Способ формирования радиолокационного изображения в реальном масштабе времени путем оптической корреляционной обработки сигналов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01S13/90 

Изобретение предназначено для оптической обработки сигналов, в частности для

обработки сигналов радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА).

Целью изобретения является увеличение длительности обрабатываемых сигналов и зоны обзора по дальности.

На чертеже приведена схема оптического процессора обработки сигналов РСА,

На чертеже изображено: регулируемый источник постоянного тока 1, полупроводниковый лазер (ППЛ) 2, модулятор ППЛ 3, коллиматор 4, первая цилиндрическая линза (ЦЛ) 5, акустооптическая ячейка 6, источ- ник частотно-модулированного сигнала 7, вторая ЦЛ 8, цилиндрический объектив 9, непрозрачный экран 10, опорная маска 11, матричный ПЗС фотоприемник 12.

Способ осуществляется следующим об- разом.

Электрический сигнал с выхода фазового детектора приемника РСА суммируют с постоянным уровнем, величина которого не меньше максимальной амплитуды этого сиг- нала, с помощью регулируемого источника постоянного тока 1, и подают на модулятор ППЛ 3. Т.к. ППЛ 2 не может сам по себе излучать отрицательную составляющую сигнала, подаваемого на его вход, то сигнал обычно переносится на подставку - постоянный уровень. Полученный сигнал модулирует ток накачки ППЛ 2, вследствие чего излучение ППЛ 2 также промодулировано сигналом с фазового детектора приемника РСА. Излучение ППЛ 2 коллимируется коллиматором 4 и с помощью первой ЦЛ 5 фокусируется на акустооптическую ячейку 6.

Фокусировка обычно применяется из- за того, что размер области акустооптиче- ского возбуждения мал в направлении, перпендикулярном оптической оси подобных устройств. Акустооптическая ячейка 6 располагается под углом Брегга к оптической оси падающего на нее излучения для обеспечения максимальной дифракционной эффективности выходного излучения, дифрагировавшего в первый порядок, что является обязательным для подобного рода устройств. На вход акустооптической ячей- ки 6 с помощью источника частотно-модулированного сигнала 7 подается линейно частотно-модулированный (ДЧМ) сигнал, что обеспечивает работу акустооптической ячейки б в качестве ЦЛ, образующая кото- рой перпендикулярна направлению распространения акустической волны и оптической оси излучения на ее выходе. Вторая ЦЛ 8, установленная софокусно с первой ЦЛ 5, обеспечивает коллимирование выходного излучения в направлении, перпендикулярном плоскости фокусировки акустооптической ячейки 6. При этом вторая ЦЛ 8 расположена на оптической оси дифрагированного в первый порядок излучения. Таким

образом акустооптическая ячейка 6 работает в качестве дефлектора, разворачивающего модулированное излучение ППЛ 2 по поверхности матричного ПЗС фотоприемника 12. Цилиндрический объектив 9, образующая которого параллельна образующей ЦЛ, образованной дефлектором, расположена на оптической оси дифрагированного в первый порядок излучения. Т.к. фокусное расстояние цилиндрического объектива 9 значительно меньше фокусного расстояния ЦЛ, образованной акустооптической ячейки ( 2 м), то излучение после цилиндрического объектива 9 фокусируется практически в его фокальной плоскости. Нулевой порядок дифракции устраняется с помощью непрозрачного экрана 10, как и в обычных акусто- оптических устройствах. В плоскости фокусировки акустооптической ячейки 6 и цилиндрического объектива 9 располагает-, ся опорная маска 11 в виде транспаранта, установленная вплотную к чувствительной поверхности матричного ПЗС фотоприемника 12, Регистр сдвига матричного ПЗС фотоприемника 12, работающего в режиме временной задержки с накоплением, перпендикулярен линии фокусировки системы акустооптическая ячейка 6 - цилиндрический объектив 9.

В прототипе сигнал с фазового детектора локатора подается в акустооптическую ячейку, длина которой при полосе пропускания порядка 30-40 МГц не превышает20 мм для ТеОа, поэтому ограничена длительность принимаемого сигнала вследствие того, что он должен уместиться в апертуре акустооптической ячейки. Длительность такого сигнала составляет 20-25 мкс, что соответствует зоне обзора по дальности A R с At/2, где с - скорость света, t - З...3,5 км. Для конкретных применений это очень короткая зона обзора, при которой возрастает вероятность искажений изображения из-за систематических отклонений носителя с радаром от прямолинейного курса.

Длительность сигнала в предлагаемых способе и устройстве ограничивается длительностью ЛЧМ-сигнала, которая может значительно превышать длину акустооптической ячейки и составлять более 100 мкс, что соответствует зоне обзора по дальности более 15 км. Поэтому предлагаемые способ и устройство имеют существенные преимущества перед прототипом.

Формула изобретения

1. Способ формирования радиолокационного изображения в реальном масштабе времени путем оптической корреляционной обработки сигналов, заключающийся в формировании излучения и опорного сигнала, в

периодической модуляции излучения сигналом с приемника радиолокатора, в совмещении промодулированного излучения с опорным сигналом, в интегрировании со смещением результирующего сигнала и формировании строк изображения, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона дальностей обзора, модуляцию осуществляют временной, а перед совмещением с опорным сигналом производят развертку промодулированного излучения в пространстве с одновременной его фокусировкой в линию.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что производят линейную развертку из- лучения в пространстве,

3. Способ по п.1,отличающийся тем, что производят нелинейную развертку излучения в пространстве.

4. Устройство для формирования ради- олокационного изображения в реальном масштабе времени путем оптической корреляционной обработки сигналов, содержащее установленные последовательно полупроводниковый лазер, коллимирую- щую оптическую систему, первую цилиндрическую линзу, акустооптическую ячейку, расположенную в ее формальной плоскости, вторую цилиндрическую линзу, установленную софокусно с первой, причем образующие цилиндрических линз параллельны направлению распространения ультразвука в акустооптической ячейке, а также опорную маску, оптически сопряженную с матричным фотоприемником на приборах с зарядовой связью, блок управления матричным фотоприемником на приборах с зарядовой связью, модулятор и блок синхронизации, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона дальности обзора, в него дополнительно введены цилиндрический объектив, регулируемый источник постоянного тока, источник частотно-модулированного сигнала и модулятор полупроводникового лазера, соединенные с синхронизатором, причем выходы источника постоянного тока и модулятора соединены с полупроводниковым ла- зером, а выход источника частотно-модулированного сигнала соединен с входом акустооптической ячейки, цилиндрический объектив установлен между второй цилиндрической линзой и опорной маской с направлением образующей его линз, перпендикулярным направлению распространения ультразвука в акустооптической ячейке, а опорная маска расположена в ее фокальной плоскости.

Изобретение предназначено для оптической обработки сигналов радиолокатора с синтезированной апертурой путем их совместной корреляционной обработки с опорным сигналом. Целью изобретения является увеличение длительности обрабатываемых сигналов и зоны обзора по дальности. Для достижения поставленной цели электрический сигнал с выхода фазового детектора локатора суммируют с посто- янным уровнем и подают его на полупроводниковый лазер (ППЛ), на акусто- оптическую ячейку (АЯ) подают частотно-модулированное напряжение развертки, а первый порядок дифракции фокусируют на поверхности азимутально-дальностной опорной маски (АДОМ), оптически сопряженной с приемной площадкой матричного ПЗС фотоприемника (МПЗСФ), работающего в режиме временной задержки с накоплением. Для получения радиолокационного изображения в координатах наклонная дальность - азимут используют линейный закон развертки, а для получения изображения в координатах наземная дальность - азимут и снижения искажений изображения, вызываемых неплоскостностью рельефа местности в зоне обзора, используют нелинейные законы развертки. Устройство для реализации способа содержит установленные последовательно ППЛ, регулируемый источник постоянного тока и дулятор ППЛ, выходы которых подключены к ППЛ, коллимирующую оптическую систему, первую цилиндрическую линзу (ЦЛ), АЯ, расположенную в ее фокальной плоскости, источник частотно-модулированного сигнала, выход которого соединен с пьезопреоб- разователем АЯ, вторую ЦЛ, установленную софокусно с первой, причем образующие ЦЛ параллельны направлению распространения ультразвука в АЯ. цилиндрический объектив, образующая которого перпендикулярна направлению распространения ультразвука в АЯ, а также АДОМ, расположенную в его фокальной плоскости и оптически сопряженную МПЗСФ. АДОМ может быть установлена вплотную к МПЗСФ или оптически сопряжена с ним с помощью объектива, а также может быть оптически сопряжена с МПЗСФ путем размещения вплотную между ними световолоконной шайбы, размер волокон которой меньше размера чувствительных элементов МПЗСФ. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л С 00 о ю 00 CJ

в

te

11 12