СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ ОБЪЕКТОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ РЛС Российский патент 2008 года по МПК G01S13/72 G01S13/90 

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным системам наблюдения за поверхностью на базе бортовой радиолокационной станции (РЛС), работающей в режиме высокого разрешения по азимуту - доплеровского "обужения" диаграммы направленности (ДН) антенны (узкополосной доплеровской фильтрации).

В данном режиме наблюдения линия визирования антенны (ось ДН) находится под острым углом к вектору путевой скорости движения объекта-носителя РЛС. При этом доплеровский угол α_j отклонения j-го луча отражения (в пределах ДН) от вектора путевой скорости измеряется в плоскости, расположенной под острым углом к поверхности, и соответствует j-му доплеровскому фильтру, настроенному на частоту f_j. Ортогональные проекции данных лучей на плоскость поверхности образуют j-e столбцы матрицы А_α радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности. Строки матрицы РЛИ соответствуют i-м элементам разрешения дальности. Элементами матрицы являются амплитуды отраженного сигнала A_α(i, j), зафиксированные на выходе j-x доплеровских фильтров в i-x элементах дальности. Таким образом получается матрица А_α РЛИ поверхности в координатах дальность R_i - доплеровский угол α_j (дальность R_i - доплеровская частота f_j). Для более точного восприятия изображения матрица А_α может быть преобразована в матрицу А_ϕ, представленную в системе координат дальность R_i - азимут ϕ_j (путем пересчета α_j в ϕ_j).

При выводе A_α(i, j) на экран индикатора получается цифровое телевизионное изображение (с градацией яркости точек по амплитуде), пространственное разрешение которого позволяет наблюдать изображение объектов на поверхности (Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. А.Н.Антипов, В.Т.Горяинов, А.Н.Кулин и др. Под ред. В.Т.Горяинова. М.: Радио и связь, 1988, 304 с.). Однако при таком способе получения РЛИ высота объектов на поверхности не определяется, что затрудняет идентификацию изображений объектов при их распознавании. В связи с этим возникает необходимость измерения высоты объектов на поверхности.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения РЛИ поверхности в режиме узкополосной доплеровской фильтрации (Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение в передней зоне обзора бортовой радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны. - Радиотехника, 2004, № 1. С.47-49). В соответствии с данным способом формируется матрица А_α РЛИ, элементы которой A_α(i, j) представляют амплитуды сигналов отражения, измеренные в системе координат i-x элементов разрешения дальности и j-x элементов разрешения по частоте. Недостатком данного способа является то, что при формировании РЛИ высота объектов на поверхности не определяется.

Технический результат направлен на измерение высоты объектов на поверхности путем формирования матрицы В_H изображения распределения высот контролируемого участка поверхности в координатах дальность R_i - высота H_k совместно с матрицей А_α амплитудного изображения в координатах дальность R_i - доплеровский угол α_j.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что способ измерения высоты объектов при формировании изображения объектов на поверхности с помощью бортовой РЛС, заключающийся в формировании матрицы А_α амплитуд отраженного сигнала A_α(i, j) в i-x элементах разрешения дальности и j-x элементах разрешения доплеровского угла α (доплеровской частоты f) при переднебоковом обзоре, когда вектор путевой скорости и линия визирования антенны находятся в плоскости, расположенной под острым углом к поверхности, отличаюет тем, что путем изменения направления движения носителя осуществляется переход к передненижнему обзору, когда вектор путевой скорости и линия визирования антенны находятся в плоскости, расположенной под прямым углом к поверхности, затем повторяется формирование матрицы В_α амплитуд отраженного сигнала B_α(i, j) в i-x элементах разрешения дальности и j-x элементах доплеровского угла α, далее полученная матрица В_α пересчитывается в матрицу В_H амплитуд отраженного сигнала В_H(i, k) в i-x элементах разрешения дальности и k-x элементах дискретизации высоты Н, вычисляемой по формуле

,

где R_i - расстояние по наклонной дальности между РЛС, расположенной на высоте h, и данным i, j-м элементом разрешения дальности и доплеровского угла α_j, в результате формируется матрица В_H с элементами В_H(i, k), представляющая изображение распределения высот контролируемого участка поверхности и объектов на поверхности в i-x элементах разрешения дальности, которая совместно с матрицей А_α в одной шкале дальности выводится на экран индикатора с цифровой индикацией значений высоты.

Способ осуществляется следующим образом.

1. В режиме высокого разрешения по доплеровской частоте (доплеровского "обужения" ДН) при переднебоковом обзоре формируют матрицу РЛИ поверхности А_α с элементами A_α(i, j), представляющими амплитуды сигналов на выходе j-x доплеровских фильтров соответственно j-м доплеровским углам α_j отклонения отраженного луча l РЛС от вектора путевой скорости ν носителя в i-x элементах разрешения дальности. При этом векторы l и ν находятся в плоскости, расположенной под острым углом к поверхности.

2. Изменяют направление движения носителя РЛС - осуществляют поворот вектора ν так, чтобы его ортогональная проекция была направлена в сторону контролируемого участка поверхности.

3. Вновь формируют матрицу РЛИ В_α с элементами B_α(i, j), представляющими амплитуды сигналов на выходе j-x доплеровских фильтров соответственно j-м доплеровским углам α_j отклонения отраженного луча РЛС от вектора ν движения носителя в i-x элементах разрешения дальности. При этом векторы l и ν находятся в плоскости, расположенной вертикально к поверхности.

4. Пересчитывают матрицу В_α с элементами B_α(i, j) в матрицу В_H с элементами В_H(i, k), представляющих амплитуды в k-x элементах дискретизации высоты Н в i-x элементах разрешения дальности.

4.1. При этом для i, j-x элементов матрицы В_α, амплитуды которых B_α(i, j) превышают порог отражения от поверхности или объектов, вычисляют высоту Н, связанную с доплеровским углом α_j по формуле

где R_i - расстояние по наклонной дальности между РЛС, расположенной на высоте h, и данным i, j-м элементом разрешения дальности и доплеровского угла α_j.

4.2. Определяют номер k элемента дискретизации высоты, зависящий от номера j доплеровского угла, и записывают в элемент B_H(i, k) соответствующее значение амплитуды B_α(i, j). Таким образом заполняют матрицу В_H. Незаполненным элементам матрицы В_H присваивают нулевое значение.

5. Матрицы A_α(i, j) и B_H(i, k) совмещают по координате дальности (параллельный перенос В_H по оси i) с учетом изменения расстояния R за счет изменения направления движения носителя РЛС.

6. Представленные в одной шкале дальности матрицы A_α(i, j) и B_H(i, k) выводят на экран индикатора с цифровой индикацией значений высоты.

Точность измерения высоты Н по формуле (1) определяется размерами элементов разрешения дальности и доплеровского угла, а также зависит от точности измерения высоты h носителя РЛС (относительно нулевого уровня поверхности), которая определяется точностью навигационных приборов. При низкой точности измерения h целесообразно измерять относительную высоту объектов (относительно подстилающей поверхности) по формуле

Предложенный способ позволяет получить распределение высоты объектов на поверхности в элементах разрешения дальности. Точность измерения максимального значения высоты объекта в матрице В_H(i, k) определяется разрешающей способностью доплеровского угла и дальности и соизмерима с точностью формирования изображений объектов в матрице A_α(i, j). Наличие матрицы распределения высот дает возможность пилоту обнаруживать высотные препятствия по линии маловысотного полета, что увеличивает безопасность таких полетов, а также правильно идентифицировать изображения объектов на поверхности при высотных полетах, что увеличивает вероятность правильного обнаружения и распознавания РЛИ объектов.

Изобретение относится к радиолокации. Техническим результатом является измерение высоты объектов на поверхности. Способ измерения высоты объектов при формировании изображения объектов на поверхности с помощью бортовой РЛС заключается в формировании матрицы Аα амплитуд отраженного сигнала Aα(i, j) в i-x элементах разрешения дальности и j-x элементах разрешения доплеровского угла α при переднебоковом обзоре, когда вектор путевой скорости и линия визирования антенны находятся в плоскости, расположенной под острым углом к поверхности, при этом путем изменения направления движения носителя осуществляется переход к передненижнему обзору, когда вектор путевой скорости и линия визирования антенны находятся в плоскости, расположенной под прямым углом к поверхности, затем повторяется формирование матрицы Вα амплитуд отраженного сигнала Bα(i, j) в i-x элементах разрешения дальности и j-x элементах доплеровского угла α, далее полученная матрица Вα пересчитывается в матрицу Вн амплитуд отраженного сигнала B_H(i, k) в i-x элементах разрешения дальности и k-х элементах дискретизации высоты Н, представляющую изображение распределения высот контролируемого участка поверхности в i-x элементах разрешения дальности, которая совместно с матрицей А_α в одной шкале дальности выводится на экран индикатора с индикацией значений высоты.

Способ измерения высоты объектов при формировании изображения объектов на поверхности с помощью бортовой РЛС, заключающийся в формировании матрицы Аα амплитуд отраженного сигнала A_α(i, j) в i-x элементах разрешения дальности и j-x элементах разрешения доплеровского угла α (доплеровской частоты f) при переднебоковом обзоре, когда вектор путевой скорости и линия визирования антенны находятся в плоскости, расположенной под острым углом к поверхности, отличающийся тем, что путем изменения направления движения носителя осуществляется переход к передненижнему обзору, когда вектор путевой скорости и линия визирования антенны находятся в плоскости, расположенной под прямым углом к поверхности, затем повторяется формирование матрицы Вα амплитуд отраженного сигнала B_α(i, j) в i-x элементах разрешения дальности и j-x элементах доплеровского угла α, далее полученная матрица В_α пересчитывается в матрицу В_н амплитуд отраженного сигнала В_н(i, k) в i-x элементах разрешения дальности и к-х элементах дискретизации высоты Н, вычисляемой по формуле

H=h-R_isinα_j,

где R_i - расстояние по наклонной дальности между РЛС, расположенной на высоте h, и данным i, j-м элементом разрешения дальности и доплеровского угла α_j, в результате формируется матрица В_н с элементами В_н(i, k), представляющая изображение распределения высот контролируемого участка поверхности в i-x элементах разрешения дальности, которая совместно с матрицей А_α в одной шкале дальности выводится на экран индикатора с индикацией значений высоты.