СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ БОРТОВОЙ РЛС, УСТАНОВЛЕННОЙ НА ДВИЖУЩЕМСЯ ЛЕТАТЕЛЬНОМ АППАРАТЕ
METHOD OF FORMING RADAR IMAGE OF SURFACE USING ON-BOARD RADAR SET INSTALLED ON MOVING AIRCRAFT

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям летательных аппаратов, применяющим способ синтезирования апертуры антенны, и может использоваться в гражданской и военной авиации.
Известен способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой РЛС, установленной на движущемся летательном аппарате, в котором радиолокационное изображение (РЛИ) поверхности составляется из разнесенных по азимуту отдельных («парциальных») кадров, образующих общее изображение назначенной зоны обзора. Парциальные кадры участков поверхности, отстоящих от направления полета, получают методом синтезирования апертуры (СА) антенны, заключающемся в излучении когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучении суммарной диаграммой направленности (ДН) антенны РЛС соответствующего участка поверхности в течение интервала накопления сигнала, приеме суммарной ДН антенны отраженных сигналов, аналого-цифровом преобразовании принятых сигналов и цифровой обработке полученных данных [В.Н.Антипов и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М. Сов. радио. 1988, гл.2]. Поперечный размер формируемых при помощи синтезирования апертуры парциальных кадров РЛИ близок к азимутальной ширине ДН антенны БРЛС.
Разрешение по азимуту при синтезировании апертуры осуществляется благодаря разнице доплеровских сдвигов частоты сигналов, отраженных от разнесенных по азимуту элементов поверхности, находящихся в луче антенны. Поскольку при одновременном облучении участков поверхности, находящихся слева и справа от направления полета летательного аппарата, доплеровские частоты отраженных от них сигналов не различаются, синтезирование апертуры не применяется для построения РЛИ поверхности, находящейся вблизи направления полета. Для исключения неоднозначности доплеровской частоты принимаемых сигналов азимутальное удаление границ картографируемых при помощи синтезирования апертуры участков поверхности составляет не менее полуширины суммарной диаграммы направленности антенны БРЛС.
Для получения РЛИ местности, близкой к направлению полета, применяют картографирование реальным лучом антенны БРЛС. Полученное реальным лучом изображение объединяют с парциальными кадрами РЛИ, сформированными с синтезированием апертуры. Этот способ, описанный в (M.Skolnik, Radar Handbook, th.ed., McGrow-Hill, 2008,pp.5.34-5.35,fig.5.32), наиболее близок к предлагаемому техническому решению.
В этом способе идентично с аналогом изображение получают в виде парциальных кадров РЛИ, каждый из которых получен излучением когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучением суммарной диаграммой направленности антенны РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, приемом отраженных сигналов, аналого-цифровым преобразованием принятых сигналов и цифровой обработкой полученных данных. Однако для участка поверхности, расположенного по направлению полета, выполняется обработка сигналов, применяемая при картографировании реальным лучом, а не синтезированной апертурой.
Недостатком примененного в прототипе способа является существенное ухудшение (вплоть до полного отсутствия) азимутального разрешения элементов РЛИ, расположенных в картографируемой реальным лучом зоне, по сравнению с элементами, расположенными вне этой зоны. Дополнительным недостатком прототипа является отличие контрастности РЛИ вблизи курса носителя относительно части изображения, полученной с синтезированием апертуры.
Поэтому требуется разработка процедуры формирования РЛИ участков поверхности, близких к направлению полета летательного аппарата-носителя БРЛС, устраняющей существенное отличие их азимутального разрешения и контрастности в сравнении с РЛИ парциальных кадров, сформированных с помощью синтезирования апертуры.
Техническим результатом предлагаемого «Способа формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой РЛС, установленной на движущемся летательном аппарате» является повышение азимутального разрешения и контрастности парциального кадра РЛИ участка поверхности, близкого к направлению полета летательного аппарата, до соответствующих характеристик парциальных кадров участков поверхности, отдаленных от направления полета.
Сущность предлагаемого способа состоит в объединении парциальных кадров РЛИ, каждый из которых получен посредством излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения суммарной диаграммой направленности (ДН) антенны РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, приема отраженных сигналов, аналого-цифрового преобразования принятых сигналов и цифровой обработки полученных данных.
Новым в предлагаемом способе является то, что, в отличие от прототипа, для формирования РЛИ областей поверхности, близких к курсу полета самолета, применяется синтезирование апертуры, а не картографирование реальным лучом. При этом для устранения неоднозначности доплеровской частоты сигналов, отраженных от областей поверхности, расположенных слева и справа от вектора путевой скорости носителя БРЛС, в заявляемом способе дополнительно применяются прием отраженных сигналов разностной азимутальной диаграммой направленности антенны и двухканальная моноимпульсная обработка отраженных сигналов.
На фиг.1 приведен пример формирования радиолокационного изображения по техническому решению, принятому в прототипе.
На фиг.2 приведен пример формирования радиолокационного изображения такой же зоны обзора по заявляемому способу.
На фиг.3а и 3б показано расположение на частотной оси спектров отражений от участков поверхности, расположенных справа и слева от направления полета, соответственно, до и после моноимпульсной обработки. Здесь же показано расположение на частотной оси фильтров, формируемых при обработке сигнала.
На фиг.4а приведено радиолокационное изображение находящейся по курсу полета аэродромной зоны, полученное путем математического моделирования заявляемого способа.
На фиг.4б - РЛИ той же зоны, полученное путем моделирования картографирования реальным лучом, примененного в прототипе.
Формирование РЛИ в азимутальном секторе, центр которого совпадает с направлением полета, в заявляемом способе происходит следующим образом. Антенна, имеющая суммарную и разностную азимутальную диаграммы направленности, устанавливает азимут центра ДН по направлению полета летательного аппарата - носителя БРЛС и облучает суммарной ДН участок поверхности, расположенный по направлению полета, импульсным когерентным сигналом в течение интервала синтезирования. После излучения каждого радиоимпульса антенна принимает отраженные от поверхности сигналы по суммарной и разностной азимутальной диаграммам направленности.
Σ
Δ
Принятые суммарным и разностным азимутальным каналами сигналы подвергаются аналого-цифровому преобразованию, формирующему комплексные массивы данных A(n,m) и А(n,m), соответственно. Здесь: n - номер элемента (строба) дальности, n=1..N, N - общее число стробов;, m - номер отсчета (периода повторения импульсного зондирующего сигнала), m=1..М, М - число периодов повторения зондирующего сигнала в интервале синтезирования.
Σ
Δ
Массивы комплексных данных А(n,m) и А(n,m) подвергаются обработке, состоящей из последовательного выполнения:
Σ
Δ
п
j2πfdnTп
цифрового гетеродинирования, т.е. умножения n-ых отсчетов массивов А(n,m) и А(n,m) на фазовый множитель е , где fd -доплеровская частота сигнала, отраженного от поверхности, расположенной по вектору скорости носителя, Т - период повторения зондирующего сигнала;
Σ
Δ
спектрального анализа с получением в каждом стробе дальности комплексных величин сигналов суммарного и разностного азимутального каналов А(n,j) и А(n,j)=-М/2..М/2 в гребенке из М фильтров (см. фиг.3а);
моноимпульсного формирования (см. фиг..3б) амплитуд сигналов в фильтрах для левой (j=-1…-М/2) части изображения в соответствии с выражением
и правой (j=l…M/2) части изображения в соответствии с выражением:
Σ
Δ
Σ
j
Δ
j
j,
с
Здесь: A(n,j) - амплитуда РЛИ n - го строба в j-ом элементе азимутального разрешения; А(n,j) и А(n,j - комплексные величины сигнала n - го строба в j-ом фильтре для суммарного и разностного азимутального каналов, соответственно, G(θ)  и G(θ) - величины суммарной и разностной азимутальной ДНА для азимутального положения θ соответствующего j-му фильтру, согласно выражению  (λ - длина волны зондирующего сигнала, V - путевая скорость, Т - время синтезирования).
Сравнение изображений, полученных заявляемым способом (фиг.4а) и прототипом (фиг.4б), показывает существенное повышение азимутальной разрешающей способности и подтверждает возможность получения заявленным способом детального РЛИ местности, расположенной по направлению полета.