РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2017 года по МПК G01S17/87 

Изобретение относится к микроволновой радиометрии, а именно к системам пассивного радиовидения, и может быть использовано для определения радиотепловых контрастов объектов и получения радиотеплового изображения объектов путем регистрации собственного и рассеянного радиотеплового излучения в двух участках миллиметрового диапазона длин волн, например в 3-, 8-миллиметровых диапазонах.

Известен многоканальный радиометрический комплекс, содержащий несколько антенн, радиометр, устройство регистрации данных и компьютер (заявка WO 2008/059444, МПК G01K 11/00, 2008 г.).

Недостатком указанного радиометрического комплекса является отсутствие средств регистрации визуального изображения объекта, от которого регистрируется радиотепловое излучение, что, в свою очередь, ограничивает функциональные возможности комплекса.

Аналогичным недостатком обладает наземный сканирующий двухканальный радиометрический комплекс, содержащий антенную систему для регистрации радиотеплового излучения, систему регистрации и обработки радиометрического сигнала и компьютер. Сканирование принимаемого излучения по углу места и азимуту осуществляется с помощью двух плоских рефлекторов (A Steerable Dual-Channel Microwave Radiometer for Measurement of Water Vapor and Liquid in the Troposphere, Journal of Appplied Meteorology, No. 5, 1983, pp. 789-806). Кроме того, упомянутый комплекс имеет сложную систему сканирования принимаемого излучения.

В качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения принят радиометрический комплекс (В.Ю. Быков, Г.Н. Ильин. Радиометр полной мощности для измерения яркостной температуры атмосферы / http://mwelectronics.ru/2012/Poster/C85_V.Yu.%20By%60kov_Radiometer% 20polnoy%20moschnosti.pdf).

Известный радиометрический комплекс построен по двухканальной схеме и содержит две приемные рупорно-линзовые антенны, подключенные, соответственно, к первому и второму СВЧ каналам измерения, образующим двухканальный измерительный модуль. Каждый канал измерения включает радиометр, содержащий усилитель-конвертор, усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор и усилитель тока детектора, при этом радиометр связан с устройством управления радиометрами, а выход радиометра подсоединен к входу устройства регистрации данных, вход-выход которого подключен к входу-выходу компьютера, управляющего работой комплекса.

Управление ориентацией максимума диаграммы направленности антенн в пространстве осуществляется при помощи поворотного зеркала.

Комплекс установлен на азимутальное опорно-поворотное устройство, при этом регулировка положения поворотного зеркала осуществляется посредством угломестного привода, а регулировка положения антенн - при помощи азимутального привода, т.е. в известном комплексе приводы угла места и азимута выполнены в виде отдельных, пространственно разнесенных функциональных узлов. Приводы опорно-поворотного устройства работают под управлением контроллера устройства регистрации данных.

Недостатком известного радиометрического комплекса являются ограниченные функциональные возможности, что объясняется следующим. В известном комплексе отсутствуют средства для получения визуального изображения объекта (и окружающего его фона), от которого регистрируется радиотепловое излучение. Отсутствие такой дополнительной информации не позволяет получить достаточно полную картину о состоянии объекта.

В то же время наличие такой комплексной информации является, в частности, необходимым условием для выявления связи главной радиометрической характеристики объектов - их радиотеплового контраста с характеристиками объекта и фона и для последующей оценки соответствия характеристик объектов требованиям по радиотепловой заметности и эффективности применяемых средств и способов снижения радиотепловой заметности объектов.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения - обеспечение возможности получения радиотеплового изображения объектов за счет расширения функциональных возможностей радиометрического комплекса.

Указанный технический результат достигается тем, что в радиометрическом комплексе, содержащем две приемные антенны, подсоединенные к двухканальному измерительному модулю, каждый канал которого содержит радиометр, подключенный выходом к устройству регистрации данных и связанный с устройством управления радиометрами, средства управления работой комплекса, выполненные в виде компьютера, связанного своим входом-выходом с входом-выходом устройства регистрации данных, и опорно-поворотное устройство с азимутальным и угломестным приводами, средства управления которыми связаны с устройством регистрации данных, измерительный модуль снабжен телевизионной камерой, подключенной к видеопроцессору, который связан с компьютером, при этом измерительный модуль расположен на угломестном приводе, установленном на азимутальном приводе.

Указанный технический результат достигается также тем, что средства управления угломестным и азимутальным приводами выполнены в виде общего для обоих приводов контроллера.

Указанный технический результат достигается также тем, что комплекс снабжен лазерным дальномером, подсоединенным к устройству регистрации данных.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого радиометрического комплекса.

Радиометрический комплекс включает две приемные линзовые антенны 1 и 2, измерительный модуль 3, компьютер 4 и опорно-поворотное устройство (ОПУ) 5. Измерительный модуль 3 содержит СВЧ радиометры 6 и 7, средства регистрации данных, содержащие АЦП 8 и процессор 9, устройство управления радиометрами, выполненное в виде синхронизатора 10, телевизионную (ТВ) камеру 11 и лазерный дальномер 12.

ОПУ 5 представляет собой манипулятор, основанный на сервоприводах. Он снабжен азимутальным приводом 13 и угломестным приводом 14, на которых размещен измерительный модуль 3. Положение приводов 13 и 14 контролируется датчиками положения 15 и 16 соответственно. Общий контроллер 17 приводов 13 и 14 подключен к процессору 9.

Антенны 1 и 2 посредством СВЧ волноводов подсоединены к радиометрам 6 и 7, соответственно, выходы которых подключены к входам АЦП 8. С выходов АЦП 8 сигналы поступают на первый вход процессора 9, ко второму входу которого подключен лазерный дальномер 12. Первый вход-выход процессора 9 подсоединен к входу-выходу компьютера 4. ТВ камера 11 подключена к видеопроцессору 18, выход которого соединен с входом компьютера 4.

Синхронизация работы радиометров 6 и 7 и приводов 13 и 14 осуществляется с помощью синхронизатора 10, работающего под управлением процессора 9.

Радиометрический комплекс работает следующим образом.

Внешнее радиотепловое излучение (собственного и рассеянного) от объекта 17 принимается по двум СВЧ каналам в 3-, 8-миллиметровом диапазоне длин волн с помощью антенн 1 и 2 и регистрируется радиометрами 6 и 7, которые, например, могут быть выполнены модуляционными по супергетеродинной схеме. Сканирование антенн 1 и 2 по азимуту и углу места осуществляется ОПУ 5 с помощью приводов 13 и 14.

Сигналы с выходов радиометров 6 и 7 поступают на АЦП 8. Процессор 9 последовательно опрашивает АЦП 8 и синхронизатор 10 для определения углового положения ОПУ 5, а также управляет работой контроллера 17 ОПУ 5. С выхода процессора 9 сигналы передаются в компьютер 4.

Посредством ТВ камеры 11 производится наведение измерительного модуля 3 на объект, визуализация изображений объекта и окружающего фона. Выходной сигнал ТВ камеры 11 поступает в видеопроцессор 18, и далее - в компьютер 4, обеспечивающий совмещение угловых полей радиометров 6 и 7 и ТВ камеры 11.

С помощью лазерного дальномера 12 производится измерение дальности до объекта.

В компьютере 4 производится обработка данных, полученных с ТВ камеры 11:

- визуализация радиотеплового изображения объекта (РТИ);

- определение радиотепловых контрастов по РТИ;

- определение математического ожидания и дисперсии РТИ;

- построение гистограмм РТИ;

- сегментация по порогу (задаваемая оператором по разнице соседних яркостей);

- выделение границ исследуемых объектов;

- восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений, которое заключается в формировании расширенной матрицы наблюдений за счет интерполяции недостающих строк с последующей обработкой расширенной матрицы в частотной области, что позволяет получать неискаженное изображение объектов.

Таким образом, расширение функциональных возможностей радиометрического комплекса за счет введения в состав комплекса телевизионной камеры и обеспечения в результате этого возможности совместного использование радиометрических данных от объекта и визуальной картины изображения объекта позволяет получить достаточно полную картину о состоянии объекта и обеспечивает возможность получения радиотеплового изображения объектов и определения его радиотеплового контраста. Наличие такой комплексной информации позволяет, в частности, оценить степень соответствия характеристик объектов, требованиям по радиотепловой заметности и эффективности применяемых средств и способов снижения радиотепловой заметности объектов, и способствует созданию соответствующих маскировочных средств для снижения радиотепловой заметности упомянутых объектов.

Изобретение относится к микроволновой радиометрии, а именно к системам пассивного радиовидения, и может быть использовано для определения радиотепловых контрастов объектов и получения радиотеплового изображения объектов излучения в двух участках миллиметрового диапазона длин волн. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности получения радиотеплового изображения объектов за счет расширения функциональных возможностей радиометрического комплекса. Указанный результат достигается за счет того, что радиометрический комплекс содержит приемные антенны, измерительный модуль, компьютер, опорно-поворотное устройство (ОПУ), при этом измерительный модуль содержит СВЧ радиометры, средства регистрации данных, содержащие аналого-цифровой преобразователь и процессор, причем устройство управления радиометрами, выполненное в виде синхронизатора, содержит также телевизионную (ТВ) камеру и лазерный дальномер. ТВ камера подключена к видеопроцессору, выход которого соединен с входом компьютера. ОПУ снабжено азимутальным приводом и угломестным приводом, кроме того, общий контроллер приводов подключен к процессору. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Радиометрический комплекс, содержащий две приемные антенны, подсоединенные к двухканальному измерительному модулю, каждый канал которого содержит радиометр, подключенный выходом к устройству регистрации данных и связанный с устройством управления радиометрами, средства управления работой комплекса, выполненные в виде компьютера, связанного своим входом-выходом с входом-выходом устройства регистрации данных, и опорно-поворотное устройство с азимутальным и угломестным приводами, средства управления которыми связаны с устройством регистрации данных, отличающийся тем, что измерительный модуль снабжен телевизионной камерой для получения визуального изображения объекта и окружающего его фона, при этом телевизионная камера подключена к видеопроцессору, связанному с компьютером, которые обеспечивают выявление связи радиотеплового контраста объекта с визуальными характеристиками объекта и фона для последующей оценки соответствия характеристик объекта требованиям по тепловой заметности, при этом измерительный модуль расположен на угломестном приводе, установленном на азимутальном приводе, а устройство управления радиометрами выполнено в виде синхронизатора, связанного с процессором и соединенного своими входами с выходами азимутального и угломестного приводов.

2. Радиометрический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что средства управления угломестным и азимутальным приводами выполнены в виде общего для обоих приводов контроллера.

3. Радиометрический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен лазерным дальномером, подсоединенным к устройству регистрации данных.