst for all elements of the receiving matrix for which the indicated master oscillator 183 is used as a local oscillator.
Вид спектра возможного спектра наглядно показывает на возможную оптимальную последовательность демодулирующих (декодирующих) блоков, позволяющих извлечь на выходе этой последовательности информацию о соответствующих спектральных характеристиках сигнала.The view of the spectrum of the possible spectrum clearly shows the possible optimal sequence of demodulating (decoding) blocks, allowing extracting information about the corresponding spectral characteristics of the signal at the output of this sequence.
Наиболее простая последовательность таких радиотехнических узлов можно рассмотреть на примере устройства, представленного на фиг. 36, в котором с приемной антенны 271 через усилитель УВЧ 272 (состоящего из фильтра- преселектора 273 и собственно усилителя 274) подаются принятые антенной 271 отраженные объектом сигналы генераторов 108,109 (взаимно-когерентные с сигналом ведущего генератора 183 рассмотренных выше на фиг.17, 21,34,35) на сигнальный вход первого смесительного элемента 275, (эти сигналы можно подать на вход смесителя и сразу с антенны без применения УВЧ), на гетеродинный вход 276 первого смесителя 275 подается сигнал ведущего генератора 183 (фиг. 21, фиг. 34, фиг. 35). (Если используется схемы ГКВС, представленные на фиг. 34, 35 то соответствующий СВЧ сигнал генератора 109 блока 255 может подаваться на вход 276 смесителя 275, работающего в этом случае на N гармонике этого СВЧ сигнала или через умножитель частоты с фактором N, размещенный непосредственно около смесителя 275). Получившиеся на выходе смесителя 275 сигналы разностных частот вида подаются на входы независимых одинаковых частотных каналов 277, 278, осуществляющих частотную фильтрацию образовавшихся сигналов для выделения сигналов с частотами расположенными вблизи частот соответствующих разностных сигнала, выбранного для обработки, а в данном канале 277 посредством частотно-селективных блоков типа 279 (каждый из которых имеет свой фильтр 280 и усилитель 281). При этом указанные блоки имеют соответствующие центральные частоты и полосы пропускания для пропускания только сигналов (набор таких разностных сигналов), принадлежащих сигнальному частотному диапазону, ассоциированному с соответствующим парциальным источником излучения .В дальнейшем в каждом из указанных независимых частотных каналов 277, 278 выполняется параметрическое детектирование каждого соответствующих выделенных в канале 277, ...разностных сигналов путем их подачи с выхода блока 279 на сигнальный вход 282 второго смесителя 283 соответствующего частотного канала 277 (в этом случае разностные сигналы соответствуют отличительному парциальному излучению освещающего генератора 108, а на опорный (гетеродинный) вход 284 второго смесителя 283 через регулируемый фазовращатель 285 подается сигнал соответствующего опорного генератора из схемы генератора BKC (генератора 122 фиг. 17, 34, 35 или 199, 200 фиг.21) посредством например коаксиального кабеля. При этом в принципе этот сигнал может быть любым (в зависимости от сигнала соответствующего опорного генератора 122, в том числе ЧМ модулированным — последнее позволяет снизить требования к динамическому диапазону приемных схем с сохранением узкополосности мгновенной, в данном случае, ширины полосы) В преимущественной реализации частота опорного генератора стабилизирована с точностью 10 Гц и меньше посредством кварцевой и термостабилизации. В частном случае можно использовать только один канал 277 , а образовавшиеся на его выходе разностные сигналы анализировать цифровыми методами после его фильтрации и оцифровывания (что будет описано ниже).The simplest sequence of such radio nodes can be considered with the example of the device shown in FIG. 36, in which, from the receiving antenna 271, through the UHF amplifier 272 (consisting of a preselector filter 273 and the amplifier 274 proper), the signals of the generators 108,109 reflected by the object (mutually coherent with the signal of the master oscillator 183 discussed above in FIGS. 17, 21) are received by the antenna 271 , 34.35) to the signal input of the first mixing element 275, (these signals can be fed to the input of the mixer and directly from the antenna without the use of UHF), to the heterodyne input 276 of the first mixer 275, a signal is supplied from the master oscillator 183 (FIG. 21, FIG. 34, FIG. 35). (If the GKVS circuits shown in Figs. 34, 35 are used, then the corresponding microwave signal of the generator 109 of block 255 can be fed to the input 276 of the mixer 275, operating in this case on the N harmonic of this microwave signal or through a frequency multiplier with a factor N, located directly near mixer 275). Received at the output of mixer 275, signals of difference frequencies of the form are fed to the inputs of independent identical frequency channels 277, 278, which filter the formed signals to extract signals with frequencies located near the frequencies of the corresponding difference signal selected for processing, and in this channel 277 by frequency-selective blocks of type 279 (each of which has its own filter 280 and amplifier 281). Moreover, these blocks have corresponding center frequencies and passbands for transmitting only signals (a set of such differential signals) belonging to the signal frequency range associated with the corresponding partial radiation source. In the future, each of these independent frequency channels 277, 278 is parametrically detected the corresponding difference signals allocated in the channel 277, ... by supplying them from the output of block 279 to the signal input 282 of the second mixer 283, respectively of the existing frequency channel 277 (in this case, the difference signals correspond to the distinctive partial radiation of the illumination generator 108, and the reference (heterodyne) input 284 of the second mixer 283 is supplied via an adjustable phase shifter 285 from the corresponding reference generator from the BKC generator circuit (generator 122 of Figs. 17, 34 35 or 199, 200 of Fig. 21) by means of, for example, a coaxial cable, and in principle this signal can be any (depending on the signal of the corresponding reference generator 122, including FM modulated - the latter allows to reduce the requirements for the dynamic range of receiving circuits with preserving the narrow bandwidth of the instantaneous, in this case, bandwidth) In a preferred embodiment, the frequency of the reference oscillator is stabilized with an accuracy of 10 Hz or less by means of quartz and thermal stabilization. In the particular case, only one channel 277 can be used, and the difference signals formed at its output can be analyzed digitally after filtering and digitizing it (which will be described below).
В этом случае на выходе второго смесителя 283 образуются, в том числе, и декодированные (или демодулированные если разностные частоты изменяются по частоте) сигналы со спектральными амплитудами, пропорциональными амплитудам соответствующих кодированных компонент излучения отраженными соответствующим участком поверхности объекта 8 фиг. 1, и с частотами равными частотам соответствующих генераторов разностных частот 122 или 199,200 и т.д. (или их гармоник в зависимости от реализации). Это позволяет после их после фильтрации частотно-селективным усилителем 286 (фильтр 287, усилитель 288) точно измерить их параметры (например, величины спектральной плотности или, что эквивалентно квадрат длины соответствующего фазора принятой компоненты излучения (интенсивности компоненты).In this case, the output of the second mixer 283 also generates decoded (or demodulated if the difference frequencies vary in frequency) signals with spectral amplitudes proportional to the amplitudes of the corresponding coded radiation components reflected by the corresponding section of the object surface 8 of FIG. 1, and with frequencies equal to the frequencies of the corresponding differential frequency generators 122 or 199,200, etc. (or their harmonics depending on the implementation). This allows after filtering them with a frequency selective amplifier 286 (filter 287, amplifier 288) to accurately measure their parameters (for example, spectral density or, equivalent to the square of the length of the corresponding phasor of the received radiation component (component intensity).
Временные последовательности полного суммарного сигнала с выхода второго смесителя через указанный фильтрующий блок 286 может быть переведены в цифровую последовательность цифровых выборок этого сигнала посредством подачи этого сигнала через мультиплексор 89 на вход аналогово-цифрового преобразователя 91 (выполняющего временные выборки такого сигнала в течение некоторого интервала времени), загрузку этой последовательности в цифровую память процессорного устройства 22 ( фиг.2 напрмер) и затем последующим выполнением преобразования Фурье полученного цифрового набора данных цифровыми методами в цифровом процессорном устройстве 22 (фиг. 2 например) в результате чего будет получен весь спектр с точностью спектрального разрешения равного обратному времени длительности процедуры получения указанных выборок сигнала.The time sequences of the total total signal from the output of the second mixer through the specified filtering unit 286 can be converted into a digital sequence of digital samples of this signal by supplying this signal through a multiplexer 89 to the input of an analog-to-digital converter 91 (performing time samples of such a signal for a certain time interval) , loading this sequence into the digital memory of the processor device 22 (FIG. 2, for example) and then the subsequent conversion of the Fur the obtained digital data set by digital methods in the digital processor device 22 (Fig. 2 for example) as a result of which the whole spectrum with the accuracy of the spectral resolution equal to the inverse time of the duration of the procedure for obtaining the indicated samples of the signal.
В последнем случае можно извлечь также и амплитудно-фазовую информацию, для этого АЦП 91 (либо второй АЦП, работающий синхронно с АЦП 91) должен параллельно оцифровывать и сигнал с выхода смесителя 283 типа, поданный на вход АЦП через фильтрующий блок типа 286, и одновременно оцифровывать опорный сигнал, подаваемый на опорный вход 284 указанного смесителя (типа 283) (в этом случае фазовращатель типа 285 не нужен в схеме), который также должен подаваться на вход АЦП (через мультиплексор 89 или подаваться на вход второго указанного АЦП). В этом случае процессорное устройство 22 из данных загруженных с выхода (ов) АЦП в память может извлечь как амплитудную, так фазовую информацию о сигнале на входе смесителя 283 цифровыми методами. В рассмотренных выше случаях фазовая информация о сигналах не используется.In the latter case, the amplitude-phase information can also be extracted, for this, the ADC 91 (or the second ADC operating synchronously with the ADC 91) must simultaneously digitize the signal from the output of the mixer 283 type, fed to the input of the ADC through the filter block type 286, and at the same time digitize the reference signal supplied to the reference input 284 of the specified mixer (type 283) (in this case, the type 285 phase shifter is not needed in the circuit), which should also be fed to the ADC input (via multiplexer 89 or fed to the input of the second specified ADC). In this case, the processor device 22 from the data loaded from the output (s) of the ADC into the memory can extract both amplitude and phase information about the signal at the input of the mixer 283 by digital methods. In the cases considered above, phase information about the signals is not used.
Отдельно следует разобрать случай, когда для целей освещения зона наблюдения 6 и гетеродинного приема используются генераторы BKC, ведомые генераторы которых (фиг.34,35) или даже и ведущий и ведомый генераторы (фиг.21) работают на частотах в несколько раз (N раз) меньших рабочих частот системы формирования изображений, при этом рабочие частоты образуются из частот указанных генераторов посредством умножителей частот с фактором умножения N (типа 157, 205,207 фиг. 21 или 258, 259 фиг. 34, 35).B этом случае приемная схема фиг.36 должна быть модифицированной, а именно если рабочая частота ведущего генератора 183 ( фиг.35,36) совпадает с рабочей частотой системы формирования изображений, то на гетеродинный вход 276 смесителя 275 должен подаваться сигнал непосредственно генератора 109 блока 255, однако на опорный вход 284 смесителя 283 должен подаваться сигнал опорного генератора 122, частота которого предварительно умножена частотным умножителем (не показанным на схеме) в N раз (в этом случае блок 285 может изображать указанный умножитель в предположении, что соответствующий фазовращатель не указан или отсутствует).Separately, it is necessary to analyze the case when, for the purpose of lighting, the observation zone 6 and heterodyne reception, BKC generators are used, the slave generators of which (Figs. 34, 35) or even the master and slave generators (Fig. 21) operate at frequencies several times (N times ) lower operating frequencies of the imaging system, while the operating frequencies are formed from the frequencies of these generators by means of frequency multipliers with a multiplication factor N (such as 157, 205,207 of FIG. 21 or 258, 259 of FIG. 34, 35). In this case, the receiving circuit of FIG. 36 must be modified, and о if the operating frequency of the lead generator 183 (Figs. 35, 36) coincides with the operating frequency of the imaging system, then the signal of the generator 109 of block 255 should be directly supplied to the heterodyne input 276 of the mixer 275, however, the signal of the reference generator should be sent to the reference input 284 of the mixer 283 122, the frequency of which is previously multiplied by a frequency multiplier (not shown in the diagram) N times (in this case, block 285 can depict the specified multiplier in assumption that the corresponding phase shifter is not specified or is missing).
Если в схеме генератора BKC фиг.21 все генераторы функционируют на пониженных рабочих частотах, то на опорный вход 276 смесителя 275 подается сигнал генератора 183 фиг .21 (возможно через вентиль и согласующее устройство для уменьшения отражений) или , однако смеситель 275 в этом случае является субгармоническим, функционирующим на N гармонике опорного сигнала генератора 183. На опорный вход смесителя 283, также как и схеме, обсужденной выше должен подаваться сигнал генератора 122 умноженный по частоте в N раз (т.е. гармоника сигнала генератора 122 N-ого порядка). Объект освещаются сигналами ведомых генераторов 108,109,... умноженных предварительно умножителями частот 157, 205 фиг. 21. Сигналы генераторов 108,109,... подаются на входы умножителей 157, 205 через гибкие коаксиальные кабели, последние могут присоединяться к волноводным выходам генераторов 108,109 через обсужденные выше согласующие устройства типа устройства 210, фиг. 21. Такое устройства могут применяться везде для перевода без потерь энергии сигнала из волновода в коаксиальный кабель, где использование коаксиального кабеля для передачи сигналов с частотой, вкличинв которой позволяет их передачу через коаксильный кабель. Могут быть также использоваться гибкие гофрированные волноводы для передачи сигналов генераторов до умножителей частоты, расположенных в зоне освещения и гетеродинных смесителей, расположенных в приемных устройствах. В этих случаях верхней частоты для передаваемых сигналов могут быть выше сигналов, передаваемых по коаксиальным кабелям.If in the BKC generator circuit of FIG. 21 all the generators operate at reduced operating frequencies, then the signal from the generator 183 of FIG. 21 is supplied to the reference input 276 of the mixer 275 (possibly through a valve and matching device to reduce reflections) or, however, the mixer 275 in this case is subharmonic, operating on the N harmonic of the reference signal of the generator 183. At the reference input of the mixer 283, as well as the circuit discussed above, the signal of the generator 122 multiplied in frequency by N times (i.e., the harmonic of the signal of the generator 122 of the Nth time order). The object is illuminated by signals from slave generators 108, 109, ... previously multiplied by frequency multipliers 157, 205 of FIG. 21. The signals of the generators 108,109, ... are fed to the inputs of the multipliers 157, 205 through flexible coaxial cables, the latter can be connected to the waveguide outputs of the generators 108,109 through the matching devices of the type 210 described above, FIG. 21. Such a device can be used everywhere for transferring without loss of energy a signal from a waveguide to a coaxial cable, where the use of a coaxial cable is used to transmit signals with a frequency that allows them to be transmitted through a coaxial cable. Flexible corrugated waveguides can also be used to transmit the signals of the generators to frequency multipliers located in the lighting zone and heterodyne mixers located in the receiving devices. In these cases, the high frequency for the transmitted signals may be higher than the signals transmitted over coaxial cables.
На фиг. 36 - фиг. 40 представлены схемы входных узлов приемного устройства 16 фиг. 1, позволяющие усиливать полученные антенной приемного элемента сигналы, преобразовывать их по частоте путем гетеродинирования, а также частично их декодировать (включая дублетные сигналы), выделяя кодированные (модулированные) составляющие, например,, в оконечном квадратичном или смесительном (параметрическом детекторе) элементах. При этом декодировать можно в том числе частотно-стабилизированные разностные сигналы, огибающие которых содержат всю информацию о соответствующем пикселе соответствующего парциального изображения или о коммуникационном сообщении. Такие частично декодированные сигналы с выходов таких блоков могут быть поданы на входы рассмотренных выше блоков для их полного декодирования, посредством блоков т.д.In FIG. 36 - FIG. 40 is a diagram of the input nodes of the receiving device 16 of FIG. 1, allowing to amplify the signals received by the antenna of the receiving element, convert them in frequency by heterodyning, and partially decode them (including doublet signals), highlighting the encoded (modulated) components, for example, in the terminal quadratic or mixing (parametric detector) elements. In this case, it is possible to decode, including frequency-stabilized difference signals, the envelopes of which contain all the information about the corresponding pixel of the corresponding partial image or about the communication message. Such partially decoded signals from the outputs of such blocks can be fed to the inputs of the blocks discussed above for their full decoding, by means of blocks, etc.
На фиг. 37 представлен стандартный входной тракт супергетеродинного приемника, состоящего из приемной антенны 271, электрически соединенного с переключателем Дикке 289 (который может дополнительно амплитудно модулирующий входной сигнал . Элемент 289 актуален для использования рассматриваемых блоков в радиометрической системе. Для активной системы это необязательный элемент), в свою очередь последовательно соединенным с УВЧ усилителем 272 функционирующим в полосе MM частот, который в свою очередь последовательно соединен со смесителем 275, на гетеродинный вход которого 276 подается сигнал гетеродина генератора. Частота гетеродинного генератора должна отличаться от возможной разностной частоты дублетного сигнала (если в схеме усиливается дублетный сигнал), причем в самом общем случае этот гетеродинный генератор может быть местным (и плохого качества) и не связанным с генераторами принимаемых сигналов 108, 109. Выход смесителя 275 электрически связан со входом усилителя промежуточной частоты УПЧ 279, осуществляющего выделение и усиление смещенного по частоте вниз на величину частоты гетеродина сигнала. В принципе могут быть использованы несколько последовательно соединенных каскадов гетеродинирования входного сигнала (посредством второго смесителя и последовательно соединенного с ним второго УПЧ, которые не показаны на фиг. 37). В этом случае первый смеситель 275 и первый усилитель УПЧ 279 могут использоваться для эффективного подавления зеркальной составляющей преобразования и различных интермодуляционных составляющих, второй смеситель и соответственно второй усилитель (не показаны на фиг. 37) могут обладать более крутые спадами АЧХ и осуществлять лучшую режекцию шумов входных каскадов). Блоки 272, 275 и 279 образуют типовой радиотехнический блок 290 усиления и гетеродинирования сигналов , причем такой блок может и не включать УВЧ 272, а сигнал антенны может подаваться непосредственно на вход смесителя 275. Выход УПЧ 279 связан со входом квадратичного преобразователя сигналов (амплитудного детектора - диода) 291, который и обеспечивает выделение разностных сигналов из дублетных (или осуществляет первую демодуляцию несущей в случае использования синглетных (из одной спектральной компоненты) сигналов) за счет операции перемножения взаимно-когерентных сигналов, которые независимо были приняты антенной 271 и преобразованы указанными выше каскадами усиления и частотного сдвига.In FIG. 37 shows the standard input path of a superheterodyne receiver, consisting of a receiving antenna 271, electrically connected to a Dicke switch 289 (which can additionally amplitude-modulate the input signal. Element 289 is relevant for the use of the considered units in a radiometric system. For an active system, this is an optional element), the queue connected in series with the UHF amplifier 272 operating in the MM frequency band, which in turn is connected in series with the mixer 275, to the heterode another input of which 276 generates a local oscillator signal. The frequency of the local oscillator should differ from the possible difference frequency of the doublet signal (if the doublet signal is amplified in the circuit), and in the most general case this local oscillator can be local (and of poor quality) and not connected to the received signal generators 108, 109. Mixer output 275 electrically connected to the input of the intermediate frequency amplifier UPCH 279, which isolates and amplifies the signal shifted down in frequency by the frequency of the local oscillator signal. In principle, several cascaded input signal heterodyning cascades can be used (by means of a second mixer and a second amplification amplifier connected in series with it, which are not shown in Fig. 37). In this case, the first mixer 275 and the first amplifier UPCH 279 can be used to effectively suppress the mirror the conversion component and various intermodulation components, the second mixer and, accordingly, the second amplifier (not shown in Fig. 37) can have steeper frequency response drops and provide better rejection of input stage noise). Blocks 272, 275 and 279 form a typical radio engineering unit 290 for amplification and heterodyning of signals, and such a unit may not include UHF 272, and the antenna signal may be fed directly to the input of mixer 275. The output of UHF 279 is connected to the input of a quadratic signal converter (amplitude detector - diode) 291, which provides the separation of difference signals from doublet (or carries out the first carrier demodulation in the case of using singlet (from one spectral component) signals) due to the operation of multiplication imino-coherent signals, which were independently received by the antenna 271 and converted by the above stages of amplification and frequency shift.
Как указывалось выше, шумы гетеродинных генераторов не добавляют фазовые шумы в разностный сигнала, поскольку одинаково добавляются в обе компоненты дублетного сигнала и взаимно уничтожаются после квадратичного преобразования на выходе элемента 291. Последнее крайне важно для также для систем телекоммуникаций поскольку не требуют никакой стабилизации гетеродинов, в отличие от стандартной приемо-передающей аппаратуры. Далее образованные разностные сигналы могут быть обработаны любыми их описанных выше блоков декодирования 277 или даже их узлами в зависимости от использования видов и уровней модуляции исходных дублетных сигналов.As indicated above, the noise of the local oscillators does not add phase noise to the difference signal, since they are equally added to both components of the doublet signal and are mutually destroyed after quadratic transformation at the output of element 291. The latter is extremely important for telecommunication systems as well, since they do not require any stabilization of the local oscillators, Unlike standard transceiver equipment. Further, the generated difference signals can be processed by any of the decoding units 277 described above or even by their nodes depending on the use of the types and modulation levels of the original doublet signals.
Особо следует отметить, что схема фиг. 37 по сути полностью соответствует входному каскаду стандартного радиометрического приемника, на нелинейном диоде которого 291 могут быть выделены огибающие теплового излучения. Таким образом такой приемник может быть использован для формирования радиометрических изображений наряду с получением активных кодированных изображений в одной системе). Разница может заключаться только в значении полос пропускания усилителей, которые для радиометрического случае должны быть как можно широкими, а для сигналов генератор BKC наоборот как можно уже. Однако при совместном использовании такого приемника условие узкополосной режекции может быть наложены на последующие каскады, следующие за квадратичном устройстве 291, что позволяет принимать и обрабатывать сигналы пассивных и активных изображений в одном приемнике.It should be particularly noted that the circuit of FIG. 37 essentially corresponds to the input stage of a standard radiometric receiver, on the nonlinear diode of which 291 envelopes of thermal radiation can be extracted. Thus, such a receiver can be used to generate radiometric images along with the receipt of active encoded images in one system). The difference can only be in the bandwidth of the amplifiers, which for the radiometric case should be as wide as possible, but for signals the BKC generator, on the contrary, is as narrow as possible. However, when using such a receiver together, the condition of a narrow-band rejection can be imposed on subsequent stages following the quadratic device 291, which makes it possible to receive and process signals of passive and active images in one receiver.
На фиг. 38 показан частный случай схемы приема по фиг. 37, в которой отсутствует блок УВЧ (обычно волноводной реализации), а принятые сигналы антенной 271 подаются непосредственно на вход смесителя 275 (как указывалось выше).In FIG. 38 shows a particular case of the reception circuit of FIG. 37, in which there is no UHF unit (usually a waveguide implementation), and the received signals by the antenna 271 are fed directly to the input of the mixer 275 (as indicated above).
Как указывалось, при этом указанный усилительный канал может содержать любую комбинацию усилительно и частотно-преобразующих блоков расположенных до квадратичного детектора, если их воздействие на обе компоненты соответствующего дублетного сигнала одинаково. Тогда последующий квадратичный детектор будет способен выделить из указанного дублетного сигнала его разностный сигнал с сохраненным спектральным и фазовым составом. Более того, выделенный разностный сигнал может быть дополнительно усилен в одном или нескольких каскадов гетеродинного усиления (состоящих из смесителя и соответствующего УПЧ) с соответствующим выбором гетеродинных источников для соответствующих смесителей гетеродинных каскадов , расположенных после квадратичного детектора, если соответствующие гетеродинные сигналы образованы от сигнала генератора разностной частоты генератора BKC 122 путем соответствующего деления его частоты, то сигнал на выходе таких смесителей также сохранит амплитудно фазовую информацию в разностном сигнале.As indicated, while the specified amplifier channel may contain any combination of amplifying and frequency-converting blocks located up to the quadratic detector, if their effect on both components of the corresponding doublet signal is the same. Then the subsequent quadratic detector will be able to extract from the specified doublet signal its difference signal with the stored spectral and phase composition. Moreover, the extracted differential signal can be additionally amplified in one or several cascades of heterodyne amplification (consisting of a mixer and a corresponding amplifier) with the corresponding choice of heterodyne sources for the corresponding mixers of the heterodyne cascades located after the quadratic detector, if the corresponding heterodyne signals are formed from the signal of the differential generator frequency generator BKC 122 by appropriate division of its frequency, the signal at the output of such mixers will also save litudno phase information in the difference signal.
Такое же гетеродинное усиление разностного сигнала возможно и в схеме фиг.36, где разностный сигнал выделяется в смесителе 275 опорным сигналом для которого является ведущий генератор 183 соответствующего генератора BKC фиг 21, 34 ,35 , в этом случае дополнительные каскады гетеродинного усиления разностного сигнала, сохраняющие фазовое содержание исходного разностного сигнала, должны использовать для опорных входов смесителей с сигналом генератора 122, деленного по частоте в требуемое число раз (в зависимости от числа таких каскадов).The same heterodyne gain of the difference signal is possible in the circuit of Fig. 36, where the difference signal is extracted in the mixer 275 by a reference signal for which is the master oscillator 183 of the corresponding of the BKC generator of FIGS. 21, 34, 35, in this case additional cascades of the heterodyne gain of the differential signal, preserving the phase content of the original differential signal, should be used for the reference inputs of the mixers with the signal of the generator 122, divided by the frequency in the required number of times (depending on the number of such cascades).
Указанный подход генерирования/приема взаимно-когерентных сигналов позволяет также реализовывать приемные схемы по фиг. 39 функционирующие вообще без гетеродинирования сигнала на частоте миллиметрового диапазона . Развитая в последние годы технология изготовления малошумящих усилителей MM диапазона (до 140 ГГц и выше) позволяет усиливать сигнал до величины существенно превышающий уровень шумов нелинейного преобразователя 291, что позволяет осуществлять детектирование усиленных сигналов MM частоты безо всякого применения каких-либо каскадов предварительного гетеродинирования сигнала. В этом случае взаимно когерентные дублетные сигналы принятые антенной 271 (фиг. 39) усиливаются в УВЧ 272 на несущей частоте до 40 — 50 Дб и выше и подаются непосредственно на нелинейный преобразователь (диод) 291, выделяющий благодаря квадратичности его BAX соответствующие сигналы разностных частот.The indicated approach for generating / receiving mutually coherent signals also allows implementing the receiving circuits of FIG. 39 functioning without signal heterodyning at a millimeter-wave frequency. Developed in recent years, the technology for manufacturing low-noise amplifiers of the MM range (up to 140 GHz and higher) allows the signal to be amplified to a value significantly higher than the noise level of non-linear converter 291, which allows the detection of amplified MM frequency signals without any application of any preliminary signal heterodyning cascades. In this case, the mutually coherent doublet signals received by the antenna 271 (Fig. 39) are amplified in the UHF 272 at a carrier frequency of 40 to 50 dB or higher and are fed directly to a non-linear converter (diode) 291, which distinguishes the corresponding difference frequency signals due to the squareness of its BAX.
Схема приемного устройства, показанная на фиг. 39, представляет значительный практический интерес с точки зрения быстрой и эффективной реализации описанных выше подходов в формирования многопараметрических высокоинформативных изображений, посредством интенсивно разрабатываемых в настоящее время миллиметровых радиометрических многоэлементных камер, работающих в реальном времени. Такие MM многоэлементные (до 1024 приемных независимых элемента и выше) камеры, усилительные каналы которых построены интегральной технологии на основе описанного выше принципа прямого усиления и детектирования сигналов, способны формировать многоэлементные изображения со скоростью до 17 кадров в секунду и выше и чувствительностью IK и выше (такая камера разработана в частности TRW в США). Преимущества такой камеры заключается в возможностях повышенной плотности объемной упаковки каналов приема и усиления сигналов MM изображений, что и обеспечивает высокое пространственное разрешение такой камеры. Это достигается благодаря отсутствию мощных гетеродинных сигналов, диссипация энергии которых требует всегда уменьшения плотности каналов усиления и соответственно снижения пространственного разрешения камеры.The receiver circuit shown in FIG. 39, it is of considerable practical interest from the point of view of the quick and effective implementation of the approaches described above in the formation of multi-parameter highly informative images by means of real-time millimeter-wave radiometric multi-element cameras currently being developed. Such MM multi-element (up to 1024 independent independent elements and above) cameras, the amplification channels of which are built with integrated technology based on the principle of direct amplification and detection of signals described above, are capable of forming multi-element images with a speed of up to 17 frames per second and higher and IK sensitivity and higher (such a camera was developed in particular by TRW in the USA). The advantages of such a camera lies in the possibilities of increased density of the bulk packing of the channels for receiving and amplifying the signals of MM images, which ensures high spatial resolution of such a camera. This is achieved due to the absence of powerful heterodyne signals, the dissipation of energy of which always requires a decrease in the density of the gain channels and, accordingly, a decrease in the spatial resolution of the camera.
Однако такие камеры предназначены для получения только пассивных изображений и реализуют радиометрических принцип приема излучения.However, such cameras are designed to receive only passive images and implement the radiometric principle of receiving radiation.
Известно, что формирование радиометрических изображений внутри закрытых помещений (где и происходят все процедуры скрытого досмотра) абсолютно неэффективно из-за низкого контраста яркостной температуры предметов наблюдаемой сцены (5-7 К), поэтому указанная камера может работать только на открытых пространствах в условиях контрастного подсвета объектов «xoлoдным» небом (77K) и «гopячeй» поверхностью земли (300K).It is known that the formation of radiometric images inside closed rooms (where all the procedures of hidden screening take place) is absolutely ineffective due to the low contrast of the brightness temperature of the objects of the observed scene (5-7 K), therefore, this camera can only work in open spaces under contrast lighting objects with a “cold” sky (77K) and a “hot” surface of the earth (300K).
Учитывая особенности функционирования описанных выше узлов декодирования сигналов 277 в соответствие с фиг. 36 а также усилительной схемы прямого усиления и детектирования фиг. 39, можно утверждать такие MM телевизионные камеры могут быть технологически просто адаптированы для рассмотренных выше активных многопараметрических изображений и создать такие изображения в реальном масштабе времени При этом узлы 277 могут быть использованы как несложные низкочастотные блоки оконечных каскадов усилительных каналов приемного устройства такой матрицы следующих за выделяющим разностные сигналы диодом 291,Considering the operational features of the above-described signal decoding units 277 in accordance with FIG. 36 as well as the direct amplification and detection amplification circuit of FIG. 39, it can be argued that such MM television cameras can be technologically simply adapted for the active multi-parameter images discussed above and create such images in real time. At the same time, nodes 277 can be used as simple low-frequency blocks of the end stages of the amplifying channels of the receiving device of such a matrix following the allocation of differential signals by diode 291,
Таким образом, такая камера может быть эффективна применена не только для формирования низко-контрастных радиометрических изображений, не несущих никакой реальной информации об объектах в закрытых помещениях, но и для формирования активных изображений с повышенным информационным содержанием., способных быть полученными в любых условиях.Thus, such a camera can be effectively applied not only for the formation of low-contrast radiometric images that do not carry any real information about objects in closed rooms, but also for the formation of active images with high information content. that can be obtained in any conditions.
Предложенный принцип взаимного когерентности двух сигналов позволяет эффективно использовать схему прямого усиления и детектирования в приемной части любого приемо-передатчика безо всяких дополнительных генераторов-гетеродинов ММ/СММ диапазона при сохранении высокой надежности и быстродействия в передаче данных/приеме . Прием и декодирование дублетных сигналов (сигналов, состоящих из пары взаимно-когерентных сигналов) может быть также эффективно выполнен посредством приемных матриц антенно-нелинейных элементов (диодов Шоттки) фиг. 40. В таких приемниках в антенный вход вмонтирован нелинейный элемент (диод Шоттки) 292, соединяющий таким образом парные проводящие элементы антенны 293, 294, схематично конструкции таких приемников могут быть проиллюстрированы также фиг. 15 в случае использования антенно- связанного нелинейного элемента на фиг. 15 для указанного приема и нелинейного преобразования (детектирования) входных сигналов. Такой антенно-связанный нелинейный элемент может быть использован также для квазиоптического гетеродинирования входных сигналов (гетеродинный сигнал в последнем случае квазиоптически падает на проводящие части 293,294 приемной антенны вместе с сигналами и на выходе этого элемента ( в точке входа/выхода антенны) выделяется соответствующий ПЧ сигнал) .В случае использования этого элемента как смесителя, к входу/выходу антенны должен быть дополнительно присоединен планарный полосовой фильтр для выделения сформированного ПЧ сигнала, смещение нелинейного элемента 292 в этом случае также подается посредством этого фильтра. Другой вариант гетеродинирования дублетных сигналов на антенно- связанном нелинейном элементе фиг.40 основан на реализации трехчастотного гетеродинирования. В этом случае на антенно-связанный нелинейный элемент вместе с входными взаимно-когерентными дублетными компонентами подается третий сильный гетеродинный сигнал дополнительного генератора 295, частота которого по порядку соответствует частоте разностного сигнала указанных дублетных компонент (фиг. 40), а последующий полосовой усилитель УПЧ 279 электрически соединенный с указанным антенно-связанным элементом имеет конечную полосу пропускания (соответствующей полосе разностного сигнала) с центральной частотой, равной разнице частот дублетного разностного сигнала и третьего гетеродинного сигнала генератора 295. Такой смесительный элемент в результате трехчастотного смешивания создает второй разностный сигнал, лежащий в полосе указанного УПЧ. Поскольку первый разностный сигнал (между компонентами дублета) может иметь частоту до 1 ГГц и выше, то частота гетеродинного сигнала может также быть в области сотен МГц, что обеспечивает высокое значение частоты второго разностного сигнала и соответственно обеспечивает все преимущества супергетеродинной схемы приема. Потери преобразования такой гетеродинной схемы будут не существенно выше, чем у гармонического гетеродинного преобразователя. Преимущества такой схемы заключается в значительном упрощении приемно-усилительного тракта, поскольку гетеродинные сигналы в частотной области до нескольких ГГц могут быть генерированы стандартной транзисторным генератором, а его сигнал подан на гетеродинирующий (смесительный) антенный элемент посредством коаксиального кабеля или соответствующей полосковой линией с интегрированными элементами развязки усилительного блока и входного приемного узла. При этом несущие частоты дублетного сигнала могут изменяться в любом диапазоне (соответствующим диапазону рабочих частот антенны, а это могут быть полосы до 200 ГГц и выше, при этом такие элементы могут быть легко реализованы в CMM диапазоне, все определяется технологией изготовления антенны и соответствующего нелинейного элемента, приемная же схема, включая гетеродин 295 могут оставаться одними и те же.The proposed principle of mutual coherence of the two signals makes it possible to efficiently use the direct amplification and detection circuit in the receiving part of any transceiver without any additional MM / SMM oscillators-local oscillators while maintaining high reliability and speed in data transmission / reception. The reception and decoding of doublet signals (signals consisting of a pair of mutually coherent signals) can also be effectively performed by receiving matrices of antenna-nonlinear elements (Schottky diodes) of FIG. 40. In such receivers, a nonlinear element (Schottky diode) 292 is mounted in the antenna input, thus connecting the paired conductive elements of the antenna 293, 294, the design of such receivers can also be schematically illustrated in FIG. 15 in the case of using an antenna-coupled non-linear element in FIG. 15 for the indicated reception and non-linear transformation (detection) of the input signals. Such an antenna-coupled nonlinear element can also be used for quasi-optical heterodyning of input signals (the heterodyne signal in the latter case quasi-optically falls on the conductive parts 293,294 of the receiving antenna along with the signals and the corresponding IF signal is extracted at the output of this element (at the antenna input / output point)) .In the case of using this element as a mixer, a planar bandpass filter must be additionally connected to the input / output of the antenna to isolate the generated IF signal, A non-linear element 292 in this case is also supplied by this filter. Another embodiment of the heterodyning of doublet signals on an antenna-coupled non-linear element of Fig. 40 is based on the implementation three-frequency heterodyning. In this case, the third strong heterodyne signal of the additional generator 295 is supplied to the antenna-coupled non-linear element together with the input mutually coherent doublet components, the frequency of which corresponds in order to the frequency of the difference signal of these doublet components (Fig. 40), and the subsequent band-pass amplifier UCH 279 is electrically connected to the specified antenna-related element has a finite passband (corresponding to the difference signal band) with a central frequency equal to the frequency difference oak etnogo difference signal and the third heterodyne signal generator 295. Such a mixing element as a result of three-frequency mixing provides a second difference signal, which lies in the band of said IF amplifier. Since the first difference signal (between the components of the doublet) can have a frequency of up to 1 GHz or higher, the frequency of the heterodyne signal can also be in the region of hundreds of MHz, which ensures a high frequency value of the second difference signal and, accordingly, provides all the advantages of a superheterodyne reception circuit. The conversion loss of such a heterodyne circuit will not be significantly higher than that of a harmonic heterodyne converter. The advantages of such a scheme is a significant simplification of the receiving-amplifying path, since heterodyne signals in the frequency domain up to several GHz can be generated by a standard transistor generator, and its signal is fed to the heterodyne (mixing) antenna element via a coaxial cable or a corresponding strip line with integrated decoupling elements amplifier block and input receiving node. In this case, the carrier frequencies of the doublet signal can vary in any range (corresponding to the operating frequency range of the antenna, and these can be bands up to 200 GHz and higher, while such elements can be easily implemented in the CMM range, everything is determined by the antenna manufacturing technology and the corresponding nonlinear element, the receiving circuit, including the local oscillator 295, can remain the same.
Рассмотренные выше схемы и подходы кодирования освещающего объект излучения (посредством рассмотренных генераторов BKC) 5 безусловно не ограничивают число возможных подходов для кодирования такого излучения, которые могут реализованы и любым другим альтернативным образом (включая хорошо известные, например только посредством отличительной амплитудной модуляции AM излучения в каналах соответствующих парциальных источников излучения, и т.д.) ЮThe above coding schemes and approaches for coding the radiation illuminating an object (by means of the considered BKC generators) 5 certainly do not limit the number of possible approaches for coding such radiation that can be implemented in any other alternative way (including well-known ones, for example, only by means of distinguishing amplitude modulation of AM radiation in channels corresponding partial radiation sources, etc.)
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть осуществлено с использованием технологий, на основе которых в 15 настоящее время создаются компьютеризированные системы обработки данных с демонстрацией их на мониторе.The present invention is industrially applicable, as it can be implemented using technologies, on the basis of which at present 15 computerized data processing systems are being created with their demonstration on a monitor.
0 5 0 0 5 0

Claims

Формула изобретения Claim
1. Система формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн, содержащая по крайней мере один пространственно-распределенный источник излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, состоящий из пространственно распределенных точечно-подобных одновременно излучающих источников излучения, выполненный с функцией освещения поля зрения фазово-независимыми компонентами излучениями, каждая из которых излучается соответствующим точечным источником, характеризующимися различными углами падения указанных компонент излучения в поле зрения и разность несущих частот которых не превышает величину, требуемую для обеспечения их указанной фазовой независимости, элемент для фокусирования излучения, рассеянного в поле зрения, на приёмное устройство, выполненное с функцией независимого приёма излучения, рассеянного различными пространственными частями поля зрения, преобразования его в набор соответствующих сигналов, при этом каждому сигналу указанного набора соответствует излучение, рассеянное пространственно определённой частью зоны наблюдения, выходы указанного приёмного устройства связаны с устройством для преобразования указанного набора сигналов в соответствующее изображение зоны наблюдения и отображения этого изображения на дисплее, причём каждый элемент изображения сформирован из соответствующего сигнала указанного набора, отличающаяся тем, что указанные точечные источники излучения выполнены с функцией отличительного кодирования излучаемых ими компонент излучения, посредством, например, их амплитудной модуляции с различной частотой модуляции, приёмное устройство выполнено с возможностью независимого приёма каждой кодированной составляющей излучения, получаемых из указанной зоны наблюдения, и преобразования каждого сигнала из указанного набора сигналов в дополнительный набор парциальных сигналов, причём различные парциальные сигналы для любого, но одного и того же из указанных дополнительных наборов парциальных сигналов соответствуют отличительно кодированным составляющим излучения или одинаково кодированным составляющим излучения, но с отличительными величинами указанных отличительных физических параметров излучения соответствующего элемента излучения, устройство выполнено с функциями независимого приема отдельных парциальных электрических сигналов формирования из указанных парциальных сигналов парциальных изображений зоны наблюдения, для каждого из которых отдельный элемент такого изображения соответствует излучению, рассеянному пространственно определённой частью зоны наблюдения, и который сформирован из отдельного парциального сигнала с одинаковым кодированием и с одинаковыми и/или близкими значениями физических параметров излучений указанных независимых элементов излучений, и формирования результатного изображения зоны наблюдения путём комбинирования указанных парциальных изображений и/или их фрагментов.1. The imaging system in the millimeter and submillimeter wavelength range, containing at least one spatially distributed radiation source in the millimeter or submillimeter wavelength range, consisting of spatially distributed point-like simultaneously emitting radiation sources, made with the function of illuminating the field of view phase-independent radiation components, each of which is emitted by a corresponding point source, characterized by different angles of incidence of the shown radiation components in the field of view and the carrier frequency difference of which does not exceed the value required to ensure their indicated phase independence, an element for focusing the radiation scattered in the field of view onto a receiving device made with the function of independent reception of radiation scattered by various spatial parts of the field of view transforming it into a set of corresponding signals, with each signal of the specified set corresponds to radiation scattered by a spatially defined part of the observation signals, the outputs of the indicated receiving device are connected with the device for converting the indicated set of signals into the corresponding image of the monitoring zone and displaying this image on the display, each image element being formed from the corresponding signal of the specified set, characterized in that the said point radiation sources are made with the distinctive function encoding the radiation components emitted by them, by, for example, their amplitude modulation with different modulation frequencies, for The receiving device is configured to independently receive each encoded component of the radiation received from the specified observation area, and to convert each signal from the specified set of signals into an additional set of partial signals, and various partial signals for any but one of the same additional sets of partial signals correspond to distinctively encoded radiation components or identically encoded radiation components, but with distinctive values of these distinctive physical radiation parameters of the corresponding radiation element, the device is configured to independently receive individual partial electrical signals the formation of these partial signals of partial images of the zone observed for each of which a separate element of such an image corresponds to radiation scattered by a spatially defined part of the observation zone, and which is formed from a separate partial signal with the same coding and with the same and / or close values of the physical parameters of the radiation of these independent radiation elements, and the formation of the resulting image observation zones by combining these partial images and / or fragments thereof.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что источник дополнительно снабжён поляризационными средствами, выделяющими из его излучение преимущественно линейно-поляризованное в первом пространственном направлении, а приёмное устройство снабжено поляризационными средствами для выделения принимаемого им излучения, линейно- поляризованного во втором пространственном направлении.2. The system according to claim 1, characterized in that the source is additionally equipped with polarizing means that extract from its radiation mainly linearly polarized in the first spatial direction, and the receiver is equipped with polarizing means for isolating the radiation it receives that is linearly polarized in the second spatial direction .
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что первое указанное направление совпадает со вторым указанным направлением.3. The system according to claim 2, characterized in that the first indicated direction coincides with the second indicated direction.
4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что первое указанное направление ортогонально второму указанному направлению.4. The system according to claim 2, characterized in that the first indicated direction is orthogonal to the second indicated direction.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый независимый точечно-подобный источник снабжен регулируемым аттенюатором для обеспечения допустимого уменьшения среднего уровня мощности соответствующей компоненты.. 5. The system according to claim 1, characterized in that each independent point-like source is equipped with an adjustable attenuator to provide an acceptable reduction in the average power level of the corresponding component ..
6. Способ формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн, заключающийся в формировании излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, состоящего из отдельных парциальных компонент излучения отличающихся друг от друга по углу падения в зону наблюдения, направлении сформированных парциальных составляющих излучения в зону наблюдения, приёме через фокусирующий элемент излучения, рассеянного в зоне наблюдения, преобразовании принятого излучения в сигналы, при этом каждый сигнал соответствует излучению, рассеянному определённой пространственной частью зоны наблюдения, и формировании по данным сигналам визуально воспринимаемого изображения зоны наблюдения, отличающийся тем, что каждую отдельную парциальную компоненту излучения дополнительно кодируют отличительно от кодирования других парциальных компонент излучения, после рассеяния указанного излучения в зоне наблюдения осуществляют фокусирование этого рассеянного излучения на приёмное устройство, которое осуществляет приём этого излучения независимо из каждой пространственной части зоны наблюдения, путём преобразования указанного излучения в соответствующий набор сигналов, каждый из которых соответствует излучению, рассеянному в определённой пространственной части указанной зоны наблюдения, и образует из каждого сигнала указанного набора сигналов дополнительный набор парциальных сигналов, причём указанным парциальным сигналам соответствуют кодированные компоненты излучения, формируют парциальные изображения, для каждого из которых отдельный элемент изображения соответствует излучению, рассеянному пространственно определённой частью зоны наблюдения, и который сформирован из отдельного парциального сигнала соответствующего дополнительного набора парциальных сигналов, а затем осуществляют комбинирование парциальных изображений и/или их фрагментов для формирования результатного изображения объекта и его визуального отображения на дисплее. 6. The method of forming images in the millimeter and submillimeter wavelength range, which consists in generating radiation in the millimeter or submillimeter wavelength range, consisting of separate partial radiation components that differ from each other in angle of incidence into the observation zone, direction of the formed partial radiation components in the observation zone, reception through the focusing element of the radiation scattered in the observation zone, the conversion of the received radiation into signals, each signal radiation scattered by a certain spatial part of the observation zone, and the formation of a visually perceptible image of the observation zone from these signals, characterized in that each individual partial radiation component is additionally encoded differently from the encoding of other partial radiation components, after scattering of said radiation in the observation zone, this scattered radiation to a receiving device that receives this radiation independently from each the transient part of the observation zone by converting the indicated radiation into a corresponding set of signals, each of which corresponds to the radiation scattered in a certain spatial part of the specified observation zone, and forms an additional set of partial signals from each signal of the specified set of signals, and the encoded radiation components correspond to the specified partial signals form partial images, for each of which a separate image element corresponds to radiation, p to the seeded space of a spatially defined part of the observation zone, and which is formed from a separate partial signal of the corresponding additional set of partial signals, and then partial images and / or fragments thereof are combined to form the resulting image of the object and its visual display.
PCT/RU2005/000496 2004-10-04 2005-10-03 Method for remotely detecting body-worn weapons and explosives and device for carrying out said method WO2006038834A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004128917 2004-10-04
RU2004128917/28A RU2004128917A (en) 2004-10-04 2004-10-04 METHOD FOR REMOTE DETECTION OF WEAPONS AND EXPLOSIVES HIDDEN UNDER CLOTHING OF PEOPLE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006038834A1 true WO2006038834A1 (en) 2006-04-13

Family

ID=36115897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000496 WO2006038834A1 (en) 2004-10-04 2005-10-03 Method for remotely detecting body-worn weapons and explosives and device for carrying out said method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2004128917A (en)
WO (1) WO2006038834A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117908141B (en) * 2024-03-19 2024-05-14 成都鹰谷米特科技有限公司 Target determining method based on dual-band millimeter wave integration and proximity fuse

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5227800A (en) * 1988-04-19 1993-07-13 Millitech Corporation Contraband detection system
US5760397A (en) * 1996-05-22 1998-06-02 Huguenin; G. Richard Millimeter wave imaging system
RU2218560C2 (en) * 1997-09-16 2003-12-10 Меторекс Интернешнел Ой Submillimeter range system forming image
RU2237267C2 (en) * 2001-11-26 2004-09-27 Волков Леонид Викторович Method for forming images in millimeter and submillimeter waves range (variants) and system for forming images in millimeter and submilimeter waves range

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5227800A (en) * 1988-04-19 1993-07-13 Millitech Corporation Contraband detection system
US5760397A (en) * 1996-05-22 1998-06-02 Huguenin; G. Richard Millimeter wave imaging system
RU2218560C2 (en) * 1997-09-16 2003-12-10 Меторекс Интернешнел Ой Submillimeter range system forming image
RU2237267C2 (en) * 2001-11-26 2004-09-27 Волков Леонид Викторович Method for forming images in millimeter and submillimeter waves range (variants) and system for forming images in millimeter and submilimeter waves range

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004128917A (en) 2006-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2237267C2 (en) Method for forming images in millimeter and submillimeter waves range (variants) and system for forming images in millimeter and submilimeter waves range
US20190004170A1 (en) Ultra Wide Band Detectors
US8144052B2 (en) Multi-pixel high-resolution three-dimensional imaging radar
Grechnev et al. The Siberian Solar Radio Telescope: the current state of the instrument, observations, and data
Ganis et al. A Portable 3-D Imaging FMCW MIMO Radar Demonstrator With a $24\times 24$ Antenna Array for Medium-Range Applications
RU2374724C1 (en) Perimetric radar antenna array
Geibig et al. Compact 3D imaging radar based on FMCW driven frequency-scanning antennas
US8742982B2 (en) Indirect radar holography apparatus and corresponding method
US8670021B2 (en) Method for stand off inspection of target in monitored space
US20070139248A1 (en) System and method for standoff microwave imaging
CA1234911A (en) Frequency-scanning radiometer
WO2002017231A2 (en) Systems and methods for millimeter and sub-millimeter wave imaging
US20090289833A1 (en) Sparse array millimeter wave imaging system
Law et al. Spectropolarimetry with the Allen Telescope Array: Faraday Rotation Toward Bright Polarized Radio Galaxies
WO2013117920A2 (en) Multifrequency imaging method and apparatus
Shoykhetbrod et al. Concept for a fast tracking 60 GHz 3D-radar using frequency scanning antennas
Nuessler et al. Swifter security scanning: millimeter-wave imaging with spin
WO2006038834A1 (en) Method for remotely detecting body-worn weapons and explosives and device for carrying out said method
Nowok et al. 3D imaging system based on a MIMO approach at 360GHz for security screening
Guo et al. Super-resolution staring imaging radar based on stochastic radiation fields
Boudjada et al. Faraday rotation of Jupiter's decametric radiation
US11308712B2 (en) Imaging system using WiFi signals
Jallod et al. Characteristics measurement of Baghdad University radio telescope for hydrogen emission line
US3488656A (en) Radio frequency holograms
CN116194040A (en) Microwave imaging system

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV LY MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase