СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОПОРТРЕТА ОБЪЕКТА ОДНИМ ДЕТЕКТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF FORMING RADIO IMAGE WITH ONE DETECTOR AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Настоящее изобретение относится к области радиовидения и может быть применено для обнаружения предметов в ММ диапазоне волн под одеждой человека, в таможенном контроле грузов, в радиоастрономии для картографирования области неба и протяженных небесных объектов, в дистанционном зондировании земной поверхности, в охранных системах, работающих в условиях плохой видимости.
К настоящему времени известны способы формирования радиоизображений с помощью фокальной двумерной матрицы приемников, с использованием многоэлементного интерферометра, с помощью фазированных матриц.
Перечисленные способы реализуются сложными приемными системами, состоящими из множества элементов, что снижает надежность систем, а разброс параметров элементов, обусловленный внешними факторами и технологией их изготовления, влияет на качество радиоизображений.
Известен также способ механического сканирования с несколькими или единственным детектором, реализующийся в результате последовательного приема излучений элементов объекта и последующей компьютерной обработки принятого сигнала.
Наиболее близким аналогом является способ механического сканирования, реализованный с помощью приемной радиометрической системы, состоящей из антенны, радиометра и поворотного устройства, обеспечивающего сканирование по углу места и азимуту [1].
К недостатку способа можно отнести то, что изображение формируется при последовательном приеме излучений элементов объекта и что для его реализации требуются высокоточные механические поворотные устройства, способные обеспечить следующие режимы работы: разгон, равномерное движение, торможение, остановка, смещение по координате X или Y, изменение направления движения, повторение цикла.
Осуществление таких сложных движений механическим устройством требует больших затрат времени, что является вторым недостатком способа.
Технический результат заключается в том, что упрощается конструкция системы радиовидения за счет исключения поворотного устройства и, кроме того, в совокупности с параллельно-последовательным приемом излучений элементов объекта сокращается время формирования изображений.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования радиопортрета объекта одним детектором излучения всех элементов объекта переносятся в предметную плоскость, модулируются функциями с различными для каждого элемента параметрами, параллельно (одновременно) принимаются, разделяются на составляющие, соответствующие излучению каждого элемента, и преобразуются в оптическое изображение.
Способ формирования радиопортрета объекта одним детектором реализуется устройством (см. фиг.1), в котором прием излучений элементов объекта осуществляется неподвижной антенной (1), состоящим (кроме антенны) из дискового модулятора излучений элементов объекта (2), расположенного в предметной плоскости антенны, рупора (3), выполненного с возможностью вращения относительно оси диска, направленного перпендикулярно к плоскости диска, служащего для приема и передачи модулированных диском излучений элементов объекта на вход детектора (5), выход которого связан с входом устройства обработки сигнала (6), выполненного в виде компьютера, предназначенного для выделения составляющих, соответствующих интенсивностям излучений элементов объекта, преобразования значений интенсивностей излучения в оптическое изображение и формирования радиопортрета объекта, генератора импульсов (4), расположенного у кромки диска, служащего для подачи тактовых импульсов в устройство обработки сигнала.
Устройство работает следующим образом: излучение объекта (7) фокусируется антенной системой (1) в предметной плоскости, где расположен модулятор (2).
Конструктивно модулятор (2) представляет собой диск, поверхность которого разграничена на n кольцевых участков с номерами 1, …k, …,n (см. фиг.1). На каждом участке сделаны прорези. Количество прорезей на разных участках различно.
Диск вращается с постоянной скоростью относительно оси ОО антенной системы. В результате вращения диска излучения элементов объекта, соответствующие n участкам диска, будут модулированы функциями с различными параметрами. Излучения с одной элементарной области каждого участка через рупор (3) параллельно передаются на детектор (5), выходной сигнал которого обрабатывается по ниже приведенному алгоритму устройством обработки сигнала (6), выполненным в виде компьютера.
Рупор (3) вращается относительно оси оптической системы, что позволяет за один оборот принять излучения всех элементарных областей объекта.
Алгоритм обработки выходного сигнала детектора
k
k
k
k
Выходной сигнал детектора обрабатывается по алгоритму, схема которого показана на фиг.1 (позиция 6). Программируется параллельная работа n каналов, в каждый из которых входят следующие виртуальные устройства: фильтр (Ф), синхронный детектор (СД) генератор опорного сигнала (Г), сумматор (Σ), где k=1, 2, …, n номер канала.
Сигнал с выхода детектора (5), представленный функцией 1, одновременно поступает на входы (n каналов) фильтров.
где k=1, 2, …, n участки объекта,
- сигнал, принятый с элементарных областей участков объекта,
k
J - интенсивность излучения элементарной области k-го участка, t - время,
k
P(t) - модулирующая функция,
H(t) - интенсивность шума.
Принцип обработки сигнала каналами одинаковый, поэтому достаточно рассмотреть алгоритм работы одного k-го канала.
k
Сигнал на выходе фильтра (Ф) представлен формулой 2.
k
k
где (J×P(t)) - выделенный фильтром сигнал с элементарной области k-го участка, Z(t) - сумма ослабленных фильтром сигналов с остальных (n-1) участков объекта и шум.
k
С целью уменьшения величины Z(t) применяется синхронное детектирование. Сигнал на выходе синхронного детектора (формула 3) есть результат умножения функции X(t) на опорный сигнал, который представляется той же функцией, что и функция модуляции.
k
Опорный сигнал формирует генератор (Г) по поступающим с генератора (4) тактовым импульсам, частота которых задается модулятором (2) (см. фиг.1).
Алгоритм работы сумматора определяют формулы (4), (5):
i
По формуле (4) выполняется усреднение функции (3) для различного времени интегрирования (Δt), а по формуле (5) вычисляется интенсивность излучения k-й элементарной области объекта с ошибкой, величина которой уменьшается с увеличением времени интегрирования.
С целью оценки взаимного влияния излучений областей объекта и шума на выходные сигналы каналов проведено численное моделирование работы устройства, реализующее данный способ.
Приняты следующие условия: модулятор вращается со скоростью 50 об/с, частоты модуляции отличаются друг от друга на 20-30%, уровень шума -20 дБ, излучения принимаются с 10-ти областей объекта, интенсивность излучения 5-й области равна 0.8, интенсивности излучений остальных 9-ти областей равны 1.
В качестве примера рассматривалась работа 5-го канала (k=5), который вычисляет интенсивность излучения 5-го элемента объекта. На выходе 5-го канала сигнал, который представляет зависимость вычисляемой интенсивности излучения от времени интегрирования, показан на фиг.2. Видно, что кривая стремится к значению 0.8, соответствующему интенсивности излучения 5-го элемента объекта. При этом ошибка вычисления быстро уменьшается и за время интегрирования менее 0.1 с становится меньше 1%.
На основании результатов численного моделирования можно сделать вывод: излучения n элементов объекта, одновременно принятые детектором в ММ диапазоне волн, можно с высокой точностью разделить на составляющие, соответствующие каждому элементу объекта, и построить оптическое изображение.
Источники информации
1. В.А.Голунов, А.Ю.Зражевский, М.Т.Смирнов, В.С.Аблязов, А.А.Халдин, А.Е.Максимов, В.П.Нестеров. Радиотепловые поляризационные портреты объектов и покровов в ММ диапазоне волн. // 2-ая Всероссийская научная конференция «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами». Сб. докладов, Санкт-Петербург, 2004, т.1, с.56-59.