RU2612193C1 - Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе - Google Patents
Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612193C1 RU2612193C1 RU2016111596A RU2016111596A RU2612193C1 RU 2612193 C1 RU2612193 C1 RU 2612193C1 RU 2016111596 A RU2016111596 A RU 2016111596A RU 2016111596 A RU2016111596 A RU 2016111596A RU 2612193 C1 RU2612193 C1 RU 2612193C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- line
- antenna
- scanning
- channel
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/021—Auxiliary means for detecting or identifying radar signals or the like, e.g. radar jamming signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пассивным системам радионаблюдений за объектами с помощью двухканального сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн, и может быть использовано также в оптических системах инфракрасного диапазона. Технический результат направлен на повышение точности восстановления и разрешающей способности изображения объектов в двухканальной радиометрической системе, работающей с повышенным шагом сканирования по углу места. Способ формирования изображений заключается в разном порядке сканирования антенн по угловым координатам с последующей совместной обработкой полученных в двух измерительных каналах двух матриц измерения, в результате чего формируется матрица изображений объектов с повышенной разрешающей способностью по угловым координатам. 1 табл.
Description
Изобретение относится к пассивным системам радионаблюдений за объектами [1, 2] с помощью двухканального сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн (3-8 мм) с шириной диаграммы направленности антенны 1-3°. Каждый канал представляет собой антенну, принимающую излученный сигнал в определенном диапазоне длин волн, и тракт первичной обработки, включающий высокочастотный усилитель, квадратичный детектор, фильтр низких частот (ФНЧ), аналого-частотный преобразователь и регистрирующее устройство, запоминающее в цифровой форме матрицу (кадр) изображения объектов.
Удаленные объекты излучают поле X={х(θi,ϕj)}, , , элементы дискретизации которого x(θi,ϕj) имеют смысл интенсивности излучения в i,j-м направлении и рассматриваются в системе угловых координат наблюдателя: θi - по углу места и ϕj - по азимуту. Число N определяет размер поля X по строке и столбцу. Антенная система построчно сканирует участок местности, смещаясь по азимуту непрерывно с определенной скоростью, зависящей от времени накопления сигнала в ФНЧ, и по углу места дискретно путем механического переключения. При каждом θi,ϕj-м угловом положении антенны принимаемая часть поля X усиливается радиометром и после ФНЧ регистрируется в виде напряжения yk(θi,ϕj)=yk(i,j) в каждом k-м канале: , K - число каналов. Величины yk(i,j) носят интегральный (суммарный) характер и на множестве значений i,j подчинены модели измерений вида:
где 2n+1 - ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) по углу места (по i) и азимуту (по j) на уровне 0,5 мощности в количестве i,j-х элементов дискретизации; αk(i,j) - нормированные значения ДНА в k-м канале; pk(i,j) - шумы аппаратуры в виде белого шума.
Совокупность Yk={yk(i,j)} формирует матрицу изображения в расширенной зоне обзора, соответствующей размерам матрицы X, на выходе k-го канала. При наличии одного канала задача заключается в повышении разрешающей способности радиометрического изображения Y1 по азимуту и углу места за счет восстановления ненаблюдаемого поля X={x(i,j)} на основе наблюдений (1) при K=1 и решается известными методами восстановления изображений, например [3, 4].
Известен способ формирования изображений в многоканальных радиотеплолокационных (РТЛС) и радиолокационных (РЛС) системах [5], который рассмотрим в качестве прототипа. Способ применительно к двухканальной (K=2) радиометрической системе и модели измерений (1) для Y1 и Y2 заключается в следующем:
1. Две антенны с разными характеристиками ДНА построчно сканируют зону обзора, смещаясь по азимуту (по j) и углу места (по i) с малым шагом, равным шагу дискретизации.
2. Система первичной обработки принимаемых сигналов измеряет в каждом k-м канале (k=1, 2) сигналы в дискретные моменты времени, совпадающие с i,j-ми шагами дискретизации по углам, составляющими (2n+1)-ю часть ширины ДНА, и формирует из них две матрицы изображений Y1 и Y2.
4. Вектор умножается справа на матрицу весовых коэффициентов Н, вычисляемую заранее по методу, представленному в расчетной части заявки, тем самым получается вектор оценок .
5. Вектор оценок разворачивается построчно в матрицу X, представляющую восстановленное изображение в зоне обзора с повышенным разрешением по угловым координатам.
Данный способ обладает следующим недостатком. Скорость сканирования по азимуту определяется временем накопления сигнала в ФНЧ, которое составляет от 0,1 с до 1 с [2]. Поэтому построчное сканирование зоны обзора, например, с угловыми размерами 30°×30° при малом шаге дискретизации занимает десятки минут, что недопустимо при наблюдении за движущимися объектами. Для уменьшения времени наблюдения (формирования кадра изображения) увеличивают шаг сканирования по углу места (в несколько раз по сравнению с шагом дискретизации). Однако при этом снижаются точность восстановления изображения и соответственно разрешающая способность.
Технический результат направлен на устранение указанного недостатка, а именно на повышение точности восстановления и разрешающей способности изображения в двухканальной радиометрической системе, работающей с повышенным шагом сканирования по углу места.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что в способе формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе, заключающемся в том, что при наблюдении удаленных объектов с помощью двух сканирующих антенн линию визирования первой антенны смещают по азимуту (по j) в каждой i-й строке на величину шага дискретизации и по углу места (по i) на величину, в несколько раз превышающую шаг дискретизации, измеряют при каждом i,j-м положении антенны в первом измерительном канале значения амплитуд приемных сигналов и формируют из них матрицу изображения Y1, которую далее обрабатывают, согласно изобретению одновременно используют вторую сканирующую антенну, линию визирования которой смещают по углу места (по i) в каждом j-м столбце на величину шага дискретизации и по азимуту (по j) на величину, также в несколько раз превышающую шаг дискретизации, измеряют при каждом i,j-м положении антенны во втором измерительном канале значения амплитуд приемных сигналов и формируют из них матрицу изображения Y2, которую далее обрабатывают совместно с матрицей Y1, при этом элементы полученных матриц измерений Y1 и Y2 переписывают последовательно и построчно в один вектор измерений , который умножают справа на матрицу весовых коэффициентов Н, вычисляемую заранее, тем самым получают вектор оценок , затем переписывают вектор построчно в матрицу X, которая представляет восстановленное изображение объектов в зоне обзора с повышенным разрешением по угловым координатам.
Способ осуществляют следующим образом.
1. Две антенны одновременно сканируют зону обзора размером N×N элементов дискретизации по азимуту и углу места. Первая антенна движется непрерывно вдоль строки (по азимуту) со съемом данных с малым шагом дискретизации h и осуществляет переход к другой строке с увеличенным шагом mh, где m - целое число, принимающее значения от 1 до n, то есть mh максимально составляет половину от ширины ДНА в 2n+1 элементов дискретизации. Вторая антенна, наоборот, движется непрерывно вдоль столбца (по углу места) со съемом данных с малым шагом дискретизации h и осуществляет переход к другому столбцу также с увеличенным шагом mh.
2. Сигналы с первой и второй антенн одновременно проходят тракты первичной обработки в двух измерительных каналах, и по результатам сканирования формируются две матрицы измерений: Y1={y1(i,j)}, , и Y2={y2(i,j)}, , . Пропущенные при сканировании строки или столбцы в матрицах Y1 и Y2 не рассматриваются.
3. Элементы матриц Y1 и Y2 последовательно (вначале Y1, затем Y2) и построчно переписываются в один вектор-столбец размером в 2(N-2n)2 строк.
4. Вектор умножается справа на матрицу весовых коэффициентов Н, размером в N2 строк и 2(N-2n)(N-2n) столбцов, вычисленную заранее по определенному правилу, изложенному в расчетной части заявки. В результате умножения получается вектор размером в N2 строк.
5. Элементы вектора переписываются построчно в матрицу X={x(i,j)}, , , которая представляет восстановленное изображение объектов в зоне обзора с повышенным разрешением по угловым координатам.
Расчетная часть
При сканировании зоны обзора двумя антеннами модель измерений (1) принимает вид следующей системы:
которую можно представить в векторно-матричной форме:
где - вектор измерений; - вектор искомого изображения; - вектор помех; A={a(i,j)}-N2x2(N-2n)2 - матрица значений ДНА, элементы которой a(i,j) получены из α(i,j) по определенному правилу в соответствии с (2). Ниже показан пример (первый столбец и затем второй столбец программы) заполнения предварительно обнуленной матрицы A={a(i,j)} значениями alfa(i,j)=α{i-n-1,j-n-1), , на языке Matlab, где N1 - номер последних строки и столбца искомой матрицы X, участвующих в образовании Y1 и Y2 (N1=N при m=1 и N1≤N при m>1):
В соответствии с методом наименьших квадратов (МНК) поиск оценки подчиняем критерию минимума квадрата евклидовой нормы:
где "Т" - символ транспонирования. Из необходимого условия существования экстремума функционала (3) находим МНК-оценки :
где Е - единичная матрица; δ>0 - малый параметр регуляризации, необходимый для устойчивого обращения матрицы АТ А. Матрица А+ в (4) является псевдообратной для А и может быть найдена также сингулярным разложением А, например, в среде Matlab: А+=pinv(А, δ).
Результаты моделирования
В таблице приведены данные компьютерного моделирования предложенного способа. Ширина ДНА составляла 2n+1=7 элементов дискретизации, отношение сигнал-шум (С-Ш) 30 и 50 при максимальной амплитуде 5, шаг сканирования в числе элементов дискретизации m=1, 2, 3, размер объекта наблюдения в 5×5=25 элементов дискретизации. ДНА задавалась экспоненциальной зависимостью с квадратичным показателем степени. Дополнительно небольшим порогом снимались шумовые эффекты на восстановленном изображении. В ячейках таблицы даны оценки среднеквадратического отклонения (СКО) ошибки восстановления, полученные сопоставлением моделируемого и восстановленного изображений.
В первой строке значений СКО показаны результаты предлагаемого способа. Во второй строке значений СКО для сравнения приведены результаты, полученные в аналогичных условиях моделирования при использовании только одной антенны (обработке подлежала матрица Y1).
Видно, что использование двух одновременно сканирующих антенн с разными характеристиками увеличивает точность восстановления по сравнению с одной антенной, что приводит к повышению пространственной разрешающей способности. При этом повышение точности компенсирует понижение точности из-за увеличенного шага сканирования. Увеличенный в m раз шаг сканирования, в свою очередь, увеличивает в m раз скорость формирования матрицы изображения, в чем проявляется преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом.
Предложенный способ может найти применение в существующих радиометрических системах микроволнового диапазона [6], а также в оптических системах инфракрасного диапазона, предназначенных для обнаружения и распознавания объектов по их восстановленному изображению.
Литература
1. Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация (пассивная радиолокация). - М.: Сов. радио, 1964. 335 с.
2. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.
3. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. - М.: Радио и связь, 1986. 304 с.
4. Пирогов Ю.А., Тимановский А.Л. Сверхразрешение в системах пассивного радиовидения миллиметрового диапазона / Радиотехника, 2006. №3. С. 14-19.
5. Патент RU 2368917 С1. Способ формирования изображений в многоканальных РТЛС и РЛС / В.К. Клочко. МПК: G01S 13/89. Приоритет 21.12.2007. Опубл.: 27.09.2009. Бюл. №27.
6. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. - М.: Радиотехника. 2008. 320 с.
Claims (1)
- Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе, заключающийся в том, что при наблюдении удаленных объектов с помощью двух сканирующих антенн линию визирования первой антенны смещают по азимуту (по j) в каждой i-й строке на величину шага дискретизации и по углу места (по i) на величину, в несколько раз превышающую шаг дискретизации, измеряют при каждом i,j-м положении антенны в первом измерительном канале значения амплитуд приемных сигналов и формируют из них матрицу изображения Y1, которую далее обрабатывают, отличающийся тем, что одновременно используют вторую сканирующую антенну, линию визирования которой смещают по углу места (по i) в каждом j-м столбце на величину шага дискретизации и по азимуту (по j) на величину, также в несколько раз превышающую шаг дискретизации, измеряют при каждом i,j-м положении антенны во втором измерительном канале значения амплитуд приемных сигналов и формируют из них матрицу изображения Y2, которую далее обрабатывают совместно с матрицей Y1, при этом элементы полученных матриц измерений Y1 и Y2 переписывают последовательно и построчно в один вектор измерений , который умножают справа на матрицу весовых коэффициентов Н, вычисляемую заранее, тем самым получают вектор оценок , затем переписывают вектор построчно в матрицу X, которая представляет восстановленное изображение объектов в зоне обзора с повышенным разрешением по угловым координатам.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111596A RU2612193C1 (ru) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111596A RU2612193C1 (ru) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612193C1 true RU2612193C1 (ru) | 2017-03-03 |
Family
ID=58459609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016111596A RU2612193C1 (ru) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612193C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5072226A (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-10 | Hughes Aircraft Company | Radiometer system incorporating a cylindrical parabolic reflector and minimum redundancy array feed |
JPH08240623A (ja) * | 1995-03-07 | 1996-09-17 | Mitsubishi Electric Corp | 干渉計型マイクロ波放射計 |
RU48132U1 (ru) * | 2005-05-12 | 2005-09-10 | Закрытое акционерное общество "Радиоэлектронная Технологическая Аппаратура" (ЗАО "РЭЛТА") | Двухполяризационный модуляционный радиометр |
US7541973B2 (en) * | 2005-04-20 | 2009-06-02 | Furno Electric Company Limited | Radar apparatus for combining and displaying data from a plurality of radar antennas |
RU2368917C1 (ru) * | 2007-12-21 | 2009-09-27 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ формирования изображений в многоканальных ртлс и рлс |
RU122185U1 (ru) * | 2012-08-06 | 2012-11-20 | Елена Валерьевна Федосеева | Модуляционный радиометр двухканальной радиометрической системы с программно-аппаратным модулем |
RU2495443C1 (ru) * | 2012-05-12 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Сканирующий радиометр |
-
2016
- 2016-03-28 RU RU2016111596A patent/RU2612193C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5072226A (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-10 | Hughes Aircraft Company | Radiometer system incorporating a cylindrical parabolic reflector and minimum redundancy array feed |
JPH08240623A (ja) * | 1995-03-07 | 1996-09-17 | Mitsubishi Electric Corp | 干渉計型マイクロ波放射計 |
US7541973B2 (en) * | 2005-04-20 | 2009-06-02 | Furno Electric Company Limited | Radar apparatus for combining and displaying data from a plurality of radar antennas |
RU48132U1 (ru) * | 2005-05-12 | 2005-09-10 | Закрытое акционерное общество "Радиоэлектронная Технологическая Аппаратура" (ЗАО "РЭЛТА") | Двухполяризационный модуляционный радиометр |
RU2368917C1 (ru) * | 2007-12-21 | 2009-09-27 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ формирования изображений в многоканальных ртлс и рлс |
RU2495443C1 (ru) * | 2012-05-12 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Сканирующий радиометр |
RU122185U1 (ru) * | 2012-08-06 | 2012-11-20 | Елена Валерьевна Федосеева | Модуляционный радиометр двухканальной радиометрической системы с программно-аппаратным модулем |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9395437B2 (en) | Moving multi-polarization multi-transmitter/receiver ground penetrating radar system and signal processing for buried target detection | |
US9075129B2 (en) | Method and system for forming images by comparing subsets of image data | |
US10101489B2 (en) | System for exploring underground geophysical properties and method for analyzing underground geophysical properties using the same | |
CN103399315B (zh) | 实孔径相控阵雷达高分辨探测成像方法 | |
RU2589737C1 (ru) | Способ извлечения из доплеровских портретов воздушных объектов признаков идентификации с использованием метода сверхразрешения | |
RU2368917C1 (ru) | Способ формирования изображений в многоканальных ртлс и рлс | |
CN110837079B (zh) | 一种基于雷达的目标检测方法及装置 | |
CN109298417B (zh) | 一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置 | |
CN102798858B (zh) | 全息型主动式微波成像方法 | |
RU2524401C1 (ru) | Способ обнаружения и пространственной локализации подвижных объектов | |
CN117148353B (zh) | 基于毫米波sar的近距离多目标检测方法及安检*** | |
RU2673166C1 (ru) | Устройство для наблюдения за саранчой, летящей в рое | |
RU2529483C1 (ru) | Способ скрытной радиолокации подвижных объектов | |
AU2020279716B2 (en) | Multi-timescale doppler processing and associated systems and methods | |
RU2379706C2 (ru) | Способ повышения разрешающей способности радиотепловых изображений | |
RU2612193C1 (ru) | Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе | |
RU2379705C2 (ru) | Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях | |
Marpaung et al. | A comparative study of migration algorithms for UWB GPR images in SISO-SAR and MIMO-array configurations | |
Góes et al. | Refraction Effect in SAR Processing for Focused Subsurface Tomography | |
RU2612323C1 (ru) | Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе | |
Pavlikov et al. | Algorithm of Formation Radio Images from Aerospace Carriers | |
CN114200448A (zh) | 综合孔径辐射计波数域近场成像方法及设备 | |
RU2539558C1 (ru) | Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки | |
RU2661491C1 (ru) | Способ формирования радиотеплового изображения | |
Hosseiny et al. | Interferometric Processing of a Developed Mimo Gbsar for Displacement Monitoring |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180329 |