СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ В РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ С СИНТЕЗИРОВАНИЕМ АПЕРТУРЫ АНТЕННЫ
METHOD OF GENERATING IMAGE OF SURFACE IN SYNTHETIC APERTURE RADAR STATION

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям воздушных судов, применяющим способ синтезирования апертуры антенны, и может быть использовано в гражданской и военной авиации, радиолокационной фотограмметрии.
Известен способ формирования радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности с помощью синтезированной апертуры (В.Н.Антипов и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М.: Сов. радио. 1988), основанный на объединении РЛИ разнесенных по азимуту K парциальных кадров, каждое из которых получено путем излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения антенной РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, аналого-цифрового преобразования принятых отраженных сигналов, образования двумерных массивов оцифрованных сигналов путем их распределения по каналам дальности и периодам излучения и цифровой обработки содержащихся в массивах данных.
В этом способе РЛИ парциальных кадров формируется в виде двумерных массивов «азимут-дальность» цифровых амплитуд элементов разрешения, выводимых на индикацию в форме градаций яркости пикселей двумерного видеоизображения. Облучение К парциальных участков поверхности производится при азимутальном сканировании антенны в необходимой зоне обзора.
Наиболее близким к предлагаемому способу формирования РЛИ в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны является способ цифровой обработки, описанный в (M.Skolnik, Radar Handbook, th.ed., McGrow-Hill, 2008, ch.5.4, fig.5.34).
Этот способ состоит из последовательного выполнения следующих цифровых операций:
а) N-кратного выполнения:
- коррекции расположения по дальности и зависимости фазы от дальности,
- азимутального предсуммирования, сжатия по дальности,
- записи результатов сжатия по дальности в буферную память,
- азимутальной фазовой коррекции,
- формирования азимутальных элементов разрешения посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ),
- автофокусировки,
- амплитудного детектирования и усреднения;
б) наложения полученных раздельно N РЛИ путем суммирования амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности;
в) сжатия динамического диапазона амплитуд элементов разрешения РЛИ, полученного после суммирования амплитуд азимутальных элементов.
Наложение N видеоизображений применяется для подавления т.н. «спекл-шума», проявляющегося на сформированном РЛИ поверхности в виде случайного изменения яркости различных пикселей. Чтобы сгладить проявляющуюся таким образом мозаичность РЛИ, выполняют N-кратную радиолокационную съемку поверхности на разных несущих частотах с последующим суммированием амплитуд элементов разрешения изображений. При этом в прототипе для построения РЛИ парциального кадра используется центральная часть сформированного БПФ массива азимутальных элементов разрешения. N облучений k-го, k=1…K, парциального участка поверхности производятся при направлении биссектрисы диаграммы направленности антенны в центр этого парциального участка.
Основным недостатком описанного способа наложения видеоизображений является существенное увеличение времени формирования РЛИ. Согласно теоретическим оценкам и экспериментальным результатам для приемлемого подавления спекл-шума число N накладываемых кадров РЛИ должно составлять не менее 3-4-х. Соответственно, в прототипе во столько же раз возрастает время формирования РЛИ. Известно, что время формирования РЛИ парциального участка поверхности при синтезировании апертуры бортовыми РЛС с разрешением несколько метров составляет 2-4 сек. При трех-четырехкратном наложении формирование парциального кадра РЛИ может занять около 15 сек и более. Для большинства применений такая продолжительность формирования РЛИ парциального кадра неприемлема.
Техническим результатом предлагаемого способа формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны является сокращение времени формирования РЛИ поверхности, состоящего из нескольких парциальных кадров.
Сущность предлагаемого способа формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны состоит в объединении радиолокационных изображений разнесенных по азимуту K парциальных кадров, полученных посредством излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения антенной РЛС парциальных участков поверхности, аналого-цифрового преобразования принятых сигналов, формировании двумерных массивов оцифрованных принятых сигналов путем их распределения по каналам дальности и периодам излучения и цифровой обработки сформированных двумерных массивов, состоящей из: a) N-кратного выполнения:
- коррекции расположения по дальности и зависимости фазы от дальности,
- азимутального предсуммирования,
- сжатия по дальности,
- записи результатов сжатия по дальности в буферную память,
- азимутальной фазовой коррекции,
- формирования азимутальных элементов разрешения посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ),
- автофокусировки,
- амплитудного детектирования и усреднения;
б) наложения полученных раздельно N РЛИ путем суммирования амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности и в) сжатия динамического диапазона амплитуд элементов разрешения полученного после наложения РЛИ.
N-2
N-2
Новым в предлагаемом способе является то, что облучение антенной РЛС K парциальных участков поверхности и суммирование амплитуд элементов разрешения N РЛИ производится скользящим способом, причем величина азимутального шага скольжения ДНА равна или близка к ее азимутальной полуширине, а сложение амплитуд сигналов N РЛИ, N=3, 4, производится поэлементно в массивах размером M/2, где M - число формируемых БПФ азимутальных элементов, со скольжением массивов суммируемых элементов на шаг M/2.
На фиг.1 приведен пример формирования радиолокационного изображения по наиболее близкому техническому решению для наложения 3-х изображений 3-х парциальных кадров.
На фиг.2 приведен пример формирования радиолокационного изображения такой же зоны обзора по заявляемому способу.
Формирование радиолокационного изображения в заявляемом способе происходит следующим образом: антенна начинает сканирование зоны обзора, выставляя биссектрису ДНА на левую азимутальную границу назначенной зоны обзора. В каждом азимутальном положении частота повторения импульсов зондирующего сигнала выбирается равной 1,7-1,9 ширины спектра отражений по центральному лепестку ДНА. РЛС облучает картографируемый участок необходимым числом радиоимпульсов и принимает отраженные сигналы, переводя их в цифровой вид. Система обработки сигнала формирует в каждом канале дальности азимутальные элементы разрешения и заносит в буферную память амплитуды правой половины сформированных азимутальных элементов разрешения. Далее производится перевод ДНА по азимуту на угол скольжения, составляющий около полуширины ДНА, формирование массива азимутальных элементов и занесение в буферную память центральной части этого массива. После следующего перевода ДНА на такой же азимутальный угол скольжения в буферную память заносится левая половина элементов массива. По завершении обработки 3-х массивов сигналов, полученных в разных положениях ДНА антенны, производится формирование РЛИ парциального кадра путем суммирования амплитуд элементов разрешения, занесенных в буферную память. Формирование РЛИ последующих парциальных кадров производится сходным образом. Из фиг.2 следует, что по этой же схеме можно производить суммирование 4-х полученных раздельно РЛИ, отводя на суммирование по ¼ массивов элементов разрешения, сформированных процедурой БПФ.
ПК
ПК
ПК
Как следует из описания, применение предложенного способа по сравнению с прототипом существенно сокращает требуемое число накладываемых парциальных изображений N. Из приведенного примера следует, что это число составляет N=2K+1=7, где K=3 - общее число парциальных кадров в итоговом РЛИ, в то время как в прототипе N=3K=9. Таким образом, по сравнению с прототипом достигается примерно полуторное сокращение времени формирования кадра РЛИ.