Radarové systémy se syntetickou clonou. Radar s nelineární syntetickou aperturou

Technický úkol

Vytvořte RTS :

Typ RTS …………… .... letadlo;

Jmenování. …………… bočně vypadající radar se syntetickou clonou;

Výkonové charakteristiky vyvinutého RTS:

1 Analýza technických specifikací

U leteckých radarů existují přísná omezení rozměrů antén, která brání dosažení rozlišení azimutu.

K překonání této překážky se používá jedna ze dvou metod implementovaných v bočně vypadajícím radaru. V prvním případě je anténa umístěna podél trupu, což umožňuje výrazně zvětšit její velikost a tím zlepšit její rozlišení. Druhá metoda využívá umělé zvětšení velikosti antény v důsledku takzvané syntézy clony.

Podle mandátu je nutné vyvinout bočně vypadající radar letadla se syntetickou clonou. V takových radarech je anténa velkých rozměrů nehybně instalována podél trupu letadla. Paprsek anténního systému je směrován kolmo k ose letadla. Obvykle jsou instalovány dvě antény, jejichž paprsky jsou směrovány doprava a doleva od směru letu. Prohlížení dané oblasti zemského povrchu nastává v důsledku pohybu samotného letadla během letu (obrázek 1).

Obrázek 1 - Princip vesmírného průzkumu ve směru kolmém na osu letadla.

Princip činnosti radaru se syntetickou aperturou (SAR) je založen na vytvoření ekvivalentních apertur se zvýšenou efektivní délkou, které je dosaženo pomocí speciálních metod zpracování signálu, spíše než zvětšením fyzických rozměrů apertury skutečné antény. V SAR se používá pouze jeden vyzařující prvek antény (skutečná anténa), který postupně zaujímá polohu podél dráhy letu. V každé z těchto poloh jsou vysílány a přijímány signály (obrázek 2).

Signály odražené od cílů, jak amplituda, tak fáze přijatých signálů, jsou uloženy v paměťovém zařízení,

Obrázek 2 - Princip tvorby umělého (syntetizovaného) otvoru.

Po výsledném pohybu emitujícího prvku o částku se signály v paměťovém zařízení velmi podobají signálům, které byly přijaty prvky skutečného lineárního pole. Pokud jsou signály v paměti zpracovávány podle stejného algoritmu jako při vytváření skutečného lineárního pole, získáme efekt příjmu signálů na velké anténě (metoda „aperturní syntézy“).

Kromě toho lze v SAR zvolit signály v paměti podle rozsahu a v případě potřeby lze signály různých rozsahů zpracovat různými způsoby (zaostření).

Při otáčení se letadlo začne točit, což má za následek chybu v měření výšky. K odstranění chyby je nutné anténu zafixovat na vyvažovacím zařízení, v důsledku čehož je hlavní lalok směrového vzoru antény nasměrován kolmo na zemský povrch.

Postranně vyhlížející PTC obvykle používají pulsně modulovaný signál.

Anténa má obraz kosekansového záření.

Aby se nezhoršily aerodynamické vlastnosti letadla, je anténa umístěna pod speciální kapotáží, která neruší průchod rádiového signálu. Při výpočtech je nutné vzít v úvahu, že rovina je výše odlišné typy zemský povrch, který má různé reflexní vlastnosti.

2 Vlastnosti konstrukce některých bloků radaru se syntetickou clonou.

Anténa

Horizontální velikost otvoru antény RSL určuje rozlišení lineárního azimutu, které je prakticky dosažitelné v radaru se syntetickou clonou. Při zpracování signálů se předpokládá, že směrovost skutečné antény během letu letadla zůstává konstantní. V důsledku toho je nutné mít stabilizaci anténního vzoru tak, aby zbytkové oscilace paprsku byly výrazně menší než šířka anténního vzoru. Ve většině případů je anténa instalována bočně.

Vysílač

Radar se syntetickou clonou musí zajišťovat vysokou koherenci signálu. V důsledku toho jsou kladeny přísnější požadavky na stabilitu frekvence generátorů a parametry prvků. Výstupem koherentního radaru je napětí na výstupu synchronního detektoru. Výstupním signálem je bipolární video signál, ve kterém úroveň referenčního offsetu odpovídá nulovému offsetu signálu.

Záznam a ukládání signálů.

Charakteristickým rysem SAR je potřeba zapamatovat si přijaté signály, protože signály nezbytné pro vytvoření syntetizovaného vzoru jsou přijímány na vstupu ne současně, ale v určitém časovém intervalu. Zpracování uložených signálů umožňuje dosáhnout vysokého rozlišení. Stejný signál se používá ke generování výstupních signálů pro velký počet bodů v radarovém snímku. Požadavky na paměť jsou velmi vysoké. Radary s vysokým rozlišením vyžadují velké množství paměti, proto obvykle využívají fotografické úložiště.

Problém radikálního zvýšení rozlišovací schopnosti ve směru kolmém k ose DND je obzvláště relevantní pro Radarový průzkum povrch pod letadlem nebo kosmickou lodí, protože je možné dosáhnout velmi vysokého rozlišení ve směru osy paprsku antény s odpovídajícím rozšířením spektra radarového signálu. Pokud je vyzařování antény směrováno kolmo na vektor rychlosti radaru, tj. Provádí se boční pohled, pak pohyb antény vzhledem k ozářenému povrchu umožňuje dosáhnout při optimálním zpracování odražených signálů velmi vysoké rozlišení ve směru kolmém k ose paprsku antény. Tím je vyřešen problém získání radaru s vysokým rozlišením.

Zvýšení rozlišení v bočním pohledu lze považovat za důsledek komprese paprsku během optimálního zpracování (podobně jako u komprese impulzů s intrapulzní modulací) nebo jako formace vzoru syntetizovaným anténním polem vytvořeným při pohybu radarové antény vzhledem k ozářenému povrchu .

Uvažujme o principu činnosti a potenciálních schopnostech bočně vypadajícího radaru letadla. Anténa stanice je prodloužena podél osy letadla a tvoří SPODKU, úzkou v horizontální a širokou ve vertikální rovině, orientovanou kolmo k ose letadla. Obvykle jsou na obou stranách osy letadla vytvořena dvě identická DND, což je v tomto případě nedůležité.

S vlnovou délkou oscilací vyzařovaných radarem a podélnou velikostí antény je šířka paprsku antény v horizontální rovině. Za předpokladu jednoduchosti je záření omezeno v horizontální rovině úhlem, najdeme expoziční čas bodu na povrchu ve vzdálenosti D od radaru:

kde je rychlost letadla, která je považována za konstantní; - lineární šířka paprsku antény ve vzdálenosti D od radaru. Radiální složka rychlosti vzhledem k bodům ozářeného povrchu (obr. 18.7, a), kde je úhel mezi osou anténního vzoru v horizontální rovině a směrem k dotyčnému bodu. Na ose DND a na okrajích tedy dosahuje své maximální hodnoty. Vzhledem k tomu, že radar s bočním pohledem využívá úzké DNY, lze jej číst. Díky radiální složce rychlosti dochází k Dopplerovu posunu frekvence odraženého signálu, který se lineárně mění od do. Při letu na dálku je tedy přijat frekvenčně modulovaný puls s dobou trvání (obr. 18.7, b) s frekvenční odchylkou.

Při optimálním přizpůsobeném zpracování může být takový puls komprimován na puls s dobou trvání, která je inverzní k šířce spektra signálu a je přibližně stejná. Proto,. Od té doby. Všimněte si, že na výstupu kompresního filtru má pulzní obálka tvar a jeho trvání (měřeno na úrovni maximální hodnoty 0,64) určuje mezní časové rozlišení, které odpovídá vzdálenosti povolené ve směru vektoru V, kolmo k ose BPD.

Proto s koherentním zpracováním nezávislá vzdálenost nezávisí na rozsahu a je omezena na hodnotu rovnou. Tento závěr, který se na první pohled zdá paradoxní, je jasný při analýze rozlišení bočně vypadajícího radaru z pohledu syntézy clony.

Pokud jsou všechny odražené signály v průběhu koherentně (tj. S přihlédnutím k fázi) sečteny, je možné vytvořit (syntetizovat) DND o šířce

navíc koeficient 2 bere v úvahu fázový vpád, když signál projde vzdálenost D "tam a zpět".

Povolená vzdálenost ve směru letu (kolmo k ose paprsku antény)

Úsek dráhy L, na kterém se provádí koherentní součet odražených signálů, určuje velikost syntetizované clony, protože taková sumace je podobná přijímání signálu do jednofázové antény s velikostí clony rovnou. Je tedy zřejmé, proč se rozlišená vzdálenost zmenšuje, tj. Rozlišení se zvyšuje s klesající clonou skutečné antény a nezávisí na D. To se vysvětluje zvýšením syntetizované clony v přímém poměru k šířce radarového paprsku vzor a rozsah uvažovaného bodu.

S přibývajícími obtížemi však také roste obtížnost zajištění soudržnosti při zpracování signálu. Postranní radarové antény pro získání malých hodnot proto musí mít významné velikosti clony, což umožňuje koherentní zpracování, které poskytuje aproximaci potenciálního rozlišení systému se syntetizovanou clonou, určenou vzorcem (18.27).

Při přechodu ze spojitého signálu na pulzní s periodou je syntetizovaná anténa podobná anténnímu poli, jehož vzdálenosti mezi prvky jsou stejné. V bočně vypadajících radarech se obvykle používá pulzní záření, proto se takové radary nazývají stanice se syntetizovaným anténním polem.

S emisí každého impulsu se radarová anténa stává prvkem syntetizovaného pole, jehož vzdálenost od uvažovaného bodu na povrchu se rovná nejkratší vzdálenosti (obr. 18.7, a) pouze v okamžiku, kdy bod v otázka je na ose anténního vzoru. Na okrajích syntetizované mřížky se vzdálenost liší

Tento rozdíl ve vzdálenosti odpovídá maximálnímu základnímu zpoždění signálu. Pokud jsou během letu změněná fázová zpoždění pevná a zohledněna při zpracování, pak se syntetizované mřížky nazývají zaměřené. V tomto případě se systém zpracování signálu ukáže jako komplikovaný, a proto je nutné zjistit, jaký druh ztráty rozlišení má za následek odmítnutí „zaostření“, to znamená přechod na neostré zpracování bez zohlednění fázových posunů . V tomto případě je přijatelný cestovní rozdíl na koncích syntetizované clony, který odpovídá maximálnímu fázovému posunu. Z této podmínky lze zjistit velikost efektivní clony syntetizované antény. Obr. 18.7, c je vidět, že, a proto

Při absenci zaostření je tedy šířka paprskového vzoru syntetizované clony velikost a odpovídající lineární rozlišení je

Pro zpracování signálu bez korekce (zaostřování) je vhodný konvenční exponenciální akumulátor se zpožďovací linkou pro periodu opakování pulzu. Je zřejmé, že názvy zaostřeného a zaostřeného systému se objevily analogicky s optickým systémem, ve kterém je zaostření objektivu (zaostřování) nutné, když je clona plně otevřená.

Při vysoké cloně je zajištěna dostatečná jasnost (ostrost) bez zaostření, když je objektiv neustále nastaven na nekonečno.

V důsledku toho je se zaostřeným zpracováním signálu (zaostřená clona) dosažitelné maximální lineární rozlišení ve směru kolmém na vzor paprsku, bez ohledu na rozsah s nezaostřeným zpracováním (nezaostřená clona) pro konvenční anténu s rozlišením velikosti clony.

Závislost rozlišení na rozsahu D pro tyto případy ukazuje obr. 18.8.

Pro úplnou realizaci potenciálních schopností syntetizované antény je tedy nutné zpracovat signál zavedením fázových korekcí v souladu s polohou uvažovaného bodu vzhledem k radarové anténě. V pulzních radarech se signál opakuje s periodou a korekce se zavádějí diskrétně v dobách počítaných od doby příjmu průměrného pulzu odraženého v době, kdy daný bod se nachází na traverzu létajícího letadla.

Přizpůsobený filtr pro signál bodového cíle při známém rozsahu a rychlosti radaru vzhledem k cíli odpovídá schématu koherentního filtru pro dávku impulzů, přičemž amplitudy pulzů jsou vynásobeny váhami a posunuty ve fázi o korekční hodnota. Takové zpracování (zaostřování) je vyžadováno pro každý prvek rozsahu, tj. Je vyžadován filtr pro každý rozsah (diskrétnost závisí na rozlišení rozsahu určeného šířkou spektra signálu) a parametry filtru se musí změnit při změně rychlosti radaru.

Požadavky na zpracovatelské zařízení jsou dány především dobou syntézy, která je u zaměřených systémů stejná. Takže při rychlosti letadla, při daném rozlišení na dálku, když radar pracuje na vlně, je požadovaná velikost syntetizované clony. V tomto případě . Při frekvenci opakování pulsů počet signálů přidaných během zpracování pro každý prvek rozsahu, jehož počet v rozsahu rozsahu může dosáhnout. Počet úrovní kvantování určuje bitovou hloubku zpracovatelského zařízení. Tedy celkové množství zpracovaných informací. Pokud jsou k dispozici kvadraturní kanály, hodnota se zdvojnásobí a je řádově 108 bitů. Vezmeme-li v úvahu fázovou korekci v každém opakovacím období, dosáhne požadovaná rychlost zpracování v takových systémech.

Přes relativní složitost je možná digitální implementace procesorů využívajících moderní základnu prvků, zejména při zpracování na frekvenci videa. Výhodou digitálního zpracování je schopnost získat obraz terénu pod letadlem nebo satelitem v reálném čase.

Pokud je přijatelné zpoždění v pořizování obrazu (například při mapování), je vhodné při syntéze clony použít optické metody zpracování signálu, protože optická zařízení poskytují vícekanálové koherentní zpracování signálu pro všechny prvky rozsahu najednou.

Princip zpracování je následující. Přijaté signály jsou zaznamenány na fotografický film, natažený rychlostí úměrnou rychlosti letadla V, přičemž čáry dosahu jsou umístěny napříč filmem. V určité vzdálenosti od začátku každé čáry, úměrné vzdálenosti uvažovaného bodu D, se v průběhu času zaznamenávají odražené signály, záznam v podélném směru (podél filmu) ve vhodném měřítku přenáší distribuci signálů podél syntetizovaná clona.

Po vyvolání (doba vývoje určuje zpoždění zpracování) je film stažen před okno optické zařízení při ozařování homogenním koherentním světelným paprskem. Rovinná světelná vlna procházející filmem je modulována v amplitudě a fázi zaznamenaným signálem. Rozměry skvrny získané na optické obrazovce nebo jiném fotografickém filmu na výstupu optického filtru odpovídají šířce radiačního obrazce syntetizované antény, která je mnohonásobně menší než šířka radiačního vzoru skutečné antény . Výběrem parametrů prvků (čoček) optického filtru lze zajistit koherentní zpracování a získat vysoké rozlišení syntetizovaného radarového obrazu. Právě pomocí bočně vypadajícího radaru se syntézou clony, umístěného na umělém satelitu Venuše, se sovětským vědcům podařilo získat jasný radarový obraz této planety, který byl uzavřen pro optické pozorování.

Syntéza clony antény je jedním z nejslibnějších směrů ve vývoji radaru, který se objevil koncem padesátých let a okamžitě přitahoval širokou pozornost. Hlavní výhodou tohoto směru je vícenásobné (1000 a vícekrát) zvýšení úhlového rozlišení radaru. Současně je zajištěna možnost rádiového zobrazování radarových objektů a detekce objektů malých rozměrů, což zvyšuje přesnost určení cíle a odolnost proti rušení radaru. V první fázi vývoje tohoto směru bylo dosaženo hlavních úspěchů ve významném zvýšení efektivity leteckého a vesmírného průzkumu. V budoucnu se metody syntézy clony začaly používat v průzkumných a úderných komplexech, multifunkčních radarech letadel pro detekci malých a skupinových cílů a navádění zbraní na ně, v radaru pro plánovanou kontrolu, elektronické inteligenci a navigačních systémech.

Ve vývoji teorie a praxe probíhaly dvě fáze, od radaru po rádiové zobrazování.

V první fázi bylo díky použití širokopásmových (100 MHz a více) znějících signálů možné zajistit vysoké rozlišení zpoždění signálu a v důsledku toho vysoké rozlišení v dosahu (několik metrů nebo lepší). Rozlišení rozsahu je určeno výrazem

Šířka spektra snímacího signálu.

- vlnová délka radaru; c 1 - velikost antény,

Tvorba vzoru skutečné antény. Abychom objasnili princip syntézy clony, nejprve uvažujeme o vytvoření radiačního vzoru skutečné antény, která určuje rozlišení podél úhlové souřadnice běžného radaru.

Nechť existuje otvor pro lineární anténu o velikosti d, na který dopadá rovinná elektromagnetická vlna pod úhlem 0 (obr. 2.1), tj. anténa přijímá.

Otvor (otvor) označuje tu část antény, která se podílí na emisi nebo příjmu elektromagnetické vlny. Vlnová fronta je povrchem stejných fází. V uvažovaném případě se jedná o rovinu. Fáze elektromagnetické vlny podél otvoru (osa X) je určena zpožděním čela vlny vzhledem ke středu otvoru:

kde r (x) je vzdálenost od čela vlny k bodu x na cloně.

Radiační vzorec je tvořen jako výsledek fázového sčítání elektromagnetické vlny dopadající na otvor:

Intenzita elektromagnetické vlny.

Normalizovaný radiační vzor je v tomto případě

na úrovni 0,7 nebo, což je stejné, 0,5 z hlediska výkonu:

Pokud je v provozu jedna anténa, nejen pro příjem, ale také pro vysílání, je DN definováno jako

a ekvivalentní šířka vzoru pro vysílání a příjem je

Obecněji řečeno, otvor antény určuje objem analyzovaného časoprostorového signálu, což je závislost síly, fáze a polarizace elektromagnetického pole na prostorových souřadnicích a čase. Clonu tedy charakterizují geometrické rozměry analyzovaného objemu elektromagnetické vlny, čas analýzy, polarizace a frekvenční parametry. V tomto případě je rozlišení v úhlové souřadnici určeno změnou časoprostorového signálu v otvoru antény v závislosti na úhlové poloze zdroje elektromagnetických vln.

Známými příklady takového časoprostorového signálu jsou volumetrické holografické čočky a syntetické otvory.

Syntéza clony. Hlavní rozdíl mezi syntetizovanými (umělými) otvory a konvenčními (skutečnými) anténními otvory je v tom, že syntetizovaný otvor (SA) se vytváří postupně v čase. V každé tento moment příjem elektromagnetické vlny se provádí skutečnou clonou a syntetizovaná clona je výsledkem postupného příjmu elektromagnetické vlny skutečnou clonou v čase v jiné poloze vzhledem ke zdroji elektromagnetické vlny. Uvažujme proces syntézy na příkladu vzniku přímočarého otvoru SAR (obr. 2.2).

Jeho směrový vzor pro příjem je určen stejným způsobem jako BP skutečné clony. Invaze vlnové fáze mezi dvěma polohami skutečné antény na trajektorii

dvakrát větší než u běžné clony, což je způsobeno dvojitým průchodem vzdálenosti r elektromagnetickou vlnou (při vysílání a při příjmu). Ve výsledku se ukázalo, že šířka vyzařovacího diagramu pro syntetizovaný otvor SAR tohoto typu je menší než šířka skutečného otvoru stejné velikosti:

Hlavním výsledkem syntézy clony je, že velikost clony se zvýšila o faktor N ve srovnání s velikostí skutečné clony.

výsledkem byla vytvořena syntetizovaná clona

pohybující se skutečnou anténou. V tomto případě je efektu dosaženo zvýšením objemu analyzovaného pole v prostoru a čase.

Hlavní vlastnosti syntetizované clony. Uvažujme o hlavních vlastnostech syntetizované clony.

pro palubní letadla a vesmírné systémy. Typické hodnoty relativních velikostí clony různé systémy následující:

Vzhledem k velké velikosti otvoru SAR je možné dosáhnout vysokého lineárního rozlišení v úhlové souřadnici na velké vzdálenosti:

Syntetizovaná clona je vytvořena jako výsledek příjmu a zpracování signálů odražených od cíle, tj. syntetizovaná clona určuje DP pouze pro příjem. Anténní vzor pro přenos při syntéze clony je určen vzorem skutečné antény. Polarizační a frekvenční vlastnosti SA jsou také určeny skutečnou anténou.

Při syntéze clony může pracovat (vysílat, přijímat) současně pouze jeden anténní prvek (skutečná anténa). V tomto případě neexistují žádné elektrodynamické problémy při tvorbě celého otvoru, protože nedochází k interakci prvků v elektromagnetickém poli. Úkol syntézy clony a tvarování paprsku se ve skutečnosti omezuje na vývoj algoritmů a jejich provádění procesorem pro zpracování signálu trajektorie. Pokud jde o skutečnou anténu, vzor antény syntetizované clony je závislost signálu na výstupu procesoru na úhlové souřadnici bodového zdroje záření nebo opětovného záření (v případě aktivního SAR).

Vzor může být jednopaprskový, vícepaprskový, monopulzní, adaptivní atd.

Pozorovací objekty SAR jsou ve většině případů umístěny v mezilehlé zóně (Fresnelova zóna) clony, a ne ve vzdálené zóně, jako ve většině skutečných antén. Při příjmu ve vzdáleném poli je vlnová fronta v otvoru považována za plochou. Se zvětšením velikosti clony (nebo zmenšením vzdálenosti k objektu) nelze opomenout sférickost čela vlny. Podmínka vzdáleného pole je obvykle zapsána jako

Pro skutečný anténní palubní radar je hranice vzdálené zóny asi 100 m a při syntéze se počítá na tisíce kilometrů. Proto je při zpracování signálu trajektorie v SAR nutné vzít v úvahu sférickost fázové fronty elektromagnetické vlny. V nejjednodušší SAR, když je velikost SA malá, se nebere v úvahu zakřivení přední části elektromagnetické vlny. Tento režim se nazývá Dopplerovo zúžení paprsku (DOL) a zvýšení rozlišení je malé (10 ... 30) krát.

Vezmeme-li v úvahu sférickost čela vlny při zpracování signálu trajektorie, nazýváme to zaostřování a clona se nazývá zaostřená clona. Na obr. 2.3 ukazuje distribuci pole nezaostřených (DOL) (a) a zaostřených (b) otvorů ve střední a vzdálené zóně anténního vzoru.

Na zaostřovací vzdálenost, tj. stejné jako konvenční anténa vzdáleného pole. Můžeme říci, že proces zaostřování přenáší vlastnosti směrovosti clony ze vzdálené zóny do mezilehlé zóny.

Vzhledem k tomu, že sférickost vlnové fronty závisí na vzdálenosti k objektu, je pro různé vzdálenosti vyžadován jiný zákon zaostřování, tj. pro zajištění zaostření SA je zapotřebí vícekanálový algoritmus rozsahu pro zpracování signálu trajektorie.

Díky zaostřování poskytuje CA v mezilehlé zóně rozlišení nejen v úhlu, ale také v rozsahu, dokonce is modulovaným signálem. Obvykle je však malý a rozlišení rozsahu je zajištěno modulací signálu sondy.

Hlavními zdroji chyb - nekoherence signálu trajektorie - jsou fázové nestability modulů transceiveru, nestability trajektorie nosiče SAR a nestabilita média pro šíření elektromagnetických vln. Přípustná chyba ve znalostech trajektorie pohybu antény se tedy rovná několika milimetrům (v centimetrovém rozsahu elektromagnetické vlny). To vyžaduje speciální opatření pro kompenzaci těchto chyb pomocí mikronavigačních systémů a algoritmů automatického zaostřování.

Výkonové charakteristiky SA (poměr signál / vnitřní šum) jsou určeny ziskem skutečné antény a dobou syntézy, tj. čas koherentní akumulace signálů. Odolnost proti rušení od vnějšího aktivního a pasivního rušení je určena jak anténním vzorem skutečné antény, tak směrovými vlastnostmi antény, tj. výběr prostorové interference.

Ve skutečnosti v každé poloze antény během syntézy clony je přijímaný výkon signálu určen výkonem záření a ziskem antény a fázové přidání těchto signálů během syntézy je ekvivalentní akumulaci energie signálu během syntézy při konstantním spektrálním síla vnitřního šumu. Navíc, pokud jde o zdroje vnějšího rušení, je možný úhlový výběr, jehož účinnost závisí na anténním vzoru skutečných a syntetizovaných otvorů.

Lze provést relativní pohyb antény a objektu potřebného pro vytvoření SA různé metody... Tvorba SA v důsledku pohybu antény se stacionárním objektem se nazývá přímá syntéza a tvorba SA během pohybu objektu a stacionární antény se nazývá reverzní syntéza. V tomto případě je možné vytvoření SA v důsledku rotace objektu, která je ekvivalentní pohybu antény kolem objektu.

Současné použití ne jedné, ale mnoha antén v procesu syntézy umožňuje syntetizovat nejen lineární, ale také ploché a volumetrické SA.

což je pro palubní digitální počítače extrémně obtížný úkol. V pozemských podmínkách je tento problém úspěšně vyřešen optickým procesorem, který využívá záznam trajektorie signálu na fotografickém filmu a zpracování analogového signálu pomocí koherentního optického systému.

Syntéza clony trvá určitou dobu, což vede ke zpoždění informací v SAR. Minimální informační zpoždění je určeno časem syntézy, tj. doba vzniku SA. Obvykle jsou to desetiny - jednotky sekund. Maximální zpoždění se určuje s přihlédnutím k době provádění syntézního algoritmu příslušným procesorem pro zpracování signálů trajektorie. Pozemní optické procesory mají nejvyšší latenci. Skládá se z doby letu letadla v operačním prostoru SAR, doby návratu na základnu, doby dodání fotografického filmu se záznamem trajektorie do laboratoře, doby fotochemického zpracování filmu , optické zpracování a záznam obrazu na sekundární fotografický film a konečně fotochemické zpracování sekundárního filmu. Tato doba může trvat až několik hodin.

APERTURE SYNTHESIS, metoda pro získání vysokého úhlového rozlišení syntézou výsledků měření prováděných rádiovým interferometrem, skládající se ze dvou malých otvorů pohybujících se uvnitř velké clony a korelačního (násobícího) přijímače. Výsledek měření syntézy clony je podobný měření s velkou clonovou anténou. Se syntézou clony, velký počet měření na různých pozicích prvků a výsledky jsou shrnuty s určitými váhami a fázemi.

Metodu syntézy clony navrhl v roce 1952 M. Ryle, který ji použil ke studiu rádiové struktury galaxií. V roce 1974 byla Ryleovi a E. Hewishovi udělena Nobelova cena „za inovativní výzkum v radioastrofyzice“. Nejrozšířenější syntéza clony je v radioastronomii a radaru. V radioastronomii se syntéza clony používá v souvislosti s problémy studia úhlového rozložení intenzity záření rádiového zdroje s jemnou strukturou od úhlových minut po zlomky sekundy. Pro takové studie jsou potřebné antény s poměrem d / λ (d je lineární velikost otvoru, λ je vlnová délka) řádově 10 3 -10 6, proto by pro centimetrový rozsah rádiových vln měl d být řádově stovky metrů nebo více. Přirozeně je nemožné vytvořit konvenční antény s takovým otvorem, proto je otvor „syntetizován“ měřením v samostatných bodech umístěných uvnitř tohoto syntetického otvoru a prováděním příslušného zpracování měření. Výsledkem je vysoké úhlové rozlišení.

Při použití metody syntézy clony je velká anténa rozdělena na N prvků. Dopadající vlny, odražené od každého prvku, spadají do ohniska antény ve fázi. Proto lze vysokofrekvenční napětí V (t) v ohnisku zapsat jako součet složek ΔV i (t) z jednotlivých prvků:

Výkon P na výstupu přijímače velké antény je úměrný střední hodnotě druhé mocniny napětí:

Ze vzorce (2) je patrné, že výsledek měření obsahuje výrazy, které závisí na signálech přijatých pouze z dvojic prvků. Každý člen lze měřit pomocí dvou malých antén, které se rovnají prvku clony umístěného v polohách i a k, a korelačního (násobícího) přijímače. Pokud pozorovaná oblast oblohy neobsahuje proměnné zdroje, lze takový interferometr použít pro sekvenční měření podmínek řady (2).

Segment linie východ-západ na zemském povrchu, viditelný ze strany vzdáleného zdroje, se za 12 hodin otočí o 180 °. Pokud všechny prvky anténního pole v tomto segmentu sledují zdroj, pak je možné za 12 hodin syntetizovat kruhový otvor v rovině kolmé k ose rotace Země s průměrem rovným délce segmentu. Šířka syntetizovaného diagramu v libovolném směru je nepřímo úměrná projekci otvoru v tomto směru. Zhoršení rozlišení ve směrech blízko rovníkové roviny je eliminováno použitím anténního pole ve tvaru písmene T se segmenty orientovanými ve směru východ-západ a sever-jih (obr.).

Moderní systémy pro syntézu clony se skládají z velkého počtu antén s plným otočením a současně fungujících nezávislých korelačních interferometrů, což výrazně zkracuje dobu pozorování. Každý interferometr rotující se Zemí měří velké množství termínů v sérii (2). U víceprvkových interferometrů umožňuje metoda syntézy clony syntetizovat paprsek s takovou šířkou, kterou lze dosáhnout otvorem majícím rozměry srovnatelné s rozměry anténního pole.

Pro úplnější extrakci informací z výsledků měření se používají apriorní informace o jasu oblohy. Taková a priori informace umožňuje použití systémů daleko oddělených antén, stejně jako konstrukci map oblohy pomocí pouze měření amplitudy, když jsou fázové informace nespolehlivé nebo nedostupné.

První práce využívající malé pohyblivé antény pro syntézu clony byly provedeny v Cambridge (Velká Británie) v roce 1954. V Sydney v Austrálii byla v roce 1956 poprvé použita rotace Země k syntéze dvojrozměrné mřížky pomocí lineární. Většina známý systém syntéza clony - anténní pole VLA (Very Large Array) v Novém Mexiku (USA), dokončeno v roce 1981. Skládá se z 27 kruhových paraboloidů o průměru 25 m, které mohou cestovat po třech kolejích ve tvaru Y o délce 21 kilometrů. Úhlové rozlišení tohoto systému při vlnové délce 1,3 cm je 0,05 ".

Metoda clonové syntézy se také používá v interferometrech tvořených anténami oddělenými stovkami a tisíci kilometry (velmi dlouhé základní rádiové interferometry). To umožňuje syntetizovat otvory srovnatelné s rozměry Země a získat úhlové rozlišení řádově 0,001 ", což je mnohem vyšší, než je dosahováno v optické astronomii. V budoucnu bude vytvoření otvorů Země-prostor, některé z nichž bude umístěn na kosmické lodi (projekt Radioastron, Rusko) ...

Dosl.: Kraus J.D. Radioastronomie. 2. vyd. Powell, 1986; Christiansen U., Högbom I. Radioteleskopy. M., 1988.

Radarová syntéza clony (SAR) je metoda, která umožňuje získávat radarové snímky zemského povrchu a objektů na něm umístěných, bez ohledu na meteorologické podmínky a úroveň přirozeného osvětlení oblasti s detailem srovnatelným s leteckými snímky.

Vlastnosti získávání radarového obrazu

Většina jednoduchým způsobem získání radarového obrazu (RI) terénu je použití režimu skutečného paprsku, kdy radarová stanice (radar) instalovaná na nosném letadle sleduje zemský povrch skenováním antény v horizontální rovině, například v sektoru ± 90 ° vzhledem k vektoru rychlosti nosné. V tomto případě je obraz terénu v zorném poli pozorován ve formě sektoru o velikosti ± 90 ° s maximálním poloměrem rovným dosahu radaru. Hlavní nevýhodou tohoto režimu je nízké rozlišení azimutu, které je při nekoherentním zpracování určeno šířkou směrového vzoru (BP) skutečné antény v horizontální rovině. DN šířka $(\backslash \; Theta)\; \_\; (az)$ závisí na vodorovné velikosti antény $d$(clony) a vlnové délky elektromagnetických oscilací vyzařovaných radarem: $(\backslash \; Theta)\; \_\; (az)\; =\; \backslash \; lambda\; /\; d$... Současně se lineární rozlišení azimutu zvyšuje úměrně se šikmým rozsahem. Například na vlnové délce $\backslash \; lambda\; =\; 3$ cm a velikost antény 150 cm šířka paprsku $(\backslash \; Theta)\; \_\; (az)\; =\; 1,15$° a ve vzdálenosti 120 km bude lineární rozlišení asi 2,5 km. Toto nízké rozlišení znamená, že na obrázku jsou viditelné pouze velké objekty (mosty, osady, lodě).

Příjem vysoké rozlišení azimut vyžaduje velkou clonovou anténu. Umístění antén velkých rozměrů na letadlo je nemožné, proto, aby bylo zajištěno mnohem lepší rozlišení azimutu, než jaké určuje šířka anténního vzoru skutečné antény, používají se koherentní režimy provozu, které umožňují vytvoření syntetizované clony větší (1000 nebo vícekrát) velikosti.

Podstata PCA

Napište recenzi na článek "Radarová clonová syntéza"

Literatura

1. Multifunkční radarové systémy letadel. T.1. Radar - informační základna bojové operace multifunkčních letadel. Systémy a algoritmy pro primární zpracování radarových signálů / Ed. A. I. Kanashenkov a V. I. Merkulova. - M.: Radiotekhnika, 2006 .-- 656 s. - ISBN 5-88070-094-1.
2. Kondratenkov, G.S. Radarové stanice průzkumu Země / GS Kondratenkov, VS Potekhin [a další]. - M.: Radio and communication, 1983. - 272 s.
3. Antipov, V.N. Radarové stanice s digitální syntézou anténního otvoru / VN Antipov, VT Goryainov [et al.]. - M.: Radio and communication, 1988 - 304 s. - ISBN 5-256-00019-5.
4. Dudnik, P.I. Multifunkční radarové systémy: učebnice. příručka pro univerzity / PI Dudnik, AR Ilchuk [a další]. - M.: Bustard, 2007 .-- 283 s. - ISBN 978-5-358-00196-1.
5. - 2010

• Bakhrakh L.D. Metody měření parametrů vyzařovacích systémů v blízké zóně / Bakhrakh L.D .. - L .: Nauka, 1985. - 272 s.

• Safronov G.S.Úvod do radiologické holografie. - M.: Sov. rozhlas, 1973 .-- 288 s.

Odkazy

Výňatek charakterizující syntézu clony radaru

Celý tento den 25. srpna, jak říkají jeho historici, strávil Napoleon na koni, prohlížel si oblast, diskutoval o plánech, které mu předkládali jeho maršálové, a osobně vydával rozkazy svým generálům.
Počáteční linie dispozice ruských vojsk podél Koloche byla přerušena a část této linie, jmenovitě levé křídlo Rusů, v důsledku zajetí Shevardinské pevniny 24., byla přenesena zpět. Tato část linie nebyla opevněna, již nebyla chráněna řekou a pouze před ní bylo otevřenější a rovnější místo. Každému vojenskému i nevojenskému muži bylo zřejmé, že na tuto část linie mají zaútočit Francouzi. Vypadalo to, že to nevyžadovalo mnoho úvah, že taková ostražitost a nepříjemnost císaře a jeho maršálů není nutná a že speciální nadřazená schopnost zvaná genialita, kterou rádi připisují Napoleonovi, vůbec není potřeba; ale historici, kteří později popsali tuto událost, a lidé, kteří poté obklíčili Napoleona, a on sám myslel jinak.
Napoleon jel přes pole, zamyšleně hleděl na oblast, souhlasně nebo nedůvěřivě potřásal hlavou sám se sebou a bez informování generálů kolem sebe o promyšleném pohybu, který vedl jeho rozhodnutí, vynesl jim pouze konečné závěry v podobě rozkazů. Poté, co Napoleon vyslechl návrh Davouta, nazývaného vévoda z Eckmühlu, obejít levé křídlo Rusů, řekl, že by se to nemělo dělat, aniž by vysvětlil, proč to není nutné. Na návrh generála Compana (který měl zaútočit na záblesky), aby vedl svou divizi v lese, Napoleon vyjádřil souhlas, navzdory skutečnosti, že si takzvaný vévoda z Elchingenu, tedy Ney, dovolil všimnout si ten pohyb lesem byl nebezpečný a mohl by narušit rozdělení ...
Poté, co Napoleon prozkoumal oblast naproti Shevardinské pevnůstce, chvíli mlčel a ukázal na místa, kde měly být do zítřka zřízeny dvě baterie pro zásah proti ruskému opevnění, a na místa, kde se mělo postavit polní dělostřelectvo vedle jim.
Poté, co vydal tyto a další rozkazy, se vrátil do svého velitelství a dispozice bitvy byla zapsána pod jeho diktátem.
Tato dispozice, o které francouzští historici mluví s nadšením a ostatní historici s hlubokou úctou, byla následující:
"Za úsvitu zahájí dvě nové baterie postavené v noci na pláni obsazené princem Eckmühlem palbu na dvě nepřátelské baterie nepřátel."
Zároveň se náčelník dělostřelectva 1. sboru, generál Pernetti, s 30 děly divize Kompan a všemi houfnicemi divize Desse a Friant, pohne vpřed, zahájí palbu a bombarduje nepřátelskou baterii granáty, proti které budou jednat!
24 strážných dělostřeleckých zbraní,
30 děl divize Kompan
a 8 děl divize Friant a Desse,
Celkem - 62 zbraní.
Šéf dělostřelectva 3. sboru, generál Fouche, umístí všechny houfnice 3. a 8. sboru, celkem 16, na boky baterie, která je přidělena ke střelbě na levé opevnění, což bude celkem 40 děl proti tomu.
Generál Sorbier musí být připraven na první rozkaz provést se všemi houfnicemi strážného dělostřelectva proti jednomu nebo druhému opevnění.
V pokračování kanonády se kníže Poniatovský vydá do vesnice, do lesa a obejde nepřátelskou pozici.
Generál Kompan se bude pohybovat lesem, aby dobyl první opevnění.
Po vstupu do bitvy tímto způsobem budou vydávány rozkazy podle akcí nepřítele.
Kanonáda na levém křídle začne, jakmile uslyšíte kanonádu pravého křídla. Když střelci divize Moran a divize místokrále uvidí začátek útoku z pravého křídla, zahájí těžkou palbu.
Místopředseda se zmocní vesnice [Borodino] a překročí své tři mosty ve stejné výšce s divizemi Morana a Gerarda, kteří pod jeho vedením půjdou do pevnůstky a vstoupí do linie se zbytkem armáda.