СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
METHOD OF INCREASING IMAGE RESOLUTION OF RADIOMETRIC IMAGES

Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к радиотеплолокационным станциям (РТЛС) наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой на базе подвижных или неподвижных носителей РТЛС со сканирующими совмещенными по центру антеннами радиометрических каналов с различными характеристиками диаграмм направленности (ДН) антенн.
При наблюдении РТЛС за наземными и воздушными объектами осуществляется построчное сканирование антенной РТЛС зоны обзора с непрерывным смещением антенны по азимуту и углу места [1]. При этом формируется двумерное радиометрическое изображение (РМИ) - радиотепловое изображение - объектов и подстилающей поверхности. Четкость РМИ и точность определения угловых координат объектов на РМИ при таком способе формирования изображения ограничена шириной ДН антенн, которая, в свою очередь, зависит от частотного диапазона принимаемых сигналов. Это приводит к тому, что формируемые в трактах обработки по числу антенн матрицы радиометрического изображения имеют различное разрешение. Как следствие, изображение получается смазанным по угловым координатам, или, говоря иначе, его разрешающая способность невысока.
Известен способ повышения разрешающей способности радиометрического изображения [2], который заключается в восстановлении матрицы изображения в срезах дальности и включает следующие этапы:
- последовательное смещение на определенные величины антенны РЛС (радиолокационной станции) по азимуту и углу места в зоне обзора;
- формирование на базе амплитуд отраженных сигналов матрицы измерений;
- обработку матрицы измерений и получение радиометрического изображения.
Недостатком указанного способа является недостаточная разрешающая способность радиометрического изображения, обусловленная недостаточной точностью оценивания амплитуд отраженных сигналов ввиду рассмотрения только одного канала измерения. Кроме того, указанный способ не позволяет получить информацию о РМИ по периметру зоны обзора.
В качестве ближайшего аналога заявляемого способа принят способ повышения разрешающей способности радиометрических изображений [3], заключающийся в том, что при наблюдении за поверхностью или воздушной обстановкой с помощью сканирующей РТЛС с несколькими совмещенными по центру антеннами, ДН которых описывается функциями с разделенными переменными, формируют блочную матрицу измерений основных и смешанных каналов, затем умножают матрицу измерений слева и справа на матрицы весовых коэффициентов, рассчитываемых заранее по определенной методике, в результате чего получают матрицу оценок амплитуд, представляющую собой восстановленное радиометрическое изображение объектов в зоне обзора РТЛС.
Данный способ имеет следующие недостатки.
Матрицы основных каналов формируются для антенн с разными ДН в различных частотных диапазонах, и, как следствие, радиометрические характеристики объектов на изображениях этих матриц различны. Это приводит к ошибкам восстановления изображения, т.е. к снижению разрешающей способности радиометрического изображения. Кроме того, при таком подходе не сохраняется информация о тепловых характеристиках наблюдаемых объектов в частотных диапазонах, соответствующих различным антеннам.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении разрешающей способности радиометрического изображения при сохранении информации о тепловых характеристиках наблюдаемых объектов в частотных диапазонах, соответствующих различным антеннам.
1
1
2
2
2
Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения разрешающей способности радиометрических изображений, заключающемся в том, что при наблюдении за поверхностью или воздушной обстановкой с помощью сканирующей радиотеплолокационной станции, содержащей несколько совмещенных антенн с разными диаграммами направленности, которые принимают сигналы в разных частотных диапазонах, формируют Q матриц радиометрических изображений по числу антенн, которые затем совместно обрабатывают, выбирают матрицу Y, соответствующую антенне с наименьшей шириной диаграммы направленности, подвергают матрицу Y операциям восстановления с помощью фильтра Винера и получают матрицу восстановленного изображения Х, после чего с помощью операций сегментации разбивают матрицу Х на непересекающиеся однородные по амплитуде сегменты; для элементов остальных (Q-1) матриц, соответствующих каждому сегменту, вычисляют среднюю амплитуду и формируют совокупность матрицы Х и (Q-1) матриц с вычисленной средней амплитудой, представляющую радиометрическое изображение наблюдаемой поверхности или воздушной обстановки.
На фиг. 1-4 иллюстрируются результаты эксперимента.
Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.
1
В результате сканирования антеннами РТЛС зоны обзора по азимуту и углу места формируются матрицы РМИ , , с элементами y(i, j), , , где i и j - номера строки и столбца матрицы, M и N - количество ее строк и столбцов, Q - число каналов по числу антенн.
1
Матрица Y с наилучшим пространственным разрешением подвергается двумерному преобразованию Фурье и получается спектральная матрица , , .
ƒ2
ƒ
Элементы матрицы Y умножаются на передаточную функцию h(i, j) восстанавливающего фильтра Винера [4], и получается спектральная матрица оценок , , .
ƒ2
Матрица X подвергаются обратному преобразованию Фурье, и получается матрица , , , восстановленного изображения объектов в пространственной области.
2
1
2
K
2
1
Матрица Х разбивается на K непересекающихся однородных по амплитуде подобластей D, D, …, D с помощью оператора сегментации [4]. В результате получается матрица , , , где s(i, j) - номер сегмента, которому принадлежит i-й, j-й элемент матрицы Х и соответствующий ему i-й, j-й элемент матрицы Y.
2
Q
Для всех i-x, j-x элементов остальных матриц Y, …, Y с меткой s, соответствующих s-му сегменту, вычисляется средняя радиометрическая амплитуда :
s
q
где n - количество элементов матрицы Y с меткой s.
1
Q
В результате формируются матрицы Y, …, Y с повышенным пространственным разрешением и температурными характеристиками разных частотных диапазонов.
2
В результате формируется совокупность матрицы X и (Q-1) матриц с вычисленными средними амплитудами, представляющая радиометрическое изображение наблюдаемой поверхности или воздушной обстановки. Полученное таким образом радиометрическое изображение характеризуется более высоким - по сравнению со способом, принятым в качестве ближайшего аналога - пространственным разрешением и, что также очень существенно - в полученном радиометрическом изображении сохраняется информация о тепловых характеристиках наблюдаемой поверхности или воздушной обстановки в частотных диапазонах, соответствующих различным антеннам РТЛС.
Результаты эксперимента. Натурные испытания проводились на примере РТЛС с двумя антеннами, первая из которых принимала сигналы в 3-х мм диапазоне длин волн, и в результате первичной обработки формировалась первая матрица РМИ с лучшим пространственным разрешением. Вторая антенна принимала сигналы в 8-ми мм диапазоне, и в результате первичной обработки формировалась вторая матрица. На фиг. 1 показано видеоизображение наблюдаемого участка местности с тремя объектами в виде щитов, на фиг. 2 показано изображение во второй матрице, соответствующее 8 мм диапазону, на фиг. 3 приведено изображение в первой матрице после ее винеровской фильтрации, и на фиг. 4 иллюстрируется изображение во второй матрице после сегментации первой матрицы и усреднения амплитуд элементов второй матрицы, соответствующих выделенным сегментам.
Изображение объектов на фиг. 4, полученное с помощью предлагаемого способа, более четкое в сравнении с изображением объектов на фиг. 2. Изображения на фиг. 3 и 4 имеют близкое пространственное разрешение и содержат амплитудную информацию о тепловых характеристиках объектов в 3 мм и 8 мм частотных диапазонах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация. М.: Воен. изд-во., 1970. 132 с.
2. Патент РФ №2284548, МПК G01S 13/02, 2006 г.
3. Патент РФ №2379706, МПК G01S 13/89, 2010 г.
4. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006, 616 с.