СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РЛС ПО УГЛУ ПРИ ПЕРЕДНЕБОКОВОМ ОБЗОРЕ Российский патент 2011 года по МПК G01S13/90 

Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам радиовидения [1] с синтезированной апертурой антенны (РСА), позволяющим формировать радиолокационное изображение (РЛИ) контролируемого участка земной поверхности при боковом, переднебоковом обзоре или при обзоре в передней зоне в координатах дальность-азимут (или дальность-доплеровская частота) в течение допустимого времени синтезирования T_c.

Известен способ повышения разрешающей способности бортовой радиолокационной станции (БРЛС), основанный на синтезировании апертуры антенны методом опорной функции [1, с.145], [2, с.34].

Известен также способ повышения разрешающей способности по угловым координатам [3], основанный на обработке измерений, полученных одновременно несколькими измерительными каналами.

Наиболее близким по технической сущности является способ [2, с.34] повышения разрешающей способности БРЛС по углу (азимуту) при боковом и переднебоковом обзоре, который заключается в следующем.

1. При движении летательного аппарата (ЛА) по траектории со скоростью ν на заданном промежутке времени синтезирования [t₁, t₂], Т_с=t₂-t₁ принимается траекторный сигнал, который после прохождения тракта первичной обработки в измерительном канале РЛС (на видеочастоте) представлен совокупностью IJN комплексных амплитуд (i, j, n) в i-x элементах разрешения дальности - число элементов по дальности), j-х синтезируемых элементах разрешения азимута с шагом дискретизации Δφ_c=Δφ_0,5/J, где Δφ_0,5 - ширина ДНА на уровне 0,5 мощности; J - число элементов по азимуту, и n-х номерах зондирования - число зондирований за время T_c).

2. Независимо в i-х элементах дальности для каждого j-го синтезируемого элемента азимута вычисляются оценки комплексных амплитуд методом корреляции принимаемого сигнала с опорной функцией по формуле:

где - весовая (опорная) функция, комплексно сопряженная с сигналом и вычисляемая заранее.

3. Берутся модули комплексных оценок совокупность которых представляет амплитудное РЛИ в зоне обзора РЛС с повышенным в J раз разрешением по азимуту, которое отображается на экране индикатора.

Однако данный способ обладает следующим недостатком. Разрешающая способность по угловой координате связана обратной зависимостью со временем синтезирования T_c и соответственно с пройденной носителем РЛС дистанцией при заданной скорости движения [1, с.38, 2, с.68]. Следовательно, в условиях ограничения на T_c (например, при маловысотном полете, когда обзор в передней зоне осуществляется при малых углах синтезирования, требующих увеличения T_c), ограничена и разрешающая способность по углу.

Технический результат направлен на повышение разрешающей способности РЛС по углу при заданном времени синтезирования T_c или, что эквивалентно, сохранение разрешающей способности РЛС при уменьшении времени синтезирования T_c.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что способ повышения разрешающей способности РЛС по углу при переднебоковом обзоре заключается в формировании на заданном промежутке времени синтезирования длительностью T_c РЛИ участка земной поверхности в виде совокупности комплексных амплитуд сигнала, прошедшего тракт первичной обработки в измерительном канале РЛС, в i-x элементах разрешения дальности где I - число элементов дальности) и j-х синтезируемых элементах разрешения азимута , где J - число элементов азимута), и отличается тем, что увеличивают число измерительных каналов до Q (Q>1) и одновременно в каждом q-м канале осуществляют операции синтезирования, в результате чего формируют матрицы комплексных амплитуд затем независимо в i-x элементах дальности для каждого значения вычисляют оценки комплексных амплитуд в k-x элементах дискретизации где K - число элементов дискретизации, размеры которых в K раз меньше j-го синтезированного элемента, по формуле:

где - весовые коэффициенты, вычисляемые заранее для каждого q-го канала, далее берутся модули оценок и переписываются в матрицу с уменьшенным в K раз шагом дискретизации по азимуту (по j₁), которая представляет амплитудное РЛИ зоны обзора РЛС с JK - разрешением по азимуту.

Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.

1. Используется фазированная антенная решетка (ФАР), имеющая Q (Q>1) измерительных каналов. При движении ЛА по определенной траектории со скоростью ν за время синтезирования T_c осуществляется N зондирований контролируемого участка земной поверхности и одновременно в q-х измерительных каналах где Q - число таких каналов) принимается траекторный сигнал, который после прохождения тракта первичной обработки представлен на видеочастоте в каждом q-м канале совокупностью IJN комплексных амплитуд в i-x элементах разрешения дальности j-х синтезируемых элементах разрешения азимута и n-х номерах зондирования

2. Независимо в i-x элементах дальности и q-x измерительных каналах для каждого j-го синтезируемого элемента азимута вычисляются оценки комплексных амплитуд методом корреляции принимаемого сигнала с опорной функцией по формуле:

где - весовая (опорная) функция q-го канала, комплексно сопряженная с сигналом и вычисляемая заранее [1, 2].

Совокупность полученная в (4.9), представляет РЛИ в q-м канале с разрешением по азимуту, повышенным в J раз. Для дальнейшего повышения разрешения по азимуту (по j) выполняются следующие операции.

3. Независимо в i-x элементах дальности для каждого j-го синтезированного элемента азимута вычисляются оценки комплексных амплитуд в k-x элементах дискретизации K - число элементов дискретизации, K<Q), размеры которых в K раз меньше j-го синтезированного элемента, методом восстановления РЛИ [3] по формуле (2):

,

где - весовые коэффициенты, вычисляемые заранее для каждого q-го канала методом МНК.

4. Берутся модули оценок, полученных в (4.10), которые переписываются в матрицу с уменьшенным в K раз шагом дискретизации по азимуту (по j₁).

5. Матрица U представляет амплитудное изображение зоны обзора РЛС с повышенным в JK раз разрешением по азимуту, которое отображается на экране индикатора.

Расчет весовых коэффициентов. Весовые коэффициенты рассчитываются в соответствии с методом наименьших квадратов. Рассматривается суммарная модель оценок комплексных амплитуд в k-х элементах дискретизации азимута:

где - нормированные комплексные коэффициенты диаграммы направленности (ДН) q-го канала; - комплексные амплитуды поля отражения в k-x элементах дискретизации j-го синтезированного элемента; - помеха q-го канала типа белого шума. Или (4) в матричной форме:

где - Q-вектор оценок; А - QxK-матрица коэффициентов ДН; - K-вектор искомых амплитуд (K<Q); - Q-вектор помех.

МНК-оценки X для модели (5), обеспечивающие минимум квадрата нормы имеют стандартный вид [3]:

где W - KxQ-матрица весовых коэффициентов; - элементы k-й строки матрицы W; "*", "T" - символы сопряжения и транспонирования.

Пример. Если длина волны λ=3 см и требуемое линейное разрешение составляет Δl=0,5 - 0,7 м на дальности R=10-15 км, то при синтезировании с вертолета под углом 30° к направлению полета при скорости вертолета 70 м/с необходимо не менее 8 с, а под углом 15° - не менее 16 с. При синтезировании с самолета скорость движения примерно в 3 раза выше и время синтезирования соответственно меньше. Поскольку вертолет может быть поражен через 6-10 с после появления в зоне видимости, то синтезирование под углами менее 45° малодоступно. Если же для наблюдения скрытых кустарников объектов используется длина волны λ=10-30 см, то из-за возрастания времени T_c в 3-10 раз синтезирование с высоким разрешением с вертолета становится практически недоступным, а с самолета затруднено.

Предложенный способ позволяет сохранить разрешающую способность при вынужденном уменьшении времени синтезирования.

Литература

1. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли: учеб. пособие для вузов / Под ред. Г.С.Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. 368 с.

2. 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.

3. Патент RU 2316786 С1. Способ наблюдения за поверхностью на базе многоканальной бортовой РЛС / В.К.Клочко. МПК: G01S 13/42, 13/72. Приоритет 24.10.2006. Опубл. 10.02.2008. Бюл. №4.

Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам радиовидения с синтезированной апертурой антенны, позволяющим формировать радиолокационное изображение (РЛИ) контролируемого участка земной поверхности при боковом, переднебоковом обзоре или при обзоре в передней зоне в координатах дальность-азимут в течение допустимого времени синтезирования Т_с. Достигаемый технический результат направлен на повышение разрешающей способности РЛС по углу при заданном времени Т_с или, что эквивалентно сохранению разрешающей способности, при уменьшении времени Т_с. Способ повышения разрешающей способности РЛС по углу при переднебоковом обзоре заключается в формировании на заданном промежутке времени РЛИ земной поверхности в координатах дальность-азимут, при этом синтезирование осуществляют одновременно в нескольких измерительных каналах антенной системы с последующей многоканальной обработкой синтезированных РЛИ.

Способ повышения разрешающей способности радиолокационной станции (РЛС) по углу при переднебоковом обзоре, заключающийся в формировании на заданном промежутке времени синтезирования длительностью Т_с, радиолокационного изображения (РЛИ) участка земной поверхности в виде совокупности комплексных амплитуд сигнала, прошедшего тракт первичной обработки в измерительном канале РЛС, в i-х элементах разрешения дальности ( где I - число элементов дальности) и j-x синтезируемых элементах разрешения азимута ( где J - число элементов азимута), отличающийся тем, что увеличивают число измерительных каналов до Q (Q>1) и одновременно в каждом q-м канале осуществляют операции синтезирования, в результате чего формируют матрицы комплексных амплитуд , затем независимо в i-x элементах дальности для каждого значения j вычисляют оценки комплексных амплитуд в k-х элементах дискретизации ( где K - число элементов дискретизации, K<Q), размеры которых в K раз меньше j-го синтезированного элемента, по формуле:

где - весовые коэффициенты, вычисляемые заранее для каждого q-го канала, далее берутся модули оценок и переписывают их в матрицу , с уменьшенным в K раз шагом дискретизации по азимуту (по j₁), которая представляет амплитудное РЛИ зоны обзора РЛС с JK-разрешением по азимуту.