8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны icon

8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны

Название8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны
страница1/3
Дата конвертации17.11.2012
Размер478,12 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3
1. /jutyaeva/8.Основы теории РСА.doc
2. /jutyaeva/MRD/MRDLAB.doc
3. /jutyaeva/MRD/MRDLABизд.doc
4. /jutyaeva/MRD/Mrd описание с рис/MRDLAB.doc
5. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/ACKNOW.DOC
6. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/APPLIC.DOC
7. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/CHAPT1.DOC
8. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/CHAPT2.DOC
9. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/CHAPT3.DOC
10. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/CONCLU.DOC
11. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/CONDMARK.DOC
12. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/EPILOG.DOC
13. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/INDEX.DOC
14. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/INTRODUC.DOC
15. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/LITT.DOC
16. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/RESULTS.DOC
17. /jutyaeva/СОМБИ/EСg/TITLIST.DOC
18. /jutyaeva/СОМБИ/Получение томографических изображений с помощью радиоактивных препаратов Кораблева.doc
19. /jutyaeva/СОМБИ/доплерография/Доплерография.doc
20. /jutyaeva/СОМБИ/доплерография/Спектральная характеристика кровотока.doc
21. /jutyaeva/СОМБИ/пассивные системы наблюдения - радиометры/6.doc
22. /jutyaeva/СОМБИ/пассивные системы наблюдения - радиометры/радиометры в медицине.doc
23. /jutyaeva/СОМБИ/расчет радиометра/Раздел 1. Радиотепловое излучение.doc
24. /jutyaeva/СОМБИ/расчет радиометра/Раздел 2. Радиометрические приемники.doc
25. /jutyaeva/СОМБИ/расчет радиометра/Раздел 2.3 Требования к радиометрическим приемникам.doc
26. /jutyaeva/СОМБИ/расчет радиометра/Раздел 3. Расчет характеристик обнаружения.doc
27. /jutyaeva/СОМБИ/расчет радиометра/Расчет характ. обнаружения МР с ЦО.doc
28. /jutyaeva/СОМБИ/расчет радиометра/Расчет характ. обнаружения МР с ЦОпродолжение.doc
29. /jutyaeva/СОМБИ/расчет радиометра/дальность РМ.doc
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны
Методическое пособие по курсам «методы радиолокации» «системы радиолокации и радионавигации»
Методическое пособие по курсам «Методы радиолокации», «Системы радиолокации и радионавигации»
Методическое пособие по курсам «Методы радиолокации», «Системы радиолокации и радионавигации»
Благодарности
Приложение графики экг и результат их адаптивной фильтрации
Задача сглаживания электрокардиосигналов
Лекция на основе линейных фильтров; анализ вспомогательных зависимостей типа "функции формы"; эталонные формы
Программная реализация алгоритмов обработки электрокардиограмм
Выводы
Список обозначений и абревиатур
Заключение
Список обозначений и абревиатур
Введение. Области применения автоматизированных систем обработки электрокардиосигналов
Библиография
Результаты работы и их обсуждение
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный доктор технических наук В. Н. Афанасьев
Реферат по курсу «Системы обработки и отображения медико-биологической информации» «Получение томографических изображений с помощью радиоактивных препаратов»
Ультразвуковые волны это упругие колебания среды с частотой, превышающей частоту колебания слышимых человеком звуков, свыше 20 кГц
1. Спектральная характеристика кровотока
6. Устройства пассивного визирования в свч и ик-диапазонах Особенности пассивного визирования
Радиоизлучение человеческого тела и медицинская диагностика
1. Радиотепловое излучение Количественные характеристики теплового излучения
2. Радиометрические приемники Типы радиометрических приемников
2. 3 Требования к радиометрическим приемникам
3. Расчет характеристик обнаружения цифрового радиометра
1. Модуляционный радиометр с цифровой обработкой сигнала
1. Модуляционный радиометр с цифровой обработкой сигнала
2 Дальность действия радиометров

8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны


8.1 Назначение РСА и способы обзора пространства


Радиолокаторы с синтезированным раскрывом антенны предназначены для получения детального радиояркостного изображения лоцируемой поверхности и является наиболее информативными активными радиосистемами дистанционного исследования и контроля поверхностей и сред Земли и планет. Детальность радиояркостного изображения обеспечивается высокой разрешаю­щей способностью по площади (малой величиной элемента разрешения ΔS, рис. 8.1) и большим динамическим диапа­зоном обрабатываемых отраженных сигналов в каждом эле­менте разрешения. В свою очередь, динамический диапазон В определяется отражающими свойствами лоцируемой поверхности, а именно: удельной эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР), обозначаемой G0.




Рис. 8.1 Пространственные соотношения, поясняющие принцип работы РСА


Далее G0 зависит от физических свойств и агрегатного состояния зондируемой поверхности, от длины радиоволны и её поляризации, а также от угла облучения (угла визирования). Поэтому, выбирая соответствующие значение длин радиоволн, их поляризацию и угол облучения можно получить большое количество информации, например: о степени шероховатости суши и интенсивности растительного покрова, о наличии снежного покрова, влажности, о степени взволнованности водной поверхности и направлении фронта волн, о наличии ледового покрова или нефтяной пленки на поверхности воды и т.д.

Некоторые виды указанной информации можно получить при наблюдении оптическими средствами. Однако в отличие от оптических систем работа РСА не зависит от освещенно­сти и состояния атмосферы. Кроме того, можно получить дополнительный эффект, изменяя длину радиоволны и вид поляризации, что не всегда возможно для оптических систем.

В качестве иллюстрации сказанного на рис. 8.2, рис. 8.3 приведены некоторые графики зависимости σ0 от угла визи­рования и вида поверхности.




Рис. 8.2 Усреднение характеристики Рис. 8.3 Усреднённые арактеристики

зависимости σ0 от угла визирования зависимости σ0 от состояния растительного покрова


Радиолокационная система устанавливается на движу­щемся носителе. При этом применяются несколько видов обзора лоцируемой поверхности: боковой обзор (БО) (рис. 8.4), телескопический (ТК) (рис. 8.5), секторный (СК) (рис. 8.6). Режим БО применяется наиболее часто, в этом режиме обеспечивается непрерывное картографирование поверхности, при этом, как правило, луч антенны направлен по нормали к линии пути носителя PCА и под углом β к зондируемой поверхности. Радиоизображение местности разворачивается со скоростью движения носителя вдоль координаты х в полосе ΔL (рис 8.1). При этом отраженные сигналы стробируются так, чтобы независимо от умеренных флюктуаций ориентации носителя они принимались от этой полосы ΔL.






Рис. 8.4 Схема полосового обзора РСА Рис. 8.5 Схема телескопического

обзора РСА




Рис. 8.6 Схема секторного обзора


Особенностью режима ТК является то, что радиолока­ционное изображение формируется в виде отдельного кадра вблизи некоторой выбранной точки М на поверхности (рис. 8.5), которая становится центром картографируемого участка. Управление антенной должно обеспечивать непре­рывное облучение выбранного участка в течение всего вре­мени формирования кадра. В этом режиме достигается наибольшее время синтезирования и наивысшее разрешение, однако изображение поверхности получается не непрерыв­ное, а в виде фрагментов в окрестностях выбранных точек.

Режим СК применяется обычно для картографирования в передней полусфере. Для достижения достаточно широко­го сектора обзора антенна сканирует пространство. Этот режим весьма сложный, в нем трудно достичь хорошего качества радиоизображения поверхности. Обычно этот режим используется в авиации. В данной книге рассматривается режим БО как основной [1].

8.2. Принцип получения высокого разрешения по поверхности

Рассмотрим принцип получения разрешающей способно­сти по поверхности в режиме БО. Как было отмечено выше, РСА устанавливается на движущийся носитель, параметры движения и траектория которого относительно лоцируемой поверхности должны быть строго заданы. Луч антенны на­правлен нормально к траектории и под углом к поверхности β. (рис. 8.1).

В начале рассмотрим, каким образом обеспечивается разрешение по дальности на поверхности, которая счисляет­ся вдоль координаты у. Из рис. 8.1 ясно, что элемент разре­шения по дальности на поверхности Δy связан с элементам разрешения по наклонной дальности ΔRн соотношением




(8.1)


Известно также, что




(8.2)


где С — скорость света, Δfc — ширина спектра зондирующего сигнала.


Учитывая сказанное, получим




(8.3)


Для лучшего понимания принципа синтезирования раскрыва антенны, при помощи чего и достигается высокая разрешающая способность по азимуту на поверхности, крат­ко напомним, каким образом формируется диаграмма на­правленности обычной линейной многоэлементной антенны. Сигналы, отраженные от цели, принимаются практически одновременно всеми элементами антенны А1 (рис. 8.7, а). В фидерной системе все сигналы векторно складываются, и результирующая сумма поступает в приемник. Если цель находится на направлении фокусной оси антенны, то сигналы, принимаемые элементами, находятся в фазе и векторная сумма по модулю максимальна. При других направлениях на цель сигналы имеют некоторое отличие по фазе, и вектор­ная сумма по модулю становится меньше. В результате фор­мируется хорошо известная диаграмма направленности ан­тенны. Итак, для получения высокой направленности необ­ходимо, чтобы элементы антенны А1 были разнесены в пространстве по раскрыву и выполнялось векторное суммиро­вание принятых сигналов.





Рис. 8.7 Геометрия формирования синтезированного раскрыва антенны


Однако, нет принципиальной необходимости принимать сигналы одновременно на все элементы антенной решетки. Можно принимать сигналы на один элемент, но этот элемент перемещать в пространстве вдоль некоторого воображаемого (синтезированного) раскрыва. Необходимо запомнить амп­литуды и фазы принимаемых последовательно во времени сигналов и через некоторое время эти сигналы одновременно сложить. Этот отрезок времени будет временем синтезиро­вания Τсин , а отрезок пути, на котором запоминались сигна­лы — величиной раскрыва синтезированной антенны Lc.

Итак, один элемент антенны устанавливается на лета­тельном аппарате. Перемещение летательного аппарата в пространстве создает требуемое перемещение эквивалентного элемента антенны. Очевидно, что в этом случае принципиаль­но можно получить сколько угодно больших синтезирован­ных антенн. Как показано на рис. 8.7, б, самолет с установ­ленной на нем антенной с шириной луча θα и летящий со скоростью Vн позволяет получить антенну с синтезирован­ным раскрывом, равным по величине отрезку траектории полета самолета Lc = ΤсинVн (рис. 8.7,б). Результирующая диаграмма направленности имеет узкий основной лепесток θα с= λ/2Lc, где λ — длина волны передатчика. При этом ли­нейная разрешающая способность по азимуту на поверхно­сти равна (рис.8.1)




(8.4)


где Rн — наклонная дальность до зондируемой поверхности.

Определим потенциальную разрешающую способность Δxm. Очевидно, что максимальное время синтезирования Τсин.m равно максимальному времени нахождения цели в луче реальной антенны. Как видно из геометрии рис. 8.8, точеч­ная цель Ц находится в луче реальной антенны с раскры­вом lα при пролете носителя РСА от точки S1 до точки S2, в этом случае длина синтезированного раскрыва Lcm равна



(8.5)


Подставляя (8.5) в (8.4), получим




(8.6)


Таким образом, чем меньше раскрыв реальной антенны lα, тем выше может быть достигнуто разрешение Δxm.



Рис. 8.8 К определению максимальной величины синтезированного раскрыва


8.3. Анализ траекторного сигнала РСА

Рассмотрим структуру отраженного, или иначе, траектор­ного сигнала при обручении точечной цели радиолокацион­ной системой, установленной на носителе, который движет­ся равномерно и прямолинейно (рис. 8.9). Излученный сиг­нал запишем в виде

= A0 e jω0t . (8.7)

Принимаемый сигнал, отраженный от цели Ц, запишем в виде

= k0 A0 ехр( j ω0(t – tэ)) , (8.8)





Рис. 8.9 Геометрические искажения к анализу траекторного сигнала

где k0 — коэффициент, учитывающий затухание, tэ — время задержки:




Учитывая, что x<<Rн , приближенно можно записать




(8.9)


Подставляя (8.9) в (8.8), получаем



(8.10)


или в другом виде

(8.11)

где


φ — фазовый сдвиг сигнала, обусловленный наклонной даль­ностью до цели Rн; φ (х) — фаза сигнала, зависящая только от положения цели на оси x, т е. от азимута. В свою оче­редь,




(8.12)

Поскольку полет носителя происходит равномерно со ско­ростью Vн, то x=Vнt. В этом случае фазовый множитель φ(х) можно записать так




(8.13)


Подставив (8.13) в (8.11), получим

(8.14)

Ясно, что выражение (8.14) описывает высокочастотный сигнал с линейной частотной модуляцией с крутизной γ




(8.15)


Действительно, дифференцируя фазовый множитель равен­ства (8.14) по t, получим

(8.16)


Таким образом, информация об угловом положении цели Ц содержится в фазовом множителе φ(x). В когерентной РЛС эта информация может быть выделена при помощи когерентных детекторов и последующей обработки. Выходное напряжение когерентно­го детектора

Uфд(x) = A0 cos[φ- φ(x)].

На рис. 8.10 показаны зависимости φ(x), ω(t) и Uфд(x). Как следует из (8.15) и видно из рис. 8.10, крутизна частот­ной модуляции зависит от дальности Rн. Заметим, что частотная модуляция траекторного сигнала, по сути, является линейным то раскрыву реальной антенны доплеровским смещением. Действительно, доплеровская до­бавка на краях луча антенны θα равна




(8.17)




Рис. 8.10 Графики: а-фазовая функция φ(x); б-доплеровской частотной модуляции траекторного сигнала ω(t); в-выходного сигнала фазового детектора Uфд(x)


и при малых значениях θα линейно изменяется между двумя крайними значениями, определенными равенством (8.17), принимая нулевое значение на линии траверза.

Таким образом, обработка траекторного сигнала, синте­зирование раскрыва антенны является задачей доплеровской фильтрации, так как каждому положению цели на оси х, каждому угловому азимутальному положению соответствует свое доплеровское смещение эхо-сигналов от этой цели. В дальнейшем, при изучении алгоритмов обработки будем придерживаться такого доплеровского подхода.


8.4 Принципы обработки сигналов РСА

Как следует из вышеизложенного, обработка сигналов в РСА для получения детального радиоконтрастного изоб­ражения лоцируемой поверхности сводится к двумерной об­работке сигналов: в частотной и временной областях, что соответствует координатам х, у на поверхности обзора. По­этому процесс обработки эхо сигналов обычно разбивается на два основных этапа: стробирование сигнала по дально­сти (образование дальномерных каналов), обработка отстробированных траекторных сигналов в частотной области (соб­ственно синтезирование).

Остановимся подробнее на процес­се синтезирования, так как эта задача, как правило, наибо­лее сложная в системах РСА.

Итак, процесс синтезирования раскрыва состоит в коге­рентном накоплении эхо-сигналов за время Тсин. При этом различают следующих два режима работы: нефокусированный и фокусированный.

При несфокусированном режиме обработка сигналов ве­дется с точностью до линейной компоненты фазового множи­теля ω0t траекторного сигнала (8.14). При этом квадратич­ной составляющей пренебрегают. Но в конечном счете, неуч­тенная квадратичная фазовая составляющая при достаточно большом времени накопления (синтезирования) приводит к фазовой ошибке такой величины, при которой дальнейшее когерентное накопление невозможно. Полагая величину ука­занной фазовой ошибки δφ равной, например, π/2, найдем предельное время синтезирования Тсин. нф в нефокусированном режиме



(8.18)




(8.19)


и соответствующий этому режиму максимальный раскрыв нефокусированной антенны



(8.20)


Канал обработки в таком режиме соответствует доплеровскому фильтру с фиксированной частотой настройки. Как правило, системы обработки строятся многоканальны­ми по частоте, каждый канал соответствует некоторому азимутальному направлению на цель. В этом случае распределение частот настройки доплеровских каналов по ази­мутам приведено на рис. 8.11.





Рис. 8.11 Распределение доплеровских частот по азимутальным каналам обработки в нефокусированном режиме

По оси абсцисс отложены азимутальные углы α или ли­нейные координаты х, то оси ординат — соответствующие им доплеровские частоты Fα. Таким образом, α-й азимуталь­ный канал выделяет из всего доплеровского спектра сигнал частоты Fα, отраженный от элемента на поверхности с уг­ловой координатой α. Очевидно, при нефокусированном ре­жиме носитель РСА за время синтезирования смещается вдоль оси х не более, чем на элемент разрешения Δх.

Простейшая функциональная схема α-го азимутального канала обработки в нефокусированном режиме (рис. 8.12) представляет собой когерентный видеочастотный накопитель Nc импульсов, предварительно продетектированных в квад­ратурном фазовом детекторе ФД. Частота настройки канала фиксируется опорной частотой Fдi фазового детектора, число секций задержки равно (Nc —1), Nc — число периодов зондирования за время синтезирования Тсин. Как видим,




Рис. 8.12. Функциональная схема азимутального канала обработки в нефокусированном режиме

нефокусированная система является простейшей и далеко не исчерпывает потенциаль­ных возможностей метода по улучшению разрешения Δх.

В фокусированном режиме необходимо вести когерент­ную обработку сигнала с точностью до квадратичной состав­ляющей фазовой функции (8.14). Поскольку квадратичная составляющая фазы обусловлена наличием доплеровской линейной частотой модуляции, крутизна которой зависит от наклонной дальности Rн (8.15), азимутальный канал обра­ботки должен перестраиваться по частоте, причем с различ­ной скоростью для различных дальностей Rн i. Функциональ­ная схема азимутального канала остается такой же, как и на рис. 8.12, однако опорная частота фазового детектора должна перестраивать за время Тсин то закону

(8.20)

где t изменяется в пределах Тсин/2—0, 0— —Тсин /2 - в фокусированном режиме путь синтезирования Lс превышает элемент разрешения Δx. Распределение частот настройки азимутальных каналов приведено на рис. 8.13.




Рис. 8.13. Распределение доплеровских частот по азимутальным ка­налам в фокусированном режиме

Разумеется, все вышеобозначенные принципы обработки и функциональные схемы реализуются в цифровом виде, обеспечивая в отличие от аналоговых, наилучшим образом требуемую точность, надежность и простоту.

В фокусированном режиме может быть достигнута потенциальная разрешающая способность системы по азимуту Δxm.

Рассмотренная выше когерентная обработка сигналов преследует цель получения высокой азимутальной разре­шающей способности. Однако для получения высококачественного изображения лоцируемой поверхности необходимо также подавить когерентные шумы, спёкл-шумы обусловленные природой отражения радиолокационных сигналов. Эти шумы не могут быть подавлены увеличением «мощности (энергии) зонди­рующих сигналов. Как правило, когерентные шумы подав­ляются путем дополнительной некогерентной обработки. Суть этой обработки состоит в некогерентном многократном сложении сигналов от одних и тех же элементов разрешения на поверхности, полученных в разных периодах синтезирования Тсин. Увеличение кратности некогерентного на­копления m0 существенно улучшает качество получаемого радиоизображения, но при этом усложняется система обра­ботки, в частности, увеличивается количество необходимых азимутальных каналов обработки в когерентной части про­цессора.

Подробнее проблема выбора кратности m0 рассмотрена в разделе оценки качества получаемого радиоизображения.


8.7. Структурная схема РСА и оценка качества получаемой информации

В предыдущих разделах изучены задачи, решаемые РСА, принципы формирования информации, алгоритмы и построение систем обработки. В настоящем разлете рас­смотрим функциональную схему и требования к основным блокам РСА космического базирования. Функциональная схема приведена на рис. 8.21. В ней предусмотрено исполь­зование фазоманипулированного сигнала (ФМС), как более простого в технике формирования и обеспечения когерентности.





Рис. 8.21. Функциональная схема РСА с использованием ФМС и пол­ной бортовой обработкой сигналов

Рассмотрим передающий тракт. Требования к стабиль­ности частоты передатчика f0 в РСА весьма жесткие. Для того чтобы не смазывалось радиолокационное изображение лоцируемой поверхности при некогерентной обработке, не­обходимо поддерживать абсолютную нестабильность δf0 частоты f0 на уровне не хуже (0,1—0,3)/Tсин за время не менее m0Tсин. При этом относительная нестабильность



Поэтому передающий тракт, как правило, строится по следующей схеме (рис. 8.21): высокостабильный задающий генератор (ЗГ), высокостабильный умножитель частоты (УЧ), модулятор (М), усилитель мощности (УМ), антенный переключатель (АП).

Высокостабильный умножитель частоты обычно состоит из каскадов умножения на три, так как при этом удается достаточно подавить фазовый шум и тем самым обеспечить высокую когерентность бинарного сигнала.

Для усиления мощности сигнала до требуемого выход­ного уровня в сантиметровом диапазоне используются ЛБВ или клистроны в усилительном режиме. В дециметровом диа­пазоне—полупроводниковые параллельные усилительные каскады с суммированием выходной мощности.

Управление антенной при переключении режимов «пере­дача-прием» осуществляется от блока управления и синхро­низации (БУС).

Тракт приема состоит из обычных каскадов усиления и преобразования частоты УВЧ, СМ1, УПЧ, СМ2. Сюда вхо­дят также фазовые детекторы ФД и аналого-цифровые пре­образователи АЦП. Отметим особенности в формировании гетеродинных частот fг1, fг2, fг3, fг4. Первые две частоты фор­мируются в блоке умножения частот УЧ и таким образом оказываются связанными с несущей частотой f0. Опорная частота фазовых детекторов fг4 формируется из час­тоты перестраиваемого гетеродина ГТ fг3, находящегося в блоке автоматической подстройки частоты (АПЧ), и час­тоты fг2 путем смешения в смесителе СМ2. Подстройка частоты гетеродина ГТ производится в режиме АПЧ (пере­ключатель П), когда передатчик переводится в режим моно­хроматического излучения, и с помощью цифрового измери­теля частоты ИЧ производится измерение средней частоты доплеровского спектра отраженного сигнала, которая долж­на быть равна нулю, если ошибки в ориентации РСА отсут­ствуют. Если эта частота не равна нулю и имеет значение f, что свидетельствует об отклонениях в ориентации от расчетных положений, то гетеродин ГТ перестраивается так, чтобы частота fг4 изменилась на ту же величину f и с тем же знаком. Таким образом, система АПЧ призвана скомпенсировать ошибки ориентации. Подробнее эта проблема рассматривается в последнем разделе. Режимы АПЧ и синтезирования (СН) чере­дуются во времени.

Следует отметить, что в РСА с высокой разрешающей способностью необходимо использовать отдельную радиосистему для устранения указанных ошибок, так как на ре­жим АПЧ расходуется время, которое должно быть пол­ностью использовано на радиолокационную съемку поверхности.

В бортовом процессоре (СО) производится полная обработка сигналов по одному из алгоритмов, рассматриваемых в гл. 2 и 3. Кроме того, вырабатывается информация АПЗ для автоматической подстройки в блоке БУС задерж­ки стробов «прием-передача», которая может быть необхо­димой для компенсации изменения наклонной дальности Rн
до лоцируемой поверхности (подробнее см. в гл. 4). Если бортовая обработка отсутствует, то отсчёты сигнала после АЦП совместно со служебной информацией поступают непосредственно на систему передачи информации (на рис. 8.21 не показана).

Проблема оценки качества выходной информации РСА является достаточно сложной в связи с разнообразием и но­визной задач, решаемых с помощью таких систем.

Основными характеристиками изображений, получаемых с помощью технических средств (фотографии, телевидение и т. д.), являются четкость, диапазон яркостей и верность воспроизведения полутонов. В процессе получения изобра­жений, как правило, возникают шумы, действие которых приводит к потере контраста и снижению четкости. Усло­вием высокой полезности снимков является стабильность получаемых яркостных характеристик объектов во времени.

В этих отношениях радиолокационные изображения имеют ряд особенностей. Одна из них связана с тем, что длина радиоволны больше, чем световой в среднем в 105 раз, поэтому шероховатая поверхность, обеспечивающая диффуз­ное отражение в световых лучах, в радиодиапазоне может быть почти зеркально отражающей. В значительной степени яркость будет определяться также электрическими парамет­рами отражающего слоя.

По точности оценки средней яркости радиоизображения могут превосходить оптические, так как радиотехнические параметры радиолокатора (мощность передатчика, чувст­вительность приемника и др.) могут быть измерены со срав­нительно высокой точностью (10—25%).

Вместе с тем уменьшение случайных составляющих ко­лебаний радиояркости каждого элемента изображения пред­ставляет сложную проблему.

Существуют три основных причины, приводящие к появ­лению шумов в изображении, получаемых с помощью РСА.

Одной из них являются флюктуационные (тепловые) шумы входа приемника, которые тем заметнее, чем меньше средний уровень отраженных сигналов. Эти шумы можно до некоторых пределов уменьшить за счет применения малошумящего входного усилителя, увеличения мощности передатчика или размеров антенны.

Две других составляющих шума являются следствием особенностей формирования сигналов в РСА. Одна из них обусловлена физическими процессами при отражении и на­зывается «когерентным шумом». Амплитуда отраженного сигнала от данной площадки является суммой когерентно сложенных откликов от всех ее элементов и является случайной величиной. Для большинства отражающих поверх­ностей распределение вероятностей амплитуд сигнала на выходе приемника подчиняется закону Релея. Дисперсия этого распределения достаточно велика. Это приводит к зна­чительному колебанию яркостей соседних элементов, даже если изображение однородно. Возникает «зернистость» изображения (когерентный шум, спёкл-шум), подобная зер­нистости пятна лазерного луча на гладкой поверхности. По своей природе этот шум является мультипликативным и не может быть уменьшен улучшением энергетических ха­рактеристик РСА. Когерентный шум может быть подавлен в процессе некогерентного сложения сигналов, полученных в разных периодах синтезирования пропорционально величине 1/√m0.

Можно выделить два критерия с двумя решаемыми задачами: для задач распознавания радиолокационного изображения – критерий интерпретируемость ; для задач оценки свойств поверхности – минимум дисперсии оценки величины G0. При проектировании РСА учитываются указанные критерии.

Сначала рассмотрим первый критерий – интерпретируемость:

J =J0 e(-υ/υ0) ,

где J0 —интерпретируемость изображения при отсутствии «когерентного» шума; υ=ΔS∙Δ(m0) — «пространственный объем» разрешения по уровню «серого»; ΔS — площадь эле­мента разрешения; Δ(m0) —разрешение по уровню «серого», определяемое как отношение уровня, превышаемого сигна­лом с вероятностью 0,9, к уровню, превышаемому с вероят­ностью 0,1 для ансамбля из m0 независимых отсчетов; υ0 — некоторый критический объем, зависящий от характера цели. При m0→∞, Δ(m0)→1.

Величина Δ(m0) уменьшается с увеличением m0, но уве­личение числа наблюдений требует расхода времени синте­зирования, то есть приводит к ухудшению разрешающей способности Δх. Оптимальное значение , обеспечивающее максимальную интерпретируемость, равно 2—3. Этот ре­зультат получен в предположении, что требуется максималь­но возможная разрешающая способность РСА.

Рассмотренные закономерности полечены путем стати­стической обработки экспериментальных данных по распоз­наванию (интерпретации) радиоизображений многими не­зависимыми наблюдателями. Физический смысл явления достаточно ясен: вероятность правильного распознавания сюжета зависит не только от размеров элементов разреше­ния ΔS (детальности), но и от зашумленности этих элемен­тов когерентным шумом. Важно также соотношение разме­ров элемента ΔS и деталей сюжета, что учитывается кри­тическим объемом υ0.

Если задача состоит в исследовании и контроле больших поверхностей в задачах метеорологии и других подобных, например: характера волнения в океане, состоянии ледового покрова, снежного покрова, то главным является снижение дисперсии G0. Последнее достигается увеличением m0 за счет снижения разрешающей способности Δx, Δy, с учетом большой пространственной корреляции указанных выше явлений.

Таким образом, при рациональном выборе параметров радиолокатора с синтезированной апертурой можно обес­печить как достаточно высокую точность оценки среднего значения радиояркости однородных площадей, так и допус­тимо малые случайные ее изменения (т. е. систематические и случайные составляющие погрешности). Радиолокацион­ное изображение, существенно отличаясь по распределению яркостей от оптического, может дать ценную дополнитель­ную информацию о характеристиках подстилающих поверх­ностей.

Наконец, третья составляющая шума — это корреляцион­ный шум, подробно рассмотренный выше.

  1   2   3



Похожие:

8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconРазработка укв вещательной антенны
Антенна. Основные параметры антенны, классификацию, диаграмму направленности и т д. Так как расчет антенны будем производить с помощью...
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconДокументи
1. /Основы теории передачи информации.pdf
2. /Основы...

8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconН. Л. Мишатина Концептуальные основы построения лингвоконцептоцентрической речевой среды Аннотация
В статье рассматриваются в рамках культурно-исторической психологии и психологической педагогики, лингвокультурной концептологии...
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconДокументи
1. /Основы теории связи.pdf
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconДокументи
1. /_Смирнов Э.А., Основы теории организации.djvu
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconМистификация
Вета c = const, который является основой теории относительности (ТО). Таким образом доказана несостоятельность то как физической...
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconМистификация
Вета c = const, который является основой теории относительности (ТО). Таким образом доказана несостоятельность то как физической...
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconОсновы экономической теории и денежно-кредитных отношений
Экономическая теория исследует отношения и поведение лю­дей в процессе производства, распределения и потребления мате­риальных благ...
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconИсаак Ньютон (1643-1727)
Законы Ньютона, заложившие основы классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цветности...
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны iconДокументи
1. /_Вачнадзе Г.Н., Антенны направлены на Восток.pdf
8. Основы теории радиолокаторов с синтезированным раскрывом антенны icon«Санкт-Петербургский Региональный центр»
Установка новой широкополосной антенны цифрового телевизионного вещания на петербургской телебашне
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©cl.rushkolnik.ru 2000-2013
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы