РАДИОЛОКАТОР ДЛЯ АНАЛИЗА МЕСТА ПОСАДКИ ВЕРТОЛЕТА

Радиолокатор для анализа места посадки вертолета.
Настоящая полезная модель относится к области радиолокации.
Радиолокаторы дли анализа места посадки вертолета найдут применение в бортовом оборудовании вертолетов, для которых возникает необходимость осуществления посадки на неподготовленные площадки в труднодоступных районах или в районах чрезвычайных происшествий, или в условиях низкой видимости, обусловленных отсутствием естественного или искусственного освещения, осадками, туманом, а также снежным или песчаным вихрем вызванным самим вертолетом при заходе на посадку. Радиолокаторы для анализа места посадки вертолета обеспечивают экипаж информацией о рельефе предполагаемого места посадки, наличия неподвижных или движущихся объектов, препятствующих осуществлению посадки, физических свойствах подстилающей поверхности, информацию о плотности, влагосодержании, наличии скрытых объектов под слоем снега или растительности.
Из существующего уровня техники известны радиолокаторы с использованием активной радиолокации для обеспечения посадки вертолетов за счет использования синтеза апертуры (США 6515613 В2) или за счет использования миллиметрового излучения (США 7692571 В2).
Наиболее близким аналогом (прототипом) полезной модели является радиолокатор, основанный на способе получения синтетического видения по информации датчиков для посадки вертолетов в условиях снежного или песчаного вихря (США 8803727 В2). Виртуальное 3D-представление зоны посадки постоянно создается из 3-D данных, записанных во время захода на посадку и проверяется на предмет отсутствия снежного или песчаного вихря. Как только текущий мониторинг обнаруживает, что образовался вихрь, дополнительный радиолокационный датчик активируется, чтобы непрерывно получать расстояние и/или доплеровские сдвиги потенциальных объектов, входящих в зону высадки, объекты отображается для пилота вертолета в виде изображения синтетического зрения.
Недостаток данного технического решения состоит в отсутствии информации о свойствах подстилающей поверхности (влагосодержания, плотности, толщины снега/льда) и объектах, скрытых под верхним слоем снега или растительности.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в определении свойств подстилающей поверхности (влагосодержания, плотности, толщины снега/льда) и объектах, скрытых под верхним слоем снега или растительности.
Поставленная задача решается за счет того, что в радиолокаторе для анализа места посадки вертолета одновременно используется три канала получения информации - активный канал радиолокации в X диапазоне, активный канал радиолокации сверхширокополосными импульсами и радиометрическая информация о пассивном радиоизлучении подстилающей поверхности.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в построении архитектуры взаимодействия аппаратной и программной частей радиолокатора, включающей алгоритмы первичной обработки, основанные на методах корреляционной обработки и алгоритмы вторичной обработки, основанные на сжимаемости зондирующих сигналов, при обработке информации о подстилающей поверхности поступающей по трем независимым каналам.
Под аппаратной частью радиолокатора подразумевается совокупность цифровых и аналоговых блоков радиолокатора. Устройство поясняется фиг. 1 на которой изображена архитектура аппаратной части радиолокатора для анализа места посадки вертолета. Под программной частью радиолокатора подразумеваются совокупность алгоритмов, реализованных в виде программ, служащие для обработки информации при решении задачи анализа места посадки вертолета.
Устройство поясняется фиг. 2 на которой изображена архитектура взаимодействия программной и аппаратной частей радиолокатора для анализа места посадки вертолета. Под архитектурой взаимодействия аппаратной и программной частей радиолокатора в соответствии с фиг. 2 подразумевается перекрестный обмен результатами первичной обработки между тремя каналами получения информации, поступление на вход алгоритмов вторичной обработки каждого канала результатов первичной обработки от всех трех каналов, перекрестная передача результатов вторичной обработки всех трех каналов на фазированную антенную решетку с электронным сканированием и коммутатора.
Устройство поясняется фиг. 3 на которой изображено представление информации различных каналов индикаторе потребителя в объединенной форме. Информация представляется в виде двух изображений, соответствующих вертикальной и горизонтальной проекции. На изображении вертикальной проекции отражен рельеф и могут быть обозначены цели на поверхности рельефа, в то время как на изображении горизонтальной проекции отражена стратиграфия и физические свойства поверхности в вертикальной плоскости, проходящей через строительную ось вертолета.
Радиолокатор для анализа места посадки вертолета включает в себя следующие ключевые аппаратные и программные блоки - фазированную антенную решетку с электронным сканированием 1 (ФВРЭС), сверхширокополосную рупорную антенну 2 (СШРА), аналоговый приемопередающий блок X диапазона 3 (АППБХД), аналоговый приемопередающий блок сверхширокополосных импульсов 4 (АППБСШИ), аналоговый приемный блок пассивного радиометрического излучения 5 (АПБПРИ), коммутатор 6, универсальный цифровой блок обработки сигналов 7 (УЦБОС), алгоритмы первичной корреляционной обработки данных активной радиолокации в X диапазоне 8 (САПОДАРХД), алгоритмы первичной корреляционной обработки данных активной радиолокации сверхширокополосными импульсами 9 (САПОДАРСШИ), алгоритмы первичной корреляционной обработки данных радиометрии 10 (САПОДРМ), алгоритмы вторичной обработки данных, основанные на сжимаемости зондирующих сигналов, для активной радиолокации в X диапазоне 11 (САВОДАРХД), алгоритмы вторичной обработки данных, основанные на сжимаемости зондирующих сигналов, для активной радиолокации сверхширокополосными импульсами 12 (САВОДАРСШИ), алгоритмы вторичной обработки данных, основанные на сжимаемости зондирующих сигналов, для радиометрии 13 (САВОДРМ).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Обзор подстилающей поверхности в радиолокаторе для анализа места посадки вертолета осуществляется с помощью фазированной антенной решетки (ФАР) с использованием метода электронного сканирования диаграммы направленности и широкополосной рупорной антенны. Ширина полосы излучения ФАР 1,5 ГГц, центральная частота излучения от 8 до 12 ГГц. В связи с относительно низкой частотой излучения и ограничений на размеры решетки связанных с использованием системы на борту вертолета необходимо использование алгоритмов, основанных на сжимаемости зондирующих сигналов для повышения углового разрешения. Для обзора и измерения характеристик подстилающей поверхности с высоким угловым разрешением используется подход, основанный на сжимаемости зондирующих сигналов. В данном подходе строится регуляризованная модель подстилающей поверхности и ожидаемых эхо-сигналов на основании априорных данных, по результатам реальных измерений параметры оптимизируются с целью максимального соответствия полученного отклика с ожидаемым эхо-сигналом.
Фазированная антенная решетка с электронным сканированием и алгоритмы восстановления высокого углового разрешения в зависимости от конфигурации радиолокатора используются как для активного, так и для пассивного радиоканалов в широком диапазоне дальностей зондирования. В то же время, для излучения и приема сверхширокополосных импульсов в полосе от 0 до 1,5 ГГц используется широкополосная рупорная антенна, направленная в надир и дающая полезную информацию только в непосредственной близости от зондируемой поверхности. Однако, в случае с посадкой на снежно-ледовую поверхность, даже сигналы видеоканала, полученные с помощью рупорной антенны, несут ценную информацию о толщине и стратиграфии покрова, определяющей вместе с данными пассивного канала возможность осуществления безопасной посадки на конкретной площадке. За счет использования коммутатора радиоканал может использоваться как в полосе от 0 до 1,5 ГГц, так и в полосе от 8 до 12 ГГц. Таким образом, различные каналы дают независимо разный набор данных зондирования - активный радиоканал дает информацию о рельефе и объектах на поверхности рельефа, пассивный радиоканал обеспечивает измерение физических свойств рельефа (плотность, влагосодержание и т.п.), а видеоканал дает возможность проникающего зондирования в толщу поверхности. Все эти результаты анализируются совместно, т.е. таким образом, чтобы для построения регуляризованной модели данных одного канала использовались данные одного из двух или одновременно двух других каналов. Например, могут быть использованы известные из ледовых исследований связи толщины ледового покрова и высоты торосов на поверхности, стратиграфических данных с эффективной плотностью покрова или особенностей рельефа (возвышенности и впадины) с влагосодержанием. Другим способом объединения информации может служить использование алгоритмов слияния изображений, что особенно эффективно при однотипном зондировании в разных диапазонах частот.