Pöörd- (pöörd-) ava sünteesi meetodid

Kui kasutate edastamiseks ühte antenni

Sama on ette nähtud

eraldusvõime, nagu ava sünteesimisel radari transiiveri antenni liikumise tõttu:

, mis tagab nurkeraldusvõime

Sihtmärgi liikumise ja (või) pöörlemise kasutamisel põhinevaid sünteesimeetodeid nimetatakse pöördsünteesiks. Tüüpilised näited pöördsünteesi kasutamisest on järgmised:

mereväe sihtmärkide (laevade) radariportreede saamine nende kaldenurga ja lengerduse abil;

grupi õhusihtmärkide äratundmine;

nende stendil pöörlemise tõttu lahendatud sihtelementide EPR hindamine jne.

Vaatleme radari trajektoori signaali pöördava sünteesiga. Trajektoori signaali faas ja viivitus kui peamised sihtmärgi teabeallikad määratakse kauguse muutmisega sihtelementideni ava sünteesi protsessis. Üldiselt muutub kaugus sihtmärgi liikumisest radari suhtes ja sihtmärgi pöörlemisest. Sel juhul saab sihtmärk üheaegselt pöörata erinevatel tasapindadel erineva nurkkiirusega.

Sihtmärgi radiaalkiirus radari suunas.

Ja Doppleri sagedus

, välja arvatud algfaas

See moodustub kõigi sihtelementide radiaalse liikumise tõttu samaaegselt radari suhtes. Tavaliselt hinnatakse ja kompenseeritakse seda signaali sagedust.

Moodustub lineaarse tulemusena

sihtmärgi pöörlemiskeskme suhtes. Väikese ava sünteesiga trajektoorisignaalide sagedusmodulatsiooni sihtelementide eraldusvõime on väike. Seetõttu tagab vahemiku eraldusvõime sondeerimissignaali modulatsiooniga. Sel juhul on trajektoori signaali töötlemise algoritmis vaja arvestada nii signaali sageduse kui ka selle viivituse muutustega

on seotud järgmise tingimusega

(8.59)

Koordinaat

Maamõõtmisradaritel kasutatavaid pöördsünteesi meetodeid iseloomustavad järgmised põhijooned:

sihtmärk liigub ühe objektina, s.t. sihtmärgi üksikud elemendid liiguvad mööda omavahel seotud trajektoore;

üksikute objektide, näiteks laevade vaatlemisel määratakse vaateala suurus objekti suuruse järgi;

nurkkoordinaatide eraldusvõime määratakse sihtmärgi pöördenurgaga radaril oleva suuna suhtes sünteesiaja jooksul;

ava nurga suurus ei ületa tavaliselt kümmet kraadi, kuna sel juhul on juba saavutatud mitme lainepikkuse suurusjärk;

Vahemiku eraldusvõime tagatakse, nagu ka otsese sünteesi puhul, sondeerimissignaali moduleerimisega;

trajektoorisignaali parameetrid on määratud sihtmärgi liikumise parameetritega (lineaar- ja nurkkiiruse vektorid), mis enamasti on vaatlejale teadmata. See nõuab trajektoori signaali töötlemist, mis on kohandunud sihtmärgi liikumisparameetritega, ja suurt hulka a priori teavet sihtmärgi kohta.

Trajektoorisignaali Doppleri sagedusriba ja seega ka sondeerimisimpulsside nõutav kordussagedus määratakse sihtmärgi (vaateala) suuruse järgi asimuudis:

Moodustub sihtmärgi samaaegsel liikumisel erinevatel tasapindadel, see ei ole vaatlussuunaga risti. Siis kiirusvektor

Sihtpildi asimuutskaala, nagu varemgi, määratakse sihtmärgi pöörlemise nurkkiirusega

(8.61)

Pöördsünteesimeetodi rakendamine maamõõtmisradaris. Maamõõtmisradaris kasutatakse seda meetodit mereliste sihtmärkide (laevade) kujutiste saamiseks. See võimaldab saavutada kõrge eraldusvõime SAR-i eesmises vaatealal, kuna sünteesitava ava vajaliku nurga suuruse tagab laeva enda liikumine (liikumine ja pöörlemine). Lisaks võimaldab pöördava süntees saavutada kõrget eraldusvõimet mitte ainult vahemiku-asimuuttasandil, vaid ka vahemiku kõrguse tasapinnal. Seoses laevade vaatlemisega võimaldab see saada kujutist laevade tekiehitiste vertikaalsest kontuurist, mis on eriti oluline meresihtide äratundmise probleemi lahendamisel.

Samaaegselt karmil merel piki kurssi liikumisega kogeb laev ka kere vibratsiooni massikeskme ümber. Pöördsünteesiprobleemide korral kasutatakse tavaliselt laeva lengerdust, kaldenurka ja veeremist. Lengerdus piki kurssi (joonis 8.23,a) vastab laeva pöörlemisele vertikaaltelje suhtes. Kaldumine (vahelduv trimm vööris ja ahtris) vastab laeva pöörlemisele põiki horisontaaltelje suhtes (joonis 8.23.6). Vahelduv rull (rull) vasakule ja paremale küljele vastab laeva pöörlemisele pikisuunalise horisontaalse telje suhtes (joon. 8.23, c). Joonisel fig. 8.23 kõik pöörlemisteljed on joonise tasapinnaga risti.

Laeva pöörlemine (rullimine, lengerdus) on perioodiline, s.o. Laeva tasakaaluasendist (tavalisest) kõrvalekaldumise nurk muutub kooskõlas harmoonilise seadusega:

Võnkeperiood. Pöörlemise nurkkiirus muutub harmoonilise seaduse järgi:

Maksimaalse kiiruse väärtus

saavutatakse hetkel, kui laev läbib laeva tasakaaluasendit (nagu ka karmi mere puudumisel).

Selle määravad paljud tegurid: lainete kõrgus, lainete suund laeva kursi suhtes, liikumiskiirus ja laeva konstruktsioon. Suur laev võnkesüsteemina on võrdväärne kitsaribafiltriga ning selle võnkumiste parameetreid (amplituud ja periood) võib sünteesiajal lugeda konstantseks suurusjärgus sekundite murdosa.Laeva veeväljasurve vähenemisega (alla 1000 tonni), amplituud ja hälbe periood sõltuvad juba merelainete omadustest ja on juhuslikud. Üldiselt arvatakse, et nurk p on kitsaribaline tavaprotsess.

Tabelis 8.3 annab erinevat tüüpi laevade vibratsiooniomaduste hinnangulised väärtused merelainetel 5-6 punkti.

Kui laeva vaatejoon on nurkvõnkete (pöörlemise) teljega risti, on võimalik saada pilte laevast erinevates tasapindades. Pitching annab pildi piki laeva ja selle tekiehitisi, rullumine annab pildi laeva ja tekiehitiste külgsuunas, lengerdus annab kujutise laevast horisontaaltasapinnal. Laeva liikumine konstantsel kiirusel ja kursil on samaväärne radari liikumisega, kui laev seisab ja annab pildi horisontaaltasapinnal. Reaalses olukorras eksisteerivad kõik laeva vibratsiooni tüübid üheaegselt, mistõttu on pilditasandi asukoha määramine laeva suhtes keeruline. Samal ajal jälgides laeva dünaamilist pilti, s.o. Kujutis, mis muutub sõltuvalt laeva võnkumiste faasist sünteesi käigus, suudab selle klassi tõhusalt ära tunda.

Kaugused

kõrgusel b asuvast tekiehitisest radarile (joon. 8.24) määratakse avaldisega

kus b on tekiehitise elemendi kõrgus, mõõdetuna laeva pöörlemisteljest.

(radiaanides) võib radari kauguse muutust ja seega ka peegeldunud signaali faasi esitada järgmiselt.

Läbi nulli, kui kõrvalekalde nurkkiirus on maksimaalne (vt 8.64):

See muutub veidi ja igal pealisehitise elemendil on kõrguses oma Doppleri sagedus.

sünteesi ajal

saada luba laeva tekiehitise kõrgusele

Signaalitöötlusalgoritm taandatakse Doppleri filtreerimisele igas kaldvahemiku eraldusvõime elemendis. Saadud sõltuvused kehtivad ka laeva pikisuunas ja radarivaatlusel eesmises radarivaatealal SAR-kandelennuki ja laeva vastassuunas (joonis 8.25). Doppleri sageduse eraldusvõime vastab sel juhul eraldusvõimele pealisehitise b kõrguses ja sondeerimisimpulsi viivituse eraldusvõime vastab eraldusvõimele piki laeva.

Sünteesiaja pikenedes hakkavad mõjutama muutused Doppleri sageduses ja signaali hilinemises, mida tuleb töötlusalgoritmis arvestada. Maksimaalne eraldusvõime ilma viivituse ja sageduse muutusi arvestamata on piiratud (8.59)

Pideva sünteesiaja korral eraldusvõime halveneb.

on võimalik saada, mõõtes signaali karakteristikuid igas Doppleri kanalis monoimpulssantenni väljundis.

SAR-i lihtsustatud plokkskeem meresihtmärkide pöördsünteesi jaoks on näidatud joonisel fig. 8.26. Antennisüsteem moodustab kolm ruumilist vastuvõtukanalit: summa ja kaks diferentsiaalkanalit (horisontaalses ja vertikaalses tasapinnas). Pärast vahesagedusel teisendamist muudetakse vastuvõetud signaalid faasidetektorite ja ADC-de abil digitaalsignaalideks. Sagedusjälgimissüsteem määrab vastuvõetud signaalide keskmise Doppleri sageduse ja selle muutuse kompenseerimiseks signaali töötlemisel (autofookus) ning mõõdab ka signaali mähisjoone viivituse muutust kompenseerimiseks ava sünteesi ajal. Laeva pöörlemise (võnkumise) nurkkiiruse vektori mõõtmise süsteem võimaldab määrata laeva kujutise skaala ja orientatsiooni ruumis.

Sihtmärgi liikumine, nagu ka radarikandja liikumine, tekitab ava sünteesimise efekti, mille nurga suuruse määrab radari ja sihtmärgi vastastikune nurkliikumine. Näitame seda kahest sünkroonselt liikuvast väikesemõõdulisest objektist (punktsihikutest) koosneva rühmasihi (joonis 8.27) elementide lahendamise näitel.

Doppleri sagedust muudetakse nii, et kahe sama kiirusega liikuva sihtmärgi signaalide sageduste erinevus on

Vastavalt sellele radari ja sihtmärkide kiiruse tangentsiaalsed komponendid.

- vaatejoone pöörlemise nurkkiirus

Radar on sihtmärk.

Trajektoorisignaali töötlemise algoritm rühma sihtmärgi vaatlemisel on määratud signaali faasistruktuuriga, mis omakorda sõltub radari ja sihtmärkide vastastikusest liikumisest (trajektooridest).

Sirgete trajektooride ja konstantsete kiiruste korral radari ja sihtmärgi suhteline kaugus (vt joonis 8.27)

Trajektoori signaali faasifunktsioon (ebaolulise algfaasi ignoreerimine)

Vastavalt sellele trajektoori signaali Doppleri sagedus

Nurga A 6 võrra nihutatud sihtmärgi puhul trajektoorisignaali Doppleri sagedus

Üldiselt teadmata, nõutav

nende parameetritega kohanduv töötlemissüsteem, näiteks kasutades autofookust.

Lennuki jõuliste manöövrite ajal

cm, võib sünteesiaeg varieeruda 0,5–0,05 s. Adaptiivse töötlemisega, nagu autofookus, saab seda aega oluliselt pikendada.

Tehniline ülesanne

Arendage RTS-i :

RTS-tüüpi ……………....õhusõidukid;

Eesmärk. ……………Küljelvaatav sünteetilise avaga radar;

Väljatöötatud RTS-i taktikalised ja tehnilised omadused:

1 Tehniliste kirjelduste analüüs

Lennuki radarites on ranged piirangud antennide mõõtmetele, mis takistab asimuutlahutuse saavutamist.

Selle takistuse ületamiseks kasutatakse ühte kahest külgvaatega radaris rakendatud meetodist. Esimesel juhul asub antenn piki kere, mis võimaldab selle suurust oluliselt suurendada ja seeläbi eraldusvõimet parandada. Teise meetodi puhul kasutatakse antenni suuruse kunstlikku suurendamist nn ava sünteesi tõttu.

Tehniliste kirjelduste kohaselt on vaja välja töötada sünteetilise avaga lennuki külgvaatega radar. Sellistes radarites on suur antenn paigaldatud liikumatult piki lennuki kere. Antennisüsteemi kiir on suunatud lennuki teljega risti. Tavaliselt paigaldatakse kaks antenni, mille kiired on suunatud lennusuunast paremale ja vasakule. Maapinna teatud ala vaatamine toimub õhusõiduki enda liikumise tõttu lennu ajal (joonis 1).

Joonis 1 – Ruumi vaatamise põhimõte lennuki teljega risti olevas suunas.

Sünteetilise apertuurradari (SAR) tööpõhimõte põhineb suurendatud efektiivse pikkusega samaväärsete avade loomisel, mis saavutatakse spetsiaalsete signaalitöötlusmeetodite abil, mitte aga reaalse antenni ava füüsiliste mõõtmete suurendamisel. SAR kasutab ainult ühte antenni kiirgavat elementi (tõelist antenni), mis paikneb järjestikku lennutrajektooril. Kõigis neis positsioonides väljastatakse ja võetakse vastu signaale (joonis 2).

Sihtmärkidelt peegelduvad signaalid, nii vastuvõetud signaalide amplituud kui ka faas, salvestatakse mäluseadmesse,

Joonis 2 – Kunstliku (sünteesitud) ava moodustamise põhimõte.

Pärast kiirgava elemendi nihkumist teatud koguse võrra muutuvad mäluseadme signaalid väga sarnaseks signaalidele, mida võtsid vastu reaalse lineaarmassiivi elemendid. Kui mälus olevaid signaale töödeldakse sama algoritmiga nagu reaalse lineaarmassiivi moodustamisel, saame suure antenni signaalide vastuvõtmise efekti (“ava sünteesi” meetod).

Lisaks saab SAR-is mälus olevaid signaale vahemiku järgi valida ja vajadusel erineva vahemiku signaale erineval viisil töödelda (teravustada).

Pööramisel hakkab lennuk veerema, mille tulemuseks on kõrguse mõõtmise viga. Vea kõrvaldamiseks on vaja antenn fikseerida tasakaalustusseadmele, mille tulemusena on antenni kiirgusmustri põhisagara suunatud maapinnaga risti.

Tavaliselt kasutab külgvaade RTS impulssmoduleeritud signaali.

Antennil on koossekantne kiirgusmuster.

Et mitte halvendada lennuki aerodünaamilisi omadusi, asetatakse antenn spetsiaalse katte alla, mis ei sega raadiosignaali läbimist. Arvutustes on vaja arvestada, et lennuk paikneb erinevat tüüpi maapinnal, millel on erinevad peegeldusomadused.

2 Mõnede sünteetilise avaga radariüksuse konstruktsiooni omadused.

Antenn

RSL-antenni ava horisontaalne suurus määrab lineaarse asimuudi eraldusvõime, mis on praktiliselt saavutatav sünteetilise avaga radariga. Signaalide töötlemisel eeldatakse, et tõelise antenni võimendus lennuki lennu ajal jääb konstantseks. Seetõttu on vaja lasta antenni muster stabiliseerida nii, et jääkvihu võnkumised oleksid oluliselt väiksemad kui mustri laius. Enamasti paigaldatakse antenn külgsuunas.

Transiiver

Sünteetilise avaga radari puhul peab see tagama kõrge signaali koherentsuse. Sellest tulenevalt esitatakse rangemad nõuded generaatori sageduse stabiilsusele ja elementide parameetritele. Koherentse radari väljundiks on pinge sünkroondetektori väljundis. Väljundsignaal on bipolaarne videosignaal, mille võrdlusnihke tase vastab signaali nullnihkele.

Signaali salvestamine ja meeldejätmine.

SAR-i iseloomulik tunnus on vastuvõetud signaalide meeldejätmise vajadus, kuna sünteesitud mustri moodustamiseks vajalikud signaalid võetakse sisendis vastu mitte üheaegselt, vaid teatud aja jooksul. Salvestatud signaalide töötlemine võimaldab teil saavutada kõrge eraldusvõime. Sama signaali kasutatakse väljundsignaalide genereerimiseks suure hulga radari kujutise punktide jaoks. Mäluseadmete mahutavuse nõuded on väga kõrged. Kõrge eraldusvõimega radarid nõuavad palju mälu, seetõttu kasutavad nad tavaliselt fotograafilist mäluseadet.

Ava süntees (SA) on signaalitöötlusmeetod, mis võib oluliselt suurendada radari põiki lineaarset eraldusvõimet põhja suuna suhtes ja parandada piirkonna radaripildi detailsust. SA-d kasutatakse radarikaardi saamiseks (kaardistamise ajal), jääoludega tutvumiseks ja muudes olukordades. Kvaliteedi ja detailsuse poolest on sellised kaardid võrreldavad aerofotodega, kuid erinevalt viimastest on need saadavad maapinna optilise nähtavuse puudumisel (pilvede kohal lennates ja öösel).

14.1. SA-ga radari tööpõhimõte ja konstruktsioon

Radari kujutise detailsus sõltub radari lineaarsest eraldusvõimest. Polaarkoordinaatide kasutamisel määravad kauguse lahutusvõime (radiaallahutus) sondsignaali parameetrid ning põikisuunas (tangentsiaalne eraldusvõime) radari põhja laius ja kaugus sihtmärgini (joonis 14.1). Ala radaripildi detailsus on seda suurem, mida väiksem see on, s.t. see sõltub eraldusvõime elemendi suurusest (pindalast).

Riis. 14.1. Radaripildi detailsust iseloomustavad parameetrid

Kuna reduktsiooniprobleem lahendatakse lühikese impulsi kestusega sondeerivate signaalide kasutamisega või üleminekuga keerukatele signaalidele (sagedusmoduleeritud või faasinihkega). Vähendamine eeldab kitsaste kiirte kasutamist, kuna see on võrdeline kiire laiusega ja (k on lainepikkus; antenni pikkus), mis ei saa olla suurem kui õhusõiduki pikisuunaline suurus (pikkus). Tangentsiaalse eraldusvõime suurendamise peamine viis on sünteesimeetodi kasutamine radarites

antenni ava, kui lennuk liigub. Kõige sagedamini kasutatakse SA-ga radareid nn külgskaneerimise radarites (joonis 14.2).

Radarites, milles antenn asub piki kere, on seda suurem, mida suurem on lennuki kere pikisuunaline suurus. Kuna siseantenni suurus on struktuurselt piiratud, paraneb pildi detailsus radarites, mille antennid on piki kere, kuigi sõltuvus leviulatusest säilib.

Radikaalsem tee viib õhusõiduki edasiliikumise ajal sünteetiliste avaradariteni (SAR).

Riis. 14.2. Külgskaneerimise radari mustrid

Ava sünteesi põhimõte. Olgu lineaarne faasitud massiiv suurusega (apertuuriga) (joon. 14.3,a) emitteritest. Toite poolt vastuvõetud signaalide summeerimisel on võimalik igal ajahetkel saada faasitud massiividiagramm laiusega.Antud laiuse tagamiseks on võimalik ühe emitteri (antenni) järjestikuse liigutamise teel sünteesida faasmassiivi ) piki seda ava teatud kiirusel V sihtmärgilt peegeldunud signaalide vastuvõtmine, nende salvestamine ja seejärel koos töötlemine (joonis 14.3, b). Sel juhul lineaarne antenni ava efektiivse suurusega ja

Kiire laius aga suurendab sünteesile kuluvat aega ja radariseadmed muutuvad keerulisemaks.

Laske lennukil liikuda kindlal kõrgusel konstantse kiirusega V sirgjooneliselt ja paralleelselt maapinnaga (joon. 14.4).

Riis. (4.3. Faasmaatriksiga antenn (a) ja ava sünteesiahel emitteri liigutamisel (b)

Alumise laiusega ja rööbastee suhtes 90° pööratud antenn läbib järjestikku positsioone, milles see võtab vastu signaale, mis peegelduvad maapinna punktis asuvalt sihtmärgilt. Antenni erinevates asendites (erinevates) liiguvad samast punktist pärit signaalid erinevat vahemaad, mis toob kaasa nende signaalide faasinihete muutumise, mis on tingitud teekonna erinevusest Kuna signaal liigub kaks korda (sihtmärgi suunas ja eemale). it), kaks külgnevatest antenniasenditest vastuvõetud signaali erinevad faasi poolest

Olenevalt sellest, kas vastuvõetud signaalide töötlemisel kompenseeritakse (segmentidel moodustuvad) faasinihked või mitte, eristatakse fokuseeritud ja fokuseerimata SAR-e.Esimesel juhul taandatakse töötlemine antennide liigutamiseks, signaalide salvestamiseks, faasinihkete kompenseerimiseks ja summeerimiseks. signaalid (vt joonist a teises - samadele toimingutele, kuid ilma faasinihete kompenseerimiseta.

Riis. 14.4. Faasinihete ilmnemine õhusõiduki sirgjoonelise liikumise ajal ava sünteesi ajal

SAR-i tangentsiaalne eraldusvõime. Fokuseerimata töötlemine annab signaalide lisamise V, mille signaalide faaside erinevus on ava välimiste ja keskmiste elementide signaalide vahel. Kui eeldame, et maksimaalne väärtus on Alates joonisest fig. 14.4 järgneb seega, kui siis

Seega signaalide summeerimisel trajektoori lõigul, mis on võrdne sünteesitud kiire mustri laiusega

Sellisel juhul on tangentsiaalne eraldusvõime a sihtmärgist suvalisel kaugusel (joonis 14.5).

Riis. 14.5. Tangentsiaalse eraldusvõime sõltuvus kaugusest tavalisel radaril (1), teravustamata radaril SA-ga (2) ja fokuseeritud radaril SA-ga (3)

Fokuseeritud töötlemisel summeeritakse signaalid lennukile paigaldatud pärisantenni segamisosas, milles kiiritatakse punktis asuvat sihtmärki:

Sel juhul sünteesitud DNA laius

ja tangentsiaalne eraldusvõime

SAR-i struktuuriskeem. SAR-i aluseks on koherentse impulsiga radarid, mis on ehitatud sisemise koherentsusega skeemi järgi (joonis 14.6).

Sagedusel koherentne ostsillaator (CG) genereerib sondeerimissignaali sagedusega ühepoolses sagedusmodulaatoris Sagedusega võnkumiste allikaks on raadiosagedusgeneraator (RFG). Sondisignaali moduleeritakse modulaatori impulsside jadaga Võimsusvõimendi (PA) on saatja viimane etapp. Signaali töötlemine (mällu salvestamine, faasikompenseerimine, summeerimine) toimub tavaliselt keerukate digitaalsete filtrite abil madalatel sagedustel, nii et vooluahel pakub kvadratuurkanaleid, millest igaüks algab vastava faasidetektoriga. Faasidetektorite võrdluspinge allikaks on koherentne lokaalne ostsillaator (LOO). Kvadratuurkanali signaalid (mis salvestavad faasiteavet) suunatakse kas salvestusseadmesse või reaalajas digitaaltöötlusseadmesse (RDP). Analoogsignaali töötlemisel SA-ga radaris suunatakse kvadratuurfaasidetektorite väljunditest saadud teave salvestamiseks spetsiaalsesse seadmesse, näiteks optilisse seadmesse piltide salvestamiseks fotofilmile elektronkiiretoru ekraanilt, moduleeritud. heleduses

Riis. 14.6. Sünteetilise avaga radari plokkskeem

helendavad laigud. Info töötlemine ja reprodutseerimine toimub hiljem, pärast filmi töötlemist, ajalise viitega (mitte reaalajas).

Digitaalse signaalitöötluse puhul saadakse saadud info koheselt reaalajas töötlemise käigus.

Signaalitöötluse põhimõtted SAR-is. Igat tüüpi töötlemiseks on vaja meelde jätta sihtsignaalide teabe kaader.

Kaadri mõõtmed määratakse asimuutides sünteesitava ava efektiivse väärtuse järgi ja vahemikku (joonis 14.7a).

Kuna igas antenniasendis vastuvõetud signaalid jõuavad vaatamiskauguselt vastuvõtja sisendisse ajas järjestikku, siis salvestatakse need järjestikku ka igas asimuutkanalis, mis on tavapäraselt näidatud nooltega joonisel fig. 14,7, sünd. Sel juhul moodustatakse maastikualale vastav pildiraam mõõtmetega Hankige teavet sihtmärgi nurgaasendi kohta, s.o. x-koordinaadi kohta ava sünteesimisel on võimalik ainult analüüsides sellelt sihtmärgilt peegelduvaid signaale, mis on salvestatud sünteesiintervalli jooksul, mistõttu loetakse salvestusseadme teavet järjestikku igas vahemikukanalis (joonis 14.7c).

Riis. 14.7. Mällu salvestatud maastikuraam (a): graafikud sitaktide salvestamise (b) ja lugemise (c) kohta

Signaali töödeldakse SAR-is. Laske radaril töötada impulssrežiimis. Seejärel nihkub antenn kordusperioodi jooksul segmendi võrra

Sellise antenni nihkega sihtmärgist ilmajäämise vältimiseks nõuame, et joonisel fig. 14.8. Sel juhul moodustatakse maastikualale vastav pildiraam koos mõõtmetega ja Hankige infot sihtmärgi nurgaasendi kohta, st. x-koordinaadi kohta ava sünteesimisel on võimalik ainult analüüsides sellelt sihtmärgilt peegelduvaid signaale, mis on salvestatud sünteesiintervalli jooksul. Seetõttu loetakse salvestusseadmest saadavat teavet järjestikku igas vahemikukanalis (vt joonis 14.7, a) . Oletame nüüd, et ta on liikumatu ja sihtmärk

Riis. 14.8. Vastastikuse segunemise kinemaatika ja punktsihik

liigub selle suhtes sama kiirusega V (joon. 14.9, a). Alustades loendust hetkest, mil sihtmärk (punkt M) läbib ava keskosa ja loendades, on meil

Kui sihtmärk läbib kiirgusmustrit, muutub Doppleri sageduse nihe (joonis ja faas (joonis 14.9, c) vastavalt seadustele:

Pange tähele, et lennu konstandi koefitsiendid "k ja V sõltuvad; seetõttu on signaalitöötlus mitme kanaliga.

Ava sünteesi ajal peegeldunud signaalide kompleksset amplituudi saab esitada järgmiselt

Riis. 14.9. Radiaalkiiruse vektori (a) moodustamise skeem; signaali Doppleri sageduse (b) ja faasi (c) muutuse olemus sihtmärgi kohal lennates

Impulssradaris saabub signaal diskreetsetel ajahetkedel, nii et Siis

Signaali (14.4) diskreetsed komponendid tuleb meeles pidada ajavahemikul , kus

Algoritmid signaali töötlemiseks SAR-is. Signaali optimaalseks töötlemiseks (14.4) on vaja impulssreaktsiooniga filtrit

Ava süntees on tehniline tehnika, mis võimaldab märkimisväärselt suurendada radari eraldusvõimet lennusuunaga risti olevas suunas ja saada üksikasjalik pilt radarikaardist piirkonnast, mille kohal lennuk lendab. Sellise kaardi koostamise režiimi nimetatakse kaardistamiseks ja seda kasutatakse näiteks mõõdistus- ja võrdlevates navigatsioonisüsteemides, piirkonna kaartide hankimiseks ja muudes olukordades. Kvaliteedi ja detailsuse poolest on sellised kaardid võrreldavad aerofotodega, kuid erinevalt viimastest on need saadavad maapinna optilise nähtavuse puudumisel (lennu ajal, pilvede kohal). Radari kujutise detailsus sõltub radari lineaarsest eraldusvõimest. Radari suhtes radiaalsuunas määrab lineaarse eraldusvõime, st kauguse eraldusvõime dR, helisignaal ja põikisuunas (tangentsiaalne eraldusvõime) dl radari põhja laiuse ja kauguse järgi. sihtmärk (joonis 2.1). Mida väiksemad on dR ja dl, seda suurem on piirkonna radaripildi detailsus.

Joonis 2.1 Radaripildi detailsust iseloomustavad parameetrid

Joonis 2.2 Külgmise radari mustrid

HR vähendamise probleem lahendatakse lühikese impulsi kestusega sondeerivate signaalide või keerukatele signaalidele üleminekuga (sagedusmoduleeritud või faasinihkega). Dl vähendamist pole aga nii lihtne saavutada. kuna dl on võrdeline vahemikuga R sihtmärgi ja põhja laiusega ning horisontaaltasandil, kus l on lainepikkus ja ba on pikisuunaline suurus (pikkus). Peamised võimalused tangentsiaalse eraldusvõime suurendamiseks on radarite kasutamine piki kereantenne ja antenni ava süntees lennuki liikumisel.

Esimene tee viis nn side-scan radarite väljatöötamiseni (joonis 2.2). Selliste radarite puhul, mida suurem on lennuki kere pikisuunaline mõõde df, seda suurem on tangentsiaalne eraldusvõime. Kuna lf on suurem kui kere läbimõõt df, millest tavaliselt sõltub antenni suurus da, paraneb pildi detailsus piki kere antennidega radarites, kuigi sõltuvus leviulatusest jääb alles.

Teine, radikaalsem tee viib lennuki edasiliikumise ajal RSA-sse.

Ava sünteesi põhimõte. Olgu lineaarne faasiline massiiv suurusega (apertuur) L (joonis 2.3, a) N+1 emitterist. Kiiritajate poolt vastuvõetud signaalide summeerimisel on võimalik saada faasiline massiivdiagramm laiusega . Kui on vaja anda etteantud sihtmärk, siis on võimalik faasitud massiivi sünteesida, liigutades järjest ühte emitterit mööda seda ava teatud kiirusega V, võttes vastu sihtmärgilt peegelduvad signaalid, salvestades need ja seejärel neid koos töödeldes (joonis 3.6). Sel juhul sünteesitakse lineaarantenni ava efektiivse suurusega L ja valgusvihu laiusega cs = l/L, sünteesiks kuluv aeg tc = L/V aga pikeneb ja radariseade muutub keerulisemaks.

Joonis 2.3 Faasmaatriksiga antenn (a) ja ava sünteesiahel toite liigutamisel (b)

Laske lennukil liikuda kindlal kõrgusel konstantse kiirusega V sirgjooneliselt ja paralleelselt maapinnaga (joonis 2.4).

Joonis 2.4 Sihtmärgi ja lennuki suhteline asend ava sünteesi ajal.

Alumise laiusega antenn tsa ja pööratud 90° rööpajoone suhtes, läbib järjestikku positsioonide jada i = --N/2; ...; --2; --1; 0; +1; +2; . . . +N/2, milles ta võtab vastu maapinna punktis M asuvalt sihtmärgilt peegeldunud signaale. Antenni erinevates asendites (erineval i-l) liiguvad samast punktist pärinevad signaalid erinevat vahemaad, mis toob kaasa nende signaalide faasinihke muutuse, mis on põhjustatud signaali tee erinevusest?R. Kuna signaal läbib R kaks korda; sihtmärgi suunas ja sellest eemal, siis kaks kõrvuti asetsevates antenniasendites vastuvõetud signaali erinevad faasis järgmiselt:

Sõltuvalt sellest, kas signaalide summeerimisel segmentide DRi faasinihked Dc kompenseeritakse või mitte, eristatakse fokuseeritud ja fokuseerimata SAR-i. Esimesel juhul taandub töötlemine antennide liigutamisele, signaalide salvestamisele, faasinihete kompenseerimisele ja signaalide summeerimisele (vt joonis 2.3, b) ning teisel juhul samadele toimingutele, kuid faasinihkeid kompenseerimata.

SAR-i struktuuriskeem. SAR-i aluseks on koherentse impulsiga radarid, mis on ehitatud sisemise koherentsusega skeemi järgi (joonis 2.5). Koherentne CG generaator sagedusega fp.ch genereerib ühe külgriba modulaatoris sondeerimissignaali sagedusega fо+fp.ch. Fо sagedusega võnkumiste allikaks on sagedusjaotus. Sondisignaali moduleeritakse modulaatori M impulsside jadaga. PA võimsusvõimendi on saatja viimane etapp. Signaali töötlemine (mällu salvestamine, faasikompenseerimine, summeerimine) toimub tavaliselt madala sagedusega. Seetõttu pakub ahel kvadratuurseid kanaleid, millest igaüks algab vastava faasidetektoriga. Faasidetektorite võrdluspinge allikaks on koherentne lokaalne ostsillaator KG. Kvadratuurkanalite signaalid (mis salvestavad faasiteavet) suunatakse kas USA analoogsalvestusseadmesse või USSi reaalajas töötlevasse seadmesse.

Joonis 2.5 Sünteetilise avaga radari plokkskeem

Signaalitöötluse põhimõtted SAR-is. Igat tüüpi töötlemiseks on vajalik sihtmärkide kohta teabe salvestamine kaadri kaupa. Kaadri mõõtmed määratakse asimuutides sünteesitud ava LEf efektiivse väärtuse ja vaateulatuse Rmin järgi. . . Rmax (joonis 2.6, a). Kuna igas antenniasendis vastuvõetud signaalid jõuavad vastuvõtja sisendisse vaatamiskauguselt ajas järjestikku, siis salvestatakse need järjestikku igas N+1 asimuutkanalis, mis on tavapäraselt näidatud nooltega joonisel 2.6, b. Sel juhul moodustatakse maastiku pindalale vastav pildiraam mõõtmetega xk ja Rx. Sihtmärgi nurgaasendi, st x-koordinaadi kohta on ava sünteesimisel võimalik saada infot ainult sellelt sihtmärgilt peegelduvaid signaale analüüsides, mis on salvestatud sünteesiintervalli LEph ajal. Seetõttu loetakse salvestusseadme teavet järjestikku igas n vahemiku kanalis (joonis 2.6, c).

Joonis 2.6 Mälestatud maastikuraam (a), signaalide salvestamise (b) ja lugemise (c) diagrammid

Antenni ava süntees on radari arendamise üks lootustandvamaid valdkondi, mis ilmus 50ndate lõpus ja äratas kohe laialdase tähelepanu. Selle suuna peamine eelis on radari nurkeraldusvõime mitmekordne (1000 või enam korda) suurendamine. See tagab radariobjektide raadionägemise ja väikeste objektide tuvastamise võimaluse, suurendades sihtmärgi määramise täpsust ja radari mürakindlust. Selle valdkonna arendamise esimeses etapis saavutati peamised edusammud õhu- ja kosmoseluure tõhususe olulisel suurendamisel. Seejärel hakati ava sünteesi meetodeid kasutama luure- ja löögikompleksides, multifunktsionaalsetes lennukiradarites väikeste ja rühmasihtmärkide tuvastamiseks ja neile suunatavate relvade suunamiseks, planeeritud seireradarites, elektroonilistes luure- ja navigatsioonisüsteemides.

Teooria ja praktika arengus radarist raadionägemiseni oli kaks etappi.

Esimesel etapil oli tänu lairiba (100 MHz või enam) sondeerimissignaalide kasutamisele võimalik pakkuda kõrget eraldusvõimet signaali viivitamisel ja sellest tulenevalt kõrget eraldusvõimet levialas (paar meetrit või parem). Vahemiku eraldusvõime on antud

Uurimissignaali spektri laius.

- radari lainepikkus; c 1 - antenni suurus,

Pärisantenni mustri kujunemine. Ava sünteesi põhimõtte selgitamiseks käsitleme esmalt reaalse antenni kiirgusmustri kujunemist, mis määrab eraldusvõime piki tavapärase radari nurkkoordinaati.

Olgu siis lineaarne antenni ava suurusega d, millele langeb tasapinnaline elektromagnetlaine nurga all 0 (joon. 2.1), s.o. Antenn võtab vastu.

Ava (avamise) all peame silmas seda antenni osa, mis on seotud elektromagnetlaine kiirgamise või vastuvõtmisega. Lainefront on võrdsete faasidega pind. Vaadeldaval juhul on tegemist lennukiga. Elektromagnetlaine faas piki ava (X-telg) määratakse lainefrondi viivitusega ava keskpunkti suhtes:

kus r(x) on kaugus lainefrondist ava punktini x.

Kiirgusmuster moodustub avale langeva elektromagnetlaine faasilise liitmise tulemusena:

Elektromagnetlaine intensiivsus.

Normaliseeritud kiirgusmuster on sel juhul võrdne

tasemel 0,7 või, mis on sama, 0,5 võimsusega:

Kui üks antenn ei tööta mitte ainult vastuvõtuks, vaid ka edastamiseks, määratakse muster järgmiselt

ja samaväärne kiire laius edastamiseks ja vastuvõtmiseks

Üldisemal juhul määrab antenni ava analüüsitava aegruumi signaali ruumala, mis kujutab endast elektromagnetvälja tugevuse, faasi ja polarisatsiooni sõltuvust ruumilistest koordinaatidest ja ajast. Seega iseloomustavad ava elektromagnetlaine analüüsitava ruumala geomeetrilised mõõtmed, analüüsiaeg, polarisatsiooni- ja sagedusparameetrid. Sel juhul määrab eraldusvõime piki nurkkoordinaati antenni avas oleva aegruumi signaali muutusega sõltuvalt elektromagnetlaine allika nurgaasendist.

Tuntud näited sellisest aegruumi signaalist on mahulised holograafilised läätsed ja sünteesitud avad.

Ava süntees. Peamine erinevus sünteesitud (kunstlike) avade ja tavaliste (päris) antenniavade vahel seisneb selles, et sünteetiline ava (SA) moodustub ajas järjestikku. Igal ajahetkel toimub elektromagnetlaine vastuvõtt reaalse ava kaudu ja sünteesitud ava on tingitud elektromagnetlaine ajaliselt järjestikusest vastuvõtmisest reaalse ava kaudu, mis asub selle erinevas asendis allika suhtes. elektromagnetlaine. Vaatleme sünteesiprotsessi sirgjoonelise SAR-ava moodustamise näitel (joonis 2.2).

Selle vastuvõtu kiirgusmuster määratakse samamoodi nagu tegeliku ava muster. Lainefaasi sissetung tõelise antenni kahe positsiooni vahel trajektooril

kaks korda suurem kui tavaline ava, mis on tingitud elektromagnetlaine kahekordsest läbipääsust kaugusel r (edastuse ja vastuvõtu ajal). Selle tulemusena on seda tüüpi sünteesitud SAR-i ava kiirgusmustri laius väiksem kui sama suurusega reaalsel aval:

Ava sünteesi peamine tulemus on see, et ava suurus on suurenenud N korda võrreldes tegeliku ava suurusega.

selle tulemusena tekkis sünteesitud ava

tõelise antenni liigutamine. Sel juhul saavutatakse efekt analüüsitava välja mahu suurendamisega ruumis ja ajas.

Sünteesitud ava põhiomadused. Vaatleme sünteesitud ava peamisi omadusi.

õhusõidukite ja kosmosesüsteemide jaoks. Erinevate süsteemide avade suhteliste suuruste tüüpilised väärtused on järgmised:

SAR-i ava suure suuruse tõttu on võimalik saavutada kõrge lineaarne eraldusvõime nurkkoordinaatides pikkadel vahemikel:

Sünteesitud ava moodustub sihtmärgilt peegelduvate signaalide vastuvõtmise ja töötlemise tulemusena, s.o. sünteesitud ava määrab mustri ainult vastuvõtuks. Ava sünteesi ajal edastusmuster määratakse tegeliku antenni mustriga. SA polarisatsiooni- ja sagedusomadused määrab ka tegelik antenn.

Ava sünteesimisel saab korraga töötada (kiirgada, vastu võtta) ainult üks antennielement (pärisantenn). Sel juhul ei teki elektrodünaamilisi probleeme kogu ava moodustamisel, kuna elektromagnetväljas puudub elementide koostoime. Ava sünteesimise ja kiirgusmustri moodustamise ülesanne taandub tegelikult algoritmide väljatöötamisele ja nende rakendamisele trajektoori signaalitöötlusprotsessori poolt. Mis puutub pärisantenni, siis sünteesitud ava muster on protsessori väljundis oleva signaali sõltuvus punktkiirguse või taasemissiooni allika nurkkoordinaadist (aktiivse SAR-i korral).

Muster võib olla ühe-, mitmekiire-, monoimpulss-, adaptiivne jne.

SAR-i vaatlusobjektid asuvad enamikul juhtudel ava keskmises tsoonis (Fresneli tsoonis), mitte kaugemas tsoonis, nagu enamiku pärisantennide puhul. Kaugvälja vastuvõtu puhul eeldatakse, et lainefront ava juures on tasane. Kui ava suurus suureneb (või kaugus objektist väheneb), ei saa lainefrondi sfäärilisust enam tähelepanuta jätta. Tavaliselt kirjutatakse kaugvälja tingimus kujul

Tõelise pardaradari antenni puhul on kauge tsooni piir umbes 100 m ja sünteesituna ulatub see tuhandete kilomeetriteni. Seetõttu tuleb SAR-is trajektoorisignaali töötlemisel arvestada elektromagnetlaine faasifrondi sfäärilisusega. Lihtsaimas SAR-is, kui SA suurus on väike, ei võeta elektromagnetlainefrondi kumerust arvesse. Seda režiimi nimetatakse Doppleri kiire kitsendamiseks (DBT) ja eraldusvõime suurenemine on väike (10...30) korda.

Lainefrondi sfäärilisuse arvessevõtmist trajektoorisignaali töötlemisel nimetatakse teravustamiseks ja ava vastavalt fokusseeritud apertuuriks. Joonisel fig. Joonisel 2.3 on näidatud fokuseerimata (DOL) (a) ja fokuseeritud (b) avade väljajaotus mustri vahe- ja kaugemates tsoonides.

Teravustamiskaugusel, s.t. sama mis tavaline kaugvälja antenn. Võime öelda, et teravustamisprotsess kannab ava suunaomadused kaugemast tsoonist vahepealsesse tsooni.

Kuna lainefrondi sfäärilisus sõltub kaugusest objektini, on erinevatel kaugustel vaja erinevat teravustamisseadust, s.t. SA teravustamise tagamiseks on vaja trajektoori signaali töötlemiseks mitme kanaliga vahemikupõhist algoritmi.

Tänu teravustamisele pakub SA vahepealses tsoonis mitte ainult nurk-, vaid ka vahemiku eraldusvõimet isegi moduleeritud signaali korral. Kuid see on tavaliselt väike ja vahemiku eraldusvõime tagatakse sondeerimissignaali moduleerimisega.

Peamised vigade allikad – trajektoorisignaali ebaühtlus – on transiiveri moodulite faaside ebastabiilsus, SAR-kandja trajektoori ebastabiilsus ja elektromagnetlainete levikandja ebastabiilsus. Seega on antenni trajektoori tundmise lubatud viga võrdne mitme millimeetriga (elektromagnetlaine sentimeetrivahemikus). See nõuab erimeetmeid nende vigade kompenseerimiseks mikronavigatsioonisüsteemide ja automaatse teravustamise algoritmide abil.

SA energiakarakteristikud (signaali/sisemise müra suhe) määravad reaalantenni võimendus ja sünteesiaeg, s.o. signaalide koherentse kogunemise aeg. Väliste aktiivsete ja passiivsete häirete mürakindlus määratakse nii reaalse antenni mustriga kui ka SA suunaomadustega, st. häirete ruumiline valik.

Tõepoolest, igas antenni asendis ava sünteesi ajal määrab vastuvõetud signaali võimsuse kiirgusvõimsus ja antenni võimendus ning nende signaalide samaaegne lisamine sünteesi ajal võrdub signaali energia akumuleerumisega sünteesi ajal sisemüra konstantne spektraalvõimsus. Lisaks on välise interferentsi allikate suhtes võimalik nurga valik, mille tõhusus sõltub tegelike ja sünteesitud avade mustritest.

Antenni ja SA moodustamiseks vajaliku objekti suhtelist liikumist saab teostada erinevate meetoditega. Statsionaarse objektiga antenni liikumise tulemusena SA teket nimetatakse otseseks sünteesiks ning SA teket objekti ja statsionaarse antenni liikumise tulemusena pöördsünteesiks. Sel juhul on võimalik objekti pöörlemise tulemusena moodustada SA, mis on võrdväärne antenni liikumisega ümber objekti.

Mitte ühe, vaid paljude antennide samaaegne kasutamine sünteesiprotsessis võimaldab sünteesida mitte ainult lineaarseid, vaid ka lamedaid ja mahulisi SA-sid.

mis kujutab parda digitaalsete arvutite jaoks äärmiselt rasket ülesannet. Maastikutingimustes lahendab selle probleemi edukalt optiline protsessor, mis kasutab trajektoorisignaali salvestamist fotofilmile ja analoogsignaali töötlemist koherentse optilise süsteemi abil.

Ava süntees nõuab teatud aega, mis põhjustab SAR-i teabe viivitust. Minimaalse info viivituse määrab sünteesiaeg, s.o. SA moodustumise aeg. Tavaliselt on see kümnendikud – sekundiühikud. Maksimaalne viivitus määratakse, võttes arvesse sünteesialgoritmi täitmise aega vastava protsessori poolt trajektoorisignaalide töötlemiseks. Maapealsetel optilistel protsessoritel on suurim latentsusaeg. See koosneb lennuki lennuajast SAR-operatsioonipiirkonnas, baasi naasmise ajast, fotofilmi koos trajektoorisignaalide salvestamisega laborisse toimetamise ajast, filmi fotokeemilise töötlemise ajast, optilisest töötlemisest ja pildi salvestamine sekundaarsele fotofilmile ja lõpuks sekundaarse filmi fotokeemiline töötlemine. See aeg võib ulatuda mitme tunnini.