Méthodes de synthèse d'ouverture inverse (inverse)

Lors de l'utilisation d'une seule antenne pour la transmission

La même chose est fournie

résolution, comme lors de la synthèse de l'ouverture due au mouvement de l'antenne de l'émetteur-récepteur radar :

, qui fournit une résolution angulaire

Les méthodes de synthèse basées sur l'utilisation du mouvement et (ou) de la rotation de la cible sont appelées synthèse inverse (inverse). Des exemples typiques d’utilisation de la synthèse inverse sont :

obtenir des portraits radar de cibles navales (navires) grâce à l'utilisation de leur tangage et de leur lacet ;

reconnaissance des cibles aériennes de groupe ;

évaluation de l'EPR des éléments cibles résolus du fait de leur rotation sur le stand, etc.

Considérons le signal de trajectoire radar avec synthèse d'ouverture inverse. La phase et le retard du signal de trajectoire en tant que principales sources d'informations sur la cible sont déterminés en modifiant la distance par rapport aux éléments cibles au cours du processus de synthèse d'ouverture. En général, la distance change en raison du mouvement de la cible par rapport au radar et de la rotation de la cible. Dans ce cas, la cible peut tourner simultanément dans différents plans avec des vitesses angulaires différentes.

Vitesse radiale de la cible en direction du radar.

Et la fréquence Doppler

, hors phase initiale

Il est formé en raison du mouvement radial de tous les éléments cibles simultanément par rapport au radar. Généralement, cette fréquence dans le signal est estimée et compensée.

Formé à la suite d'un mouvement linéaire

par rapport au centre de rotation de la cible. La résolution des éléments cibles pour la modulation de fréquence des signaux de trajectoire avec une petite taille de synthèse d'ouverture est petite. Par conséquent, la résolution de distance est assurée par la modulation du signal de sondage. Dans ce cas, dans l'algorithme de traitement du signal de trajectoire, il est nécessaire de prendre en compte les changements à la fois dans la fréquence du signal et dans son retard.

sera lié par la condition suivante

(8.59)

Une coordonnée

Les méthodes de synthèse inverse appliquées aux radars topographiques se caractérisent par les principales caractéristiques suivantes :

la cible se déplace comme un seul objet, c'est-à-dire Les éléments individuels de la cible se déplacent le long de trajectoires interconnectées ;

lors de l'observation d'objets uniques, tels que des navires, la taille de la zone d'observation est déterminée par la taille de l'objet ;

la résolution des coordonnées angulaires est déterminée par l'angle de rotation de la cible par rapport à la direction sur le radar pendant le temps de synthèse ;

la taille angulaire de l'ouverture ne dépasse généralement pas dix degrés, puisque dans ce cas une résolution de l'ordre de plusieurs longueurs d'onde est déjà atteinte ;

La résolution de distance est assurée, comme pour la synthèse directe, en modulant le signal de sondage ;

les paramètres du signal de trajectoire sont déterminés par les paramètres du mouvement de la cible (vecteurs de vitesses linéaires et angulaires), qui sont dans la plupart des cas inconnus de l'observateur. Cela nécessite un traitement du signal de trajectoire adaptatif aux paramètres de mouvement de la cible et une grande quantité d’informations a priori sur la cible.

La bande de fréquence Doppler du signal de trajectoire et, par conséquent, le taux de répétition requis des impulsions de sondage sont déterminés par la taille de la cible (zone de visualisation) en azimut :

Formé par le mouvement simultané de la cible dans différents plans, il n'est pas perpendiculaire à la direction d'observation. Alors le vecteur vitesse

L'échelle d'azimut de l'image cible, comme précédemment, est déterminée par la vitesse angulaire de rotation de la cible

(8.61)

Application de la méthode de synthèse inverse au radar d'arpentage. Dans le radar d'enquête terrestre, cette méthode est utilisée pour obtenir des images de cibles maritimes (navires). Il permet d’obtenir une haute résolution dans la zone de visualisation SAR avant, puisque la taille angulaire requise de l’ouverture synthétisée est fournie par le mouvement propre du navire (mouvement et rotation). De plus, la synthèse d'ouverture inverse permet d'obtenir une haute résolution non seulement dans le plan distance-azimut, mais également dans le plan distance-élévation. En ce qui concerne l'observation des navires, cela permet d'obtenir une image du contour vertical des superstructures des navires, ce qui est particulièrement important pour résoudre le problème de la reconnaissance des cibles maritimes.

Simultanément au déplacement le long du parcours par mer agitée, le navire subit également des vibrations de la coque autour du centre de masse. Pour les problèmes de synthèse inverse, le lacet, le tangage et le roulis d'un navire sont généralement utilisés. Le lacet le long du cap (Fig. 8.23, a) correspond à la rotation du navire par rapport à l'axe vertical. Le tangage (assiette alternée à la proue et à la poupe) correspond à la rotation du navire par rapport à l'axe horizontal transversal (Fig. 8.23.6). Le roulis alterné (roulis) vers les côtés gauche et droit correspond à la rotation du navire par rapport à l'axe horizontal longitudinal (Fig. 8.23, c). En figue. 8.23 tous les axes de rotation sont perpendiculaires au plan du dessin.

La rotation du navire (roulis, lacet) est périodique, c'est-à-dire L'angle de déviation du navire par rapport à la position d'équilibre (normale) change conformément à la loi harmonique :

Période d'oscillation. La vitesse angulaire de rotation évolue selon la loi harmonique :

Valeur de vitesse maximale

est atteint au moment où le navire passe par la position d'équilibre (comme en l'absence de mer agitée) du navire.

Elle est déterminée par de nombreux facteurs : la hauteur des vagues, la direction des vagues par rapport au cap du navire, la vitesse de déplacement et la conception du navire. Un grand navire en tant que système oscillatoire équivaut à un filtre à bande étroite, et les paramètres de ses oscillations (amplitude et période) peuvent être considérés comme constants pendant le temps de synthèse de l'ordre de fractions de secondes avec une diminution du déplacement du navire. (moins de 1000 tonnes), l'amplitude et la période de déviation dépendent déjà des caractéristiques des vagues et sont de caractère aléatoire. On pense généralement que l’angle p est un processus normal à bande étroite.

Dans le tableau 8.3 donne les valeurs estimées des caractéristiques vibratoires des navires de différents types avec des vagues de mer de 5 à 6 points.

Si la ligne de visée du navire est perpendiculaire à l'axe de vibrations angulaires (rotation), il est possible d'obtenir des images du navire dans différents plans. Le tangage fournit une image le long du navire et de ses superstructures, le mouvement de roulis fournit une image dans la direction latérale du navire et de ses superstructures, le lacet fournit une image du navire dans le plan horizontal. Le mouvement du navire à vitesse et cap constants équivaut au mouvement du radar lorsque le navire est à l'arrêt et fournit une image dans le plan horizontal. En situation réelle, tous les types de vibrations du navire existent simultanément, ce qui rend difficile la détermination de la position du plan image par rapport au navire. En même temps, observer l'image dynamique du navire, c'est-à-dire Une image qui change en fonction de la phase des oscillations du navire lors de la synthèse permet de reconnaître efficacement sa classe.

Distances

de la superstructure à la hauteur b au radar (Fig. 8.24) est déterminé par l'expression

où b est la hauteur de l'élément de superstructure, mesurée à partir de l'axe de rotation du navire.

(en radians), le changement de distance au radar et, par conséquent, la phase du signal réfléchi peut être représenté comme

Par zéro, lorsque la vitesse angulaire de l'écart est maximale (voir 8.64) :

Cela change légèrement et chaque élément de la superstructure a sa propre fréquence Doppler en hauteur.

pendant la synthèse

obtenir l'autorisation pour la hauteur de la superstructure du navire

L'algorithme de traitement du signal est réduit à un filtrage Doppler dans chaque élément de résolution à plage oblique. Les dépendances obtenues sont également valables pour le tangage du navire et l'observation radar dans la zone d'observation radar avant sur des trajectoires opposées de l'avion porteur SAR et du navire (Fig. 8.25). La résolution en fréquence Doppler correspond dans ce cas à la résolution en hauteur de la superstructure b, et la résolution en retard de l'impulsion de sondage correspond à la résolution le long du navire.

À mesure que le temps de synthèse augmente, les changements dans la fréquence Doppler et le retard du signal commencent à se faire sentir, ce qui doit être pris en compte dans l'algorithme de traitement. La résolution maximale sans tenir compte des changements de retard et de fréquence est limitée par (8.59)

Avec un temps de synthèse constant, la résolution va se détériorer.

peut être obtenu en mesurant les caractéristiques du signal dans chaque canal Doppler à la sortie d'une antenne monopulse.

Un schéma fonctionnel simplifié du SAR pour la synthèse inverse pour les cibles maritimes est présenté sur la Fig. 8.26. Le système d'antennes forme trois canaux de réception spatiale : somme et deux différentiels (dans les plans horizontal et vertical). Après conversion à fréquence intermédiaire, les signaux reçus sont convertis en signaux numériques à l'aide de détecteurs de phase et de CAN. Le système de suivi de fréquence détermine la fréquence Doppler moyenne des signaux reçus et sa modification pour compensation pendant le traitement du signal (autofocus), et mesure également la modification du retard de l'enveloppe du signal pour compensation pendant la synthèse d'ouverture. Le système de mesure du vecteur de la vitesse angulaire de rotation (oscillation) du navire permet de déterminer l'échelle et l'orientation dans l'espace de l'image du navire.

Le mouvement de la cible, ainsi que le mouvement du support radar, créent l'effet de synthèse d'une ouverture dont la taille angulaire est déterminée par le mouvement angulaire mutuel du radar et de la cible. Montrons cela en utilisant l'exemple de résolution des éléments d'une cible de groupe (Fig. 8.27), constituée de deux objets de petite taille se déplaçant de manière synchrone (cibles ponctuelles).

La fréquence Doppler est modifiée de sorte que la différence entre les fréquences des signaux de deux cibles se déplaçant à la même vitesse soit

En conséquence, les composantes tangentielles de la vitesse du radar et des cibles.

- vitesse angulaire de rotation de la ligne de visée

Le radar est la cible.

L'algorithme de traitement du signal de trajectoire lors de l'observation d'une cible de groupe est déterminé par la structure de phase du signal, qui à son tour dépend du mouvement mutuel (trajectoires) du radar et des cibles.

Pour des trajectoires droites et des vitesses constantes, la distance relative entre le radar et la cible (voir Fig. 8.27)

Fonction de phase du signal de trajectoire (en ignorant la phase initiale insignifiante)

En conséquence, la fréquence Doppler du signal de trajectoire

Pour une cible décalée de l'angle A 6 , la fréquence Doppler du signal de trajectoire

En général, inconnu, obligatoire

un système de traitement adaptatif à ces paramètres, par exemple utilisant l'autofocus.

Lors de manœuvres vigoureuses d'avions

cm, le temps de synthèse peut varier de 0,5 à 0,05 s. Avec un traitement adaptatif tel que l'autofocus, ce temps peut être considérablement augmenté.

TRAITEMENT ET CONTRÔLE DE L'INFORMATION X

CDU 621.396.96

DIRECTIONS DE DÉVELOPPEMENT DU RADAR À SYNTHÈSE SPATIALE À OUVERTURE

O. L. Polonchik,

doctorat technologie. Sciences, professeur agrégé

Université fédérale du Nord (Arctique) nommée d'après. M. V. Lomonosova, Arkhangelsk

Les principales orientations du développement des systèmes radar spatiaux pour la surveillance de la surface de la Terre sont analysées. Le domaine de l'utilisation des moyens techniques radar a été défini, notamment pour résoudre les problèmes appliqués de développement économique dans les régions du nord et de l'Arctique de la Russie. Une évaluation comparative des méthodes existantes de visualisation de la surface terrestre a été réalisée. Une nouvelle méthode de construction de systèmes radar embarqués basés sur des engins spatiaux stabilisés en rotation est proposée. Des moyens d'améliorer les caractéristiques techniques d'un radar aéroporté sont envisagés.

Mots clés - radar à vue latérale, diagramme de rayonnement, balayage mécanique, synthèse d'ouverture.

Introduction

Les équipements radar aéroportés modernes représentent l’un des domaines de la technologie radioélectronique qui se développent le plus rapidement. Parmi eux, une place particulière est occupée par les radars aéroportés à synthèse d'ouverture. Ces moyens techniques effectuent un sondage de la surface terrestre à tout moment de la journée, de la saison et de l'année, sans dépendre des conditions climatiques et de la présence de nuages, ce qui est particulièrement important pour les zones avec un petit nombre de jours ensoleillés par an. Dans la Fédération de Russie, il s'agit de vastes zones du nord du pays et de l'Arctique, qui constituent près d'un tiers du territoire de notre État, très riches en minéraux, pétrole et gaz.

La solution des problèmes économiques nationaux les plus importants, tels que l'évaluation de haute précision du terrain, la formation d'images tridimensionnelles de la surface de la Terre et l'étude des processus dynamiques à la surface de la Terre et de la mer, est confiée à des moyens prometteurs. de télédétection de la Terre.

L'acquisition de matériaux de levé radar dotés de propriétés de mesure élevées, garantissant la création et la mise à jour de cartes topographiques d'État, est particulièrement pertinente pour résoudre les problèmes de développement durable des régions du Nord et de l'Arctique.

plans et bases cartographiques du cadastre immobilier de l'État.

Obtenir des informations sur l'état de ces zones est une tâche d'une importance exceptionnelle et contribuera à minimiser les pertes matérielles.

Histoire du développement de la télédétection radar de la Terre

Le développement des stations radar aéroportées (radars) a conduit à la création de systèmes radar polyvalents dont le principal inconvénient était la faible résolution. D'autres recherches visant à améliorer le radar d'étude de la surface terrestre visaient à surmonter la principale limitation liée à l'augmentation de la résolution associée à la taille des dispositifs d'antenne.

Le détail de l'image radar dépend de la résolution linéaire (résolution de portée) du radar, qui dans la direction radiale est déterminée par le signal de sondage, dans la direction transversale (résolution tangentielle) - par la largeur du diagramme de rayonnement (DP) et la distance jusqu'à la cible.

Le problème de l'augmentation de la résolution de portée est résolu en utilisant des signaux sonores avec des durées d'impulsion courtes.

Avion

impulsions ou transition vers des signaux complexes - modulés en fréquence ou déphasés.

Une augmentation de la résolution tangentielle est obtenue en utilisant une antenne dans le radar embarqué située le long du fuselage de l'avion, ou en synthétisant l'ouverture de l'antenne pendant que l'avion est en mouvement.

La première voie a conduit au développement des radars à balayage latéral. Le schéma de mise en œuvre de la méthode est présenté sur la Fig. 1. Dans de tels radars, plus la taille longitudinale du fuselage de l'avion est grande, plus la résolution tangentielle est élevée, bien que la dépendance à la portée demeure.

La résolution de ce type de radar a été augmentée d'environ 10 fois par rapport aux radars panoramiques polyvalents. Et pourtant, en termes de capacités, ces stations sont encore nettement inférieures aux dispositifs optiques.

La deuxième voie, plus radicale, consiste à créer des radars à synthèse d'ouverture (SAR) lors du mouvement vers l'avant de l'avion.

Les célèbres scientifiques nationaux A. P. Reutov, G. S. Kondratenkov, P. I. Dudnik, Yu. L. Feoktistov, N. I. Burenin, Yu. A. Melnik, V. A. Potekhin et al.

Radars à synthèse d'ouverture

L'essence de la méthode est l'émission d'un radar installé sur un porteur mobile (avion, engin spatial (SC) ou véhicule aérien sans pilote), des signaux de sondage cohérents, la réception des signaux réfléchis correspondants le long de la trajectoire de vol rectiligne du porteur, leur stockage et un ajout. Suite à l'ajout de l'accepté

signaux, le faisceau de l'antenne est compressé et la résolution du radar le long de la ligne de trajectoire porteuse est considérablement augmentée.

Selon que les déphasages sont compensés ou non lors de la sommation des signaux, on distingue les SAR focalisés et non focalisés. Dans le premier cas, le traitement revient à déplacer l'antenne, à stocker les signaux, à compenser les déphasages et à additionner les signaux, dans le second - aux mêmes opérations, mais sans compenser les déphasages.

La résolution potentielle de telles stations se rapproche des caractéristiques des équipements de surveillance optique. Ces radars permettent d'atteindre une haute résolution linéaire, indépendante de la plage d'observation et de la longueur d'onde du signal de sondage.

Actuellement, il existe trois modes principaux d'arpentage de la surface de la Terre (Fig. 2) : itinéraire, levé et projecteur (détaillé).

Les systèmes modernes permettent d'obtenir des images de la surface terrestre et des objets qui s'y trouvent avec des résolutions d'environ 1 m pour les modes relevé et de 0,3 m pour les modes projecteur. Les méthodes appliquées de traitement numérique du signal reçu ont un impact significatif sur les caractéristiques SAR résultantes.

En mode route, la surface terrestre est photographiée en continu dans la zone d'acquisition. Le signal est accumulé sur une période de temps égale à l'intervalle calculé pour synthétiser l'ouverture de l'antenne pour les conditions de vol données du porteur radar.

Le mode de prise de vue panoramique diffère du mode de prise de vue sur route dans la mesure où la prise de vue est effectuée en continu sur toute la largeur de la bande en bandes égales à la largeur de la bande de capture. Six faisceaux sont commutés séquentiellement en élévation pour visualiser la totalité de la fauchée (Figure 3).

Les modes latéral et antérolatéral sont divisés en fonction de l'orientation du lobe principal

Projecteur

Modèle d'antenne. Le signal est accumulé sur une période de temps égale à l'intervalle calculé pour synthétiser l'ouverture de l'antenne pour les conditions de vol données du porteur radar.

Lors de la prise de vue en mode projecteur, l'accumulation du signal se produit à un intervalle accru par rapport au mode vue d'ensemble. L'expansion de l'intervalle est obtenue en déplaçant le lobe principal du diagramme d'antenne et la zone irradiée est constamment située dans la zone de prise de vue. Ce mouvement est synchronisé avec le mouvement du porteur radar.

Pour conserver le motif sur la même surface, quatre faisceaux sont commutés séquentiellement en azimut (Fig. 4).

Ainsi, une analyse des principaux modes de relevé de la surface terrestre par la méthode SAR montre que :

1) avec la méthode de vue latérale, la largeur maximale de la bande de la surface sous-jacente visualisée est similaire à la largeur de visualisation ;

2) une augmentation de la résolution linéaire en mode projecteur est obtenue en augmentant l'ouverture, tandis que la bande visualisée se rétrécit ;

3) une augmentation de la résolution linéaire en mode enquête est réalisée en utilisant un ensemble de motifs très ciblés.

La résolution minimale en azimut linéaire 8хш1п pour les antennes avec une ouverture artificielle non focalisée est déterminée par la relation

La résolution en azimut linéaire d'un radar à ouverture artificielle focalisée est déterminée par l'expression

5х - ©Р0 - ^,

où ya est la taille de l'ouverture de l'antenne dans un plan donné.

Un radar à ouverture artificielle focalisée permet, contrairement à un radar non focalisé, d'obtenir une résolution linéaire en azimut, indépendante de la portée et de la longueur d'onde du signal de sondage. La résolution de ces radars augmente à mesure que la taille de l'antenne réelle diminue. Il s'agit d'un avantage significatif du SAR par rapport aux autres méthodes de détection de la surface terrestre.

Radars à balayage latéral. Relations de base

La détermination de l'emplacement de la cible lors d'une vue latérale s'effectue dans le système de coordonnées : plage de suivi x, plage oblique R.

Vu de côté, le diagramme d’antenne est perpendiculaire au vecteur vitesse sol du porteur. La détermination de la position des cibles au sol s'effectue dans un système de coordonnées rectangulaires xY. La zone de visualisation est une bande parallèle à la trajectoire de vol des transporteurs (Fig. 5, a). La bande passante est déterminée par la portée du radar.

Il est possible d'orienter le diagramme d'antenne selon un angle par rapport au vecteur vitesse sol différent de l/2.

■Fig. 4. Mode projecteur

■Fig. 5. Schéma d'une vue latérale dans un système de coordonnées rectangulaire (a) et oblique (b)

Dans le même temps, le champ de vision se rétrécit et les cibles peuvent être détectées de manière proactive (Fig. 5, b). Dans ce cas, le terrain est étudié dans un système de coordonnées obliques.

On sait que la résolution d'un radar permettant de visualiser la surface terrestre sur une plage horizontale directement sous le porteur se détériore par rapport à la limite déterminée par la durée de l'impulsion de sondage. Par conséquent, l'altitude de vol du transporteur est généralement considérée comme la limite la plus proche de la fauchée, là où la résolution de la portée se détériore de manière insignifiante.

La méthode est décrite par les caractéristiques suivantes :

Temps d'irradiation ;

Portée de détection radar ;

Résolution.

Temps d'irradiation

Ttyo _Ш'

où © est la largeur angulaire du diagramme d'antenne radar dans le plan horizontal ; W - projection de la vitesse dans la direction du chemin.

Une caractéristique de la méthode à vue latérale est l’irradiation unique des cibles. Lorsque la direction d'observation est perpendiculaire au vecteur vitesse sol, l'image est formée uniquement par le travers de la trajectoire de vol.

La deuxième caractéristique est une augmentation du temps d'irradiation de la cible proportionnellement à la portée. Cela conduit au fait que l'énergie des signaux réfléchis par les cibles augmente avec l'augmentation de la portée de la cible.

Déterminons la portée de détection radar dans le cas d'un balayage latéral.

On sait que la portée de détection d'une cible (fond de terrain) D0 avec une surface réfléchissante efficace st lors de l'utilisation d'une antenne émettrice-réceptrice a la forme

64l k0kGots

où E est l'énergie d'irradiation cible ; b - coefficient de directivité de l'antenne ; X est la longueur d'onde de l'émetteur radar ; £ш - facteur de bruit de l'appareil récepteur ; £ - constante de Boltzmann ; T0 - température absolue (généralement 280 K) ; "L = Es tt/^sh est la valeur requise du coefficient de discernabilité du dispositif de réception radar. Ici Es t1n est la valeur seuil de l'énergie du signal réfléchi reçu, caractérisant la sensibilité du dispositif de réception radar ; Ysh est la densité spectrale de bruit à l'entrée du récepteur : Ysh = £sh £ T0.

L'énergie d'irradiation d'une cible (élément de terrain) est déterminée par la relation

V - £Pe^tayo>

où Рср est la puissance moyenne du signal émis.

En tenant compte de la relation entre l'énergie d'irradiation cible, nous obtenons une formule pour la plage dans la méthode de la vue latérale

Rpa©0С2stХ2

64l 1Ak0k7O"p

L'analyse de l'expression montre qu'il est possible d'augmenter la portée de fonctionnement de la méthode considérée par rapport à la visibilité panoramique.

Radar polyvalent à ouverture synthétique basé sur un vaisseau spatial avec stabilisation de rotation. Relations de base

Pour mettre en œuvre cette méthode de visualisation de la surface de la Terre, un vaisseau spatial avec stabilisation de rotation et un radar avec antenne parabolique sont nécessaires. Le diagramme d'antenne présente un angle d'inclinaison par rapport à la verticale locale.

L'antenne radar, grâce à la rotation circulaire du corps du vaisseau spatial auquel elle est fixée rigidement, balaye la surface terrestre sous-jacente. La projection du diagramme d'antenne dans les plans azimutal et d'élévation sur la surface terrestre est représentée sur la Fig. 6 et 7.

L'énergie du radar dans la méthode est meilleure que celle du SAR, car un diagramme de faisceau plus étroit de l'antenne polarisée est utilisé. Il est déterminé en choisissant l'angle d'élévation minimum et maximum du diagramme d'antenne.

Considérons la position de l'antenne radar à différents moments (Fig. 8). Antenne à

Projection d'antenne

■ Fig. 6. Type de projections du diagramme d'antenne radar sur la surface de la Terre dans le plan azimutal : Oa est la vitesse angulaire de rotation de l'antenne radar de l'engin spatial dans le plan azimutal ; Yatah - distance maximale jusqu'à la cible Ts^ V - vitesse du vaisseau spatial

■ Fig. 7. Visualisation de la fauchée de l'antenne radar du vaisseau spatial

■ Fig. 8. Positions de l'antenne radar du vaisseau spatial dans le plan de rotation à différents moments, en tenant compte du mouvement de translation et de rotation : I - la distance parcourue par le vaisseau spatial pendant une demi-période de rotation

la rotation autour de la verticale locale, compte tenu de la vitesse sol, occupe séquentiellement ces positions (points 1, 2, 3, etc.). Le rayon de rotation de l'antenne est insignifiant (de l'ordre de plusieurs mètres). Le vaisseau spatial se déplace à la première vitesse de fuite et la courbe de mouvement de l'antenne se transforme presque en ligne droite dans un intervalle de temps égal à la moitié de la période de rotation.

En chaque point de cette courbe l’axe électrique de l’antenne lui sera perpendiculaire. Il devient possible de synthétiser une ouverture artificielle.

L'emplacement est défini dans un système de coordonnées polaires. La portée R et l'azimut ß sont mesurés. L'altitude de vol H et l'angle d'élévation y sont déterminés. L'azimut cible est mesuré à partir de la direction du mouvement (voir Fig. 6).

La surveillance radar est effectuée dans une certaine zone de l'espace, appelée zone de travail ou zone de visualisation radar. Les dimensions de la zone de travail sont déterminées par les intervalles de visualisation en termes de plage Rmax - Rmin, d'azimut "max - amin, d'angle d'élévation ßmax - ßmin et de vitesse radiale Vr max - Vr min. La longueur de chaque intervalle spécifié est déterminée par le nombre d'éléments de résolution radar qu'il contient le long de la coordonnée correspondante.

Des informations sur la présence de cibles dans divers éléments de la résolution de la zone de travail sont obtenues lors de l'examen (visualisation) de ces éléments. L'ordre et l'heure de visualisation des différents éléments, ainsi que l'intensité des signaux émis par le radar lors de la visualisation de chaque élément, sont déterminés par la méthode (programme) utilisée pour visualiser la zone de travail.

La revue des éléments de la zone de travail peut être effectuée séquentiellement dans le temps ou simultanément.

Avec un examen séquentiel, le taux requis d'obtention d'informations sur la présence et les coordonnées des cibles dans la zone d'observation ne peut pas toujours être assuré. Cela est dû au fait que le temps d'irradiation cible T doit dépasser le temps de retard maximum du signal tmax :

T> "^vérifier 2^vérifier / s

où Yatah est la portée maximale du radar ; c est la vitesse de la lumière.

Le temps d'une seule revue de l'ensemble de la zone T0 doit satisfaire à la condition

T0 - T^a, p > (2^Shax / c)^a, p,

où Na p est le nombre d'éléments de résolution directionnelle.

En vision panoramique avec ouverture synthétique, un certain rapport doit être respecté

T - 2l/Oa.

Le nombre d'impulsions réfléchies par la cible pendant ce temps sera

P - Ш - ©Гё/Оа,

où est le taux de répétition des impulsions dans la rafale.

La période d'examen de la zone de travail détermine le taux de réception des informations sur la présence d'une cible dans la zone et ne peut dépasser une certaine valeur admissible T0 max. Si cette valeur est donnée, alors

Oa - 2l / ^Oshakh.

Ce rapport détermine la vitesse angulaire minimale de rotation du diagramme d'antenne radar lors d'une visualisation panoramique avec ouverture synthétique.

En sélectionnant la vitesse de rotation, on peut visualiser la surface de la terre sans espaces.

Principales caractéristiques de la méthode de visualisation circulaire avec ouverture synthétique :

Durée d'irradiation ciblée ;

Période d'examen et nombre de cycles d'examen par objectif.

La comparaison de la méthode de visualisation circulaire avec synthèse d'ouverture avec d'autres méthodes permet de tirer les conclusions suivantes.

1. Le balayage du diagramme d'antenne de réception garantit la visualisation de l'ensemble de la terre sous-jacente.

surface sans lacunes. Dans ce cas, la résolution angulaire de l'image résultante sera comparable à la résolution du SAR en mode projecteur.

2. La durée d'irradiation est pratiquement indépendante de la plage cible.

3. L'observation de la surface terrestre sous-jacente au cours d'une période de rotation se produit deux fois et dépend de la vitesse angulaire, qui détermine le nombre de cycles.

4. L'énergie du radar est nettement plus élevée que celle de la méthode SAR, car un diagramme plus étroit est utilisé. La cible (élément de terrain) est située dans la direction d'observation perpendiculaire au vecteur vitesse angulaire.

5. En choisissant l'angle d'inclinaison de l'antenne, une vue horizontale de la surface terrestre est exclue

1. Sollogub A.V. et al. Évaluation de l'efficacité d'un groupe de petits engins spatiaux pour la télédétection de la Terre en termes d'efficacité et de fiabilité de l'exécution de tâches fonctionnelles // Systèmes d'information et de contrôle. 2012. N° 5(60). p. 24-28.

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3. Vinogradov M. Capacités des radars modernes avec synthèse d'ouverture d'antenne // Foreign Military Review. 2009. N° 2. P. 52-56.

portée directement sous le porteur, où la résolution du radar est extrêmement faible.

Conclusion

Cet article examine les principales orientations du développement des systèmes radar spatiaux pour surveiller la surface de la Terre et l'histoire de la création de ces moyens. Les méthodes existantes sont analysées et une évaluation comparative des principales caractéristiques techniques est réalisée. L'invention concerne un procédé de synthèse d'une ouverture basé sur un mouvement circulaire de l'antenne de réception à l'aide d'un vaisseau spatial stabilisé en rotation. Des moyens ont été identifiés pour améliorer les caractéristiques techniques d'un radar embarqué afin de résoudre des problèmes appliqués.

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Le problème de l'augmentation radicale de la résolution dans la direction perpendiculaire à l'axe inférieur est particulièrement pertinent pour la surveillance radar de la surface sous un avion ou un engin spatial, car une très haute résolution peut être obtenue dans la direction de l'axe inférieur avec une expansion correspondante du radar. spectre des signaux. Si le rayonnement de l'antenne est dirigé perpendiculairement au vecteur vitesse du radar, c'est-à-dire qu'une vue latérale est réalisée, alors le déplacement de l'antenne par rapport à la surface irradiée permet d'obtenir, avec un traitement optimal des signaux réfléchis, une très haute résolution en la direction perpendiculaire à l’axe du bas. Cela résout le problème de l’obtention d’une image radar haute définition.

Une augmentation de la résolution lors d'une vue latérale peut être considérée comme le résultat d'une compression de faisceau avec un traitement optimal (similaire à la compression d'impulsions avec modulation intra-impulsionnelle) ou comme la formation d'un motif par un réseau d'antennes synthétisé formé lorsque l'antenne radar se déplace par rapport à la surface irradiée.

Considérons le principe de fonctionnement et les capacités potentielles d'un radar latéral pour avion. L'antenne de la station s'étend selon l'axe de l'aéronef et forme un fond, étroit dans le plan horizontal et large dans le plan vertical, orienté perpendiculairement à l'axe de l'aéronef. Habituellement, deux fonds identiques sont créés de part et d'autre de l'axe de l'avion, ce qui dans ce cas n'est pas significatif.

Compte tenu de la longueur d'onde des oscillations radar émises et de la taille longitudinale de l'antenne, la largeur du fond dans le plan horizontal est de . Pour simplifier, en considérant le rayonnement limité dans le plan horizontal par l'angle , on trouvera le temps d'irradiation d'un point de la surface à une distance D du radar :

où est la vitesse de l'avion, qui est considérée comme constante ; - largeur linéaire du fond à une distance D du radar. La composante radiale de la vitesse par rapport aux points de la surface irradiée (Fig. 18.7, a), où est l'angle entre l'axe du fond dans le plan horizontal et la direction vers le point en question. Ainsi, sur l'axe du fond, et sur les bords il atteint sa valeur maximale. Étant donné que les radars à vue latérale utilisent des faisceaux inférieurs étroits, cela peut être envisagé. En raison de la composante radiale de la vitesse, un décalage de fréquence Doppler du signal réfléchi se produit, variant linéairement de à . Ainsi, lors d'un vol sur une distance, une impulsion de durée modulée en fréquence (Fig. 18.7b) avec déviation de fréquence est reçue.

Avec un traitement adapté optimal, une telle impulsion peut être compressée en une impulsion d'une durée inverse à la largeur du spectre du signal et approximativement égale à . Ainsi, . Depuis lors. A noter qu'en sortie du filtre de compression, l'enveloppe d'impulsion a la forme et sa durée (mesurée au niveau de 0,64 de la valeur maximale) détermine la résolution temporelle maximale, qui correspond à la distance résolue dans la direction du vecteur V , perpendiculaire à l'axe de la cible.

Ainsi, avec un traitement cohérent, la distance résolue ne dépend pas de la portée et est limitée à une valeur égale à . Cette conclusion, qui semble à première vue paradoxale, devient claire lorsqu'on analyse la résolution d'un radar latéral du point de vue de la synthèse d'ouverture.

Si tous les signaux réfléchis sont additionnés de manière cohérente (c'est-à-dire en tenant compte de la phase), alors il est possible de former (synthétiser) un faisceau d'une largeur

dans lequel le coefficient 2 prend en compte le déphasage lorsque le signal parcourt une distance D « en aller-retour ».

Distance autorisée dans la direction du vol (perpendiculaire à l'axe du bas)

Le segment de trajet L, sur lequel la sommation cohérente des signaux réfléchis est effectuée, détermine la taille de l'ouverture synthétisée, puisqu'une telle sommation est similaire à la réception d'un signal sur une antenne basse phase avec une taille d'ouverture égale à . À partir de là, il devient clair pourquoi la distance résolue diminue, c'est-à-dire que la résolution augmente à mesure que l'ouverture de l'antenne réelle diminue et ne dépend pas de D. Cela s'explique par l'augmentation de l'ouverture synthétisée directement proportionnelle à la largeur du radar. bas et la portée du point considéré.

Cependant, avec cette augmentation, les difficultés pour assurer la cohérence du traitement du signal augmentent également. Ainsi, afin d'obtenir de petites valeurs, les antennes radar à balayage latéral doivent avoir des tailles d'ouverture importantes, ce qui permet de mettre en œuvre un traitement cohérent fournissant une approximation de la résolution potentielle d'un système à ouverture synthétisée, déterminée par la formule (18.27) .

Lors du passage d'un signal continu à un signal pulsé avec une période, l'antenne synthétisée s'apparente à un réseau d'antennes dont les distances entre les éléments sont égales. Les radars latéraux utilisent généralement un rayonnement pulsé, c'est pourquoi ces radars sont appelés radars à réseau synthétique.

Avec l'émission de chaque impulsion, l'antenne radar devient un élément d'un réseau synthétisé dont la distance du point de surface considéré est égale à la distance la plus courte (Fig. 18.7, a) seulement au moment où le point en question apparaît sur l’axe du bas. Aux bords du réseau synthétisé, la distance diffère de

Cette différence de distance correspond au retard maximum du signal de base. Si pendant le vol des retards de changement de phase sont enregistrés et pris en compte lors du traitement, alors les réseaux synthétisés sont dits focalisés. Le système de traitement du signal dans ce cas s'avère complexe, il est donc nécessaire de savoir quelle perte de résolution résulte du refus de la « focalisation », c'est-à-dire du passage à un traitement non focalisé sans tenir compte des déphasages. Dans ce cas, la différence de course aux extrémités de l'ouverture synthétisée est acceptable, ce qui correspond au déphasage maximum. A partir de cette condition, on peut déterminer la taille de l’ouverture effective de l’antenne synthétisée. De la fig. 18.7, il est clair que et, par conséquent,

Ainsi, en l'absence de focalisation, la largeur du faisceau de l'ouverture synthétisée est de taille , et la résolution linéaire correspondante

Pour le traitement du signal sans correction (focalisation), un accumulateur exponentiel conventionnel avec une ligne à retard pour la période de répétition des impulsions convient. Il est clair que les noms de systèmes focalisés et focalisés sont apparus par analogie avec un système optique dans lequel, avec une ouverture complètement ouverte, l'objectif doit être focalisé (mise au point).

Avec une forte ouverture, une clarté (netteté) suffisante est assurée sans mise au point lorsque l'objectif est constamment réglé sur l'infini.

Par conséquent, avec un traitement du signal focalisé (ouverture focalisée), la résolution linéaire maximale dans la direction perpendiculaire au diagramme de faisceau est réalisable, quelle que soit la plage avec un traitement non focalisé (ouverture non focalisée) pour une antenne conventionnelle avec une résolution de taille d'ouverture.

La dépendance de la résolution sur la plage D pour ces cas est illustrée sur la Fig. 18.8.

Ainsi, pour réaliser pleinement les capacités potentielles de l'antenne synthétisée, il est nécessaire de traiter le signal avec des corrections de phase en fonction de la position du point considéré par rapport à l'antenne radar. Dans les radars à impulsions, le signal est répété avec une période et des corrections sont introduites discrètement à des instants mesurés à partir du moment de réception de l'impulsion moyenne réfléchie au moment où un point donné se trouve sur la trajectoire d'un avion en vol.

Un filtre adapté pour un signal cible ponctuel avec une portée et une vitesse connues du radar par rapport à la cible correspond à un circuit de filtrage cohérent pour une rafale d'impulsions, avec les amplitudes d'impulsions multipliées par des coefficients de pondération et déphasées par la valeur de correction. Un tel traitement (focalisation) est requis pour chaque élément de portée, c'est-à-dire qu'un filtre est nécessaire pour chaque portée (la discrétion dépend de la résolution de portée déterminée par la largeur du spectre du signal), et les paramètres du filtre doivent changer lorsque la vitesse de déplacement du radar change.

Les exigences relatives au dispositif de traitement dépendent principalement du temps de synthèse, qui est le même dans les systèmes focalisés. Ainsi, à une vitesse d'avion et une résolution de distance donnée, lorsque le radar fonctionne sur une onde, la taille requise de l'ouverture synthétisée est de . Dans ce cas . Au taux de répétition des impulsions, le nombre de signaux additionnés pendant le traitement pour chaque élément de plage, dont le nombre dans la plage peut atteindre . Le nombre de niveaux de quantification détermine la profondeur de bits du dispositif de traitement. Ainsi, la quantité totale d’informations traitées est de . S'il existe des canaux en quadrature, la valeur double et est de l'ordre de 108 bits. En tenant compte de la correction de phase à chaque période de répétition, la vitesse de traitement requise dans de tels systèmes est atteinte.

Malgré la relative complexité, la mise en œuvre numérique de dispositifs de traitement utilisant une base d'éléments modernes est possible, en particulier lors du traitement aux fréquences vidéo. L’avantage du traitement numérique est la possibilité d’obtenir des images du terrain sous un avion ou un satellite en temps réel.

Si le délai d'obtention d'une image est acceptable (par exemple, lors du mappage), il est alors conseillé d'utiliser des méthodes de traitement du signal optique lors de la synthèse de l'ouverture, car les dispositifs optiques fournissent un traitement du signal cohérent multicanal pour tous les éléments de plage à la fois.

Le principe de traitement est le suivant. Les signaux reçus sont enregistrés sur un film photographique, tiré à une vitesse proportionnelle à la vitesse de l'avion V, les lignes de distance étant situées à travers le film. A une certaine distance du début de chaque ligne, proportionnelle à la distance du point D considéré, les signaux réfléchis sont enregistrés au fil du temps ; l'enregistrement dans le sens longitudinal (le long du film) sur une échelle appropriée traduit la répartition des signaux le long de la synthèse ; ouverture.

Après développement (le temps de développement détermine le délai de traitement), le film est tiré devant la fenêtre du dispositif optique, tout en étant irradié par un faisceau lumineux cohérent et uniforme. Une onde lumineuse plane traversant le film est modulée en amplitude et en phase par le signal enregistré. La taille du spot obtenu sur un écran optique ou autre film photographique à la sortie du filtre optique correspond à la largeur du diagramme de rayonnement de l'antenne synthétisée, qui est plusieurs fois inférieure à la largeur du diagramme de rayonnement de l'antenne réelle . En sélectionnant les paramètres des éléments (lentilles) du filtre optique, il est possible d'assurer un traitement cohérent et d'obtenir une grande clarté de l'image radar synthétisée. C'est à l'aide d'un radar latéral à synthèse d'ouverture situé sur le satellite artificiel de Vénus que des chercheurs soviétiques ont réussi à obtenir une image radar claire de cette planète, proche de l'observation optique.

Titulaires du brevet RU 2397509 :

L'invention concerne le domaine de l'ingénierie radio, en particulier le domaine de la technologie des radars non linéaires, et peut être utilisée pour rechercher et détecter des objets présentant des propriétés électriques non linéaires. Le résultat technique obtenu de l'invention consiste à mettre en œuvre un algorithme permettant de synthétiser l'ouverture de l'antenne dans une station radar non linéaire (radar) et d'atteindre une résolution angulaire proche du potentiel. L'essence de l'invention est de mesurer la vitesse moyenne de déplacement et les écarts aléatoires du porteur du radar non linéaire par rapport à une trajectoire donnée le long des axes des abscisses, des ordonnées et des applications et de mettre en œuvre dans chacun des canaux de traitement des signaux d'écho du radar non linéaire un algorithme de synthèse de l'ouverture de l'antenne, prenant en compte les résultats de mesure. 3 malades.

L'invention concerne le domaine de l'ingénierie radio, en particulier le domaine de la technologie des radars non linéaires, et peut être utilisée pour rechercher et détecter des objets présentant des propriétés électriques non linéaires (OENS).

On connaît le SAR, composé d'un dispositif d'antenne connecté en série, d'un émetteur-récepteur, de détecteurs de phase, de convertisseurs analogique-numérique, d'un système de traitement numérique, d'un processeur de système d'affichage, d'un système d'indication, ainsi que d'un système d'enregistrement et d'un système de transmission. sur un canal large bande dont le principe de fonctionnement repose sur la formation d'une antenne synthétisée de grande taille à l'aide d'une antenne réelle de petite taille. Parallèlement, pour réduire l'influence des déviations spatiales aléatoires du porteur SAR par rapport à une trajectoire donnée (instabilités de trajectoire) sur les résultats de son fonctionnement, un système de compensation des instabilités de trajectoire est utilisé, basé sur l'utilisation intégrée de deux systèmes de navigation inertielle. systèmes - une centrale de navigation inertielle standard avec correction à partir de capteurs radio (GLONASS, DISS ou Radar en mode mesure de la vitesse et de l'angle de dérive) et une centrale de navigation inertielle à large bande avec un système d'accéléromètres et de capteurs de vitesse angulaire (micro-navigation). Cependant, SAR ne permet pas de rechercher et de détecter l'OENS, puisque le traitement des signaux d'écho des cibles radar s'effectue uniquement à la fréquence porteuse du signal de sondage (SS) ω 0.

Le plus proche techniquement (prototype de l'invention proposée) est par exemple un radar non linéaire (NRLS), constitué d'un émetteur, d'une antenne émettrice et de deux canaux de traitement de signal identiques aux fréquences des deuxième 2ω 0 et troisième 3ω 0 harmoniques de l'ES, dont chacun contient une antenne de réception et un récepteur connectés en série, ainsi que des dispositifs d'affichage. Le principe de fonctionnement du radar de navigation repose sur la réception des signaux de réponse de l'OENS aux fréquences 2ω 0 et 3ω 0, leur traitement et l'indication des niveaux. Ceci est assuré par le fait que les OENS avec composants semi-conducteurs ont généralement un niveau de signal de réponse à la deuxième harmonique qui est 20 à 30 dB plus élevé qu'à la troisième harmonique. Pour les OENS de type contact, en règle générale, la relation inverse est valable. Les inconvénients d'un radar non linéaire sont le manque de prise en compte de l'influence des instabilités de trajectoire sur le processus de son fonctionnement et le manque de fiabilité de la comparaison des niveaux de signaux de réponse de l'OENS aux deuxième et troisième harmoniques de l'ES en raison du forte dépendance de l'évolution de la puissance OENS diffusée aux harmoniques de l'ES sur la position de l'OENS par rapport à la direction de sondage et au numéro harmonique de l'ES.

Le problème à résoudre par le radar non linéaire proposé avec une antenne à synthèse d'ouverture est d'augmenter la résolution angulaire du radar non linéaire.

Le résultat technique de l'invention s'exprime dans la mise en œuvre d'un algorithme permettant de synthétiser l'ouverture de l'antenne dans un radar non linéaire et d'atteindre une résolution angulaire proche du potentiel.

Le résultat technique est obtenu par le fait que dans le radar de navigation connu, constitué d'un émetteur, d'une antenne d'émission et de deux canaux identiques de traitement du signal aux fréquences des deuxième 2ω 0 et troisième 3ω 0 harmoniques de la Terre, dont chacun contient une antenne de réception et un récepteur connectés en série, ainsi que des dispositifs d'affichage, en outre, un générateur de référence, un synthétiseur de fréquence et une unité de compensation pour les instabilités de trajectoire sont introduits, conçus pour générer un signal de correction de désadaptation correspondant sur la base de la vitesse de mouvement moyenne mesurée et des écarts aléatoires du porteur du radar non linéaire par rapport à la trajectoire donnée, et dans chacun des canaux se trouvent un dispositif de déphasage, les premier et deuxième détecteurs de phase, des premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique, un premier calculateur de fonction de référence conçu pour former la composante sinusoïdale de la fonction de référence, un deuxième calculateur de fonction de référence conçu pour former la composante cosinus de la fonction de référence, un système de traitement numérique conçu pour former une image radar d'objets ayant des propriétés électriques non linéaires, tandis que la sortie de l'oscillateur de référence est reliée à l'entrée du synthétiseur de fréquence et aux deuxièmes entrées des récepteurs des premier et deuxième canaux, la première sortie du synthétiseur de fréquence est reliée à l'entrée de l'émetteur dont la sortie est reliée à l'entrée du antenne émettrice, la deuxième sortie du synthétiseur de fréquence est reliée dans chaque voie à la deuxième entrée du premier détecteur de phase et à l'entrée du dispositif de déphasage, la sortie du dispositif de déphasage de chaque voie est reliée à la deuxième entrée du le deuxième détecteur de phase de la voie correspondante, la sortie du récepteur de chaque voie est reliée aux premières entrées des premier et deuxième détecteurs de phase de la voie correspondante dont les sorties sont reliées respectivement aux entrées des première et deuxième convertisseurs analogiques-numériques des voies correspondantes, dont les sorties dans chaque voie sont connectées respectivement aux première et deuxième entrées du système de traitement numérique de la voie correspondante, aux entrées des premier et deuxième calculateurs de fonctions de référence de chaque voie sont reliées à la sortie de l'unité de compensation d'instabilité de trajectoire, les sorties des premier et deuxième calculateurs de fonction de référence de chaque voie sont reliées respectivement aux troisième et quatrième entrées du système de traitement numérique de la voie correspondante, les sorties du système de traitement numérique les systèmes des premier et deuxième canaux sont connectés respectivement aux première et deuxième entrées du dispositif d'affichage, et l'unité de compensation d'instabilité de trajectoire contient un générateur d'impulsions d'horloge, un dispositif de mise à l'échelle, un dispositif pour déterminer la direction du mouvement le long des axes d'un rectangle système de coordonnées basé sur la vitesse moyenne de déplacement mesurée et les écarts aléatoires du support radar non linéaire par rapport à une trajectoire donnée, un minuteur, un dispositif de stockage, un bloc de touches composé de trois clés, un dispositif de soustraction, un bloc de sommation composé de trois dispositifs de sommation , un bloc de dispositifs de stockage constitué de trois dispositifs de stockage, une unité de mise à l'échelle constituée de trois dispositifs de mise à l'échelle, une unité de multiplication de code constituée de trois multiplicateurs de code, un additionneur et un convertisseur de code, tandis qu'un générateur d'impulsions d'horloge et un dispositif permettant de déterminer la direction de les mouvements le long des axes d'un système de coordonnées rectangulaires sont connectés en série, un additionneur, un convertisseur de codes, le dispositif de mise à l'échelle et le dispositif de stockage sont connectés en série, de plus, les première, deuxième et troisième sorties du dispositif de détermination de la direction de mouvement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires sont connectées aux premières entrées des touches correspondantes du bloc de touches, dont les secondes entrées sont connectées à la sortie du temporisateur, la première sortie du dispositif déterminant la direction du mouvement le long du les axes du système de coordonnées rectangulaires sont également connectés à la deuxième entrée du dispositif de soustraction, les sorties des première, deuxième et troisième touches du bloc de touches sont connectées aux premières entrées des dispositifs de sommation correspondants du bloc de sommation, les sorties dont sont connectées aux entrées des dispositifs de stockage correspondants du bloc de dispositifs de stockage, dont les sorties sont connectées aux secondes entrées des dispositifs de sommation correspondants du bloc d'addition et aux entrées des dispositifs de mise à l'échelle correspondants du bloc de mise à l'échelle , la sortie de chaque dispositif de mise à l'échelle du bloc de mise à l'échelle est connectée aux première et deuxième entrées des multiplicateurs de code correspondants du bloc multiplicateur de code, les sorties des premier, deuxième et troisième multiplicateurs de code du bloc multiplicateur de code sont connectées au entrées correspondantes de l'additionneur, la sortie du dispositif de stockage est connectée à la première entrée du dispositif de soustraction, et la sortie du dispositif de soustraction, les deuxième et troisième sorties du dispositif de détermination du sens de déplacement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires, et la sortie du convertisseur de code sont, respectivement, les première, deuxième, troisième et quatrième sorties de l'unité de compensation d'instabilité de trajectoire.

L'essence de l'invention est de mesurer la vitesse moyenne de déplacement et les écarts aléatoires du porteur du radar non linéaire par rapport à une trajectoire donnée le long des axes des abscisses, des ordonnées et des applications et de mettre en œuvre dans chacun des canaux de traitement du signal d'écho du radar non linéaire un algorithme de synthèse de l'ouverture de l'antenne prenant en compte les résultats de mesure, ce qui permet d'atteindre une résolution angulaire proche du potentiel.

Le schéma fonctionnel du radar non linéaire proposé avec une antenne à ouverture synthétisée est présenté sur la figure 1.

Le radar non linéaire proposé à antenne à ouverture synthétisée se compose d'un émetteur 5, d'une antenne d'émission 1, d'antennes de réception des premier et deuxième canaux 2 et 4, de récepteurs des premier et deuxième canaux 7 et 8, d'un dispositif d'indication 26, d'un référence oscillateur 3, un synthétiseur de fréquence 6, une unité de compensation de trajectoire des instabilités 19, des dispositifs de déphasage des première et deuxième voies 9 et 10, des premier et deuxième détecteurs de phase de la première voie 11 et 12, des premier et deuxième détecteurs de phase de la deuxième voie 13 et 14, des premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique de la première voie 15 et 16, des premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique de la deuxième voie 17 et 18, des premier et deuxième calculateurs de fonctions de référence de la première voie 20 et 21, des premier et deuxième calculateurs de fonctions de référence du deuxième canal 22 et 23, des systèmes de traitement numérique des premier et deuxième canaux 24 et 25, connectés comme le montre la figure 1.

L'émetteur 5 génère un signal de sondage à la fréquence ω 0 avec des paramètres spécifiés (puissance, type de modulation, etc.). L'antenne émettrice 1 est conçue pour émettre un signal de sondage à la fréquence ω 0 . Les antennes de réception des premier et deuxième canaux 2 et 4 sont utilisées pour recevoir des signaux d'écho de l'OENS aux fréquences 2ω 0 et 3ω 0, respectivement. Les récepteurs des premier et deuxième canaux 7 et 8 transfèrent les signaux reçus aux fréquences 2ω 0 et 3ω 0 vers la fréquence intermédiaire ω pr et les amplifient. L'oscillateur de référence 3 produit un signal de fréquence stable ω og. Le synthétiseur de fréquence 6 génère des signaux porteurs ω 0 et des fréquences intermédiaires ω pr à ses première et seconde sorties, respectivement. Les déphaseurs des premier et deuxième canaux 9 et 10 décalent la phase du signal de référence dans chaque canal de π/2. Les premiers détecteurs de phase des premier et deuxième canaux 11 et 13 sélectionnent les composantes sinusoïdales des signaux dans les canaux correspondants, et les deuxièmes détecteurs de phase des premier et deuxième canaux 12 et 14 - les composantes cosinusoïdales. Les premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique de chaque canal 15, 16, 17 et 18 sont conçus pour convertir des signaux analogiques en signaux numériques. L'unité de compensation des instabilités de trajectoire 19 surveille les écarts aléatoires du porteur radar par rapport à une trajectoire donnée et génère un signal de désadaptation correspondant pour corriger la fonction de référence. Les premiers calculateurs de fonctions de référence des première et deuxième voies 20 et 22 forment les composantes sinusoïdales des fonctions supports, les deuxièmes calculateurs de fonctions de référence des première et deuxième voies 21 et 23 - les composantes cosinus des fonctions supports des voies correspondantes, en tenant compte des signaux de désadaptation provenant de l'unité de compensation de trajectoires d'instabilité 19. Les systèmes numériques de traitement des première et deuxième voies 24 et 25 sont utilisés pour générer des images radar de l'OENS à partir de signaux reçus aux fréquences 2ω 0 et 3ω 0 . Le dispositif d'affichage 26 est nécessaire pour afficher des images radar avec la luminosité, la plage dynamique et l'échelle requises.

Le radar non linéaire revendiqué doté d'une antenne à synthèse d'ouverture fonctionne comme suit. Pendant l'intervalle de temps Ts de synthèse de l'ouverture de l'antenne, le mouvement rectiligne du support radar non linéaire est assuré à une vitesse constante (le cas le plus important pour la pratique). Pour assurer la cohérence, le signal de l'oscillateur de référence 3 à fréquence ω og est envoyé aux secondes entrées des récepteurs des première et deuxième voies 7 et 8, qui sont les entrées de l'oscillateur de référence externe, ainsi qu'à l'entrée du synthétiseur de fréquence 6, qui génère les signaux porteurs ω 0 et les fréquences intermédiaires ω r. Sur la base du signal à la fréquence ω 0 provenant de la première sortie du synthétiseur de fréquence 6 vers l'entrée de l'émetteur 5, un ES avec les paramètres requis à la fréquence ω 0 est formé. Le signal ainsi généré est envoyé à l'entrée de l'antenne émettrice 1 et rayonné dans une zone d'espace donnée. Le signal à fréquence intermédiaire ω issu de la deuxième sortie du synthétiseur de fréquence 6 est fourni aux deuxièmes entrées des premiers détecteurs de phase des première et deuxième voies 11 et 13, ainsi qu'aux entrées des dispositifs de déphasage du première et deuxième voies 9 et 10. De plus, le signal à la fréquence intermédiaire ω pr provient également de la sortie du récepteur de chaque voie vers la première entrée du premier détecteur de phase de la voie correspondante. Le signal de sortie du dispositif de déphasage de chaque canal 9 et 10 est envoyé à la deuxième entrée du deuxième détecteur de phase du canal correspondant 12 et 14. Puisque les signaux de référence à la fréquence intermédiaire ω pr aux deuxièmes entrées du premier et les deuxièmes détecteurs de phase de chaque voie 11 et 12, 13 et 14 ont un déphasage π/2, aux sorties des premiers détecteurs de phase de chaque voie 11 et 13, des composantes sinusoïdales des signaux issus des récepteurs de la première et de la deuxième les canaux 7 et 8 sont formés, et aux sorties des deuxièmes détecteurs de phase 12 et 14 - composantes cosinus. Les composantes en quadrature générées sont converties sous forme numérique à l'aide des premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique de chaque canal 15, 17 et 16, 18 et sont transmises, respectivement, aux première et deuxième entrées du système de traitement numérique du canal correspondant. canaux 24 et 25. Le signal de désadaptation généré par l'unité de compensation des instabilités de trajectoire 19, est fourni dans chaque canal aux entrées des premier et deuxième calculateurs de fonctions de référence 20, 22 et 21, 23. Les premier et deuxième calculateurs de fonctions de référence de chaque canal 20, 22 et 21, 23 génèrent respectivement les composantes sinus et cosinus de la fonction de référence, qui sont fournies respectivement aux troisième et quatrième entrées du système de traitement numérique de la voie correspondante 24 et 25. Dans les systèmes de traitement numérique des premier et deuxième canaux 24 et 25, un algorithme bien connu de synthèse de l'ouverture de l'antenne est mis en œuvre et, par conséquent, des images radar de l'OENS sont formées à partir de signaux reçus aux fréquences 2ω 0 et 3ω 0 , respectivement. Les images radar ainsi formées sont fournies depuis les sorties des systèmes de traitement numérique des premier et deuxième canaux 24 et 25 vers les entrées correspondantes du dispositif d'affichage 26, à l'aide desquelles les images radar sont affichées visuellement.

L'unité de compensation des instabilités de trajectoire peut être réalisée, par exemple, sous la forme d'un dispositif dont le schéma fonctionnel est représenté sur la figure 2.

L'unité de compensation des instabilités de trajectoire comprend un générateur d'impulsions d'horloge 1, un dispositif de mise à l'échelle 2, un dispositif de détermination de la direction de déplacement le long des axes d'un système de coordonnées rectangulaires 3, un temporisateur 4, un dispositif de stockage 5, un bloc clé 6, un un dispositif de soustraction 7, un bloc de sommation 8, un bloc de dispositif de stockage 9, un bloc de mise à l'échelle 10, une unité de multiplication de code 11, un additionneur 12, un convertisseur de code 13, connectés comme indiqué sur la figure 2.

Le générateur d'impulsions d'horloge 1 est conçu pour générer une séquence d'impulsions d'une durée donnée τ et de période T i. Le temporisateur 4 sert à maintenir le bloc clé 6 à l'état ouvert pendant un intervalle de temps spécifié T t . Le dispositif de détermination de la direction de déplacement selon les axes du repère rectangulaire 3 génère aux première, deuxième et troisième sorties des signaux correspondant au déplacement du porteur radar pendant le temps T et selon les axes des abscisses Δx i, ordonnée Δy i et appliquer respectivement Δz i, où le bloc clé 6 assure le passage des signaux des première, deuxième et troisième entrées du dispositif de détermination de la direction de déplacement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires 3 vers la sortie de la clé correspondante du bloc de touches 6. Le bloc de sommation 8 est utilisé pour additionner les signaux disponibles aux première et deuxième entrées de chaque dispositif de sommation du bloc de sommation 8. Le bloc mémoire 9 est nécessaire pour stocker le résultat de la somme obtenue dans le bloc de sommation 8. Le bloc de mise à l'échelle 10 fait la moyenne des résultats de la sommation des signaux et génère des signaux aux première, deuxième et troisième sorties correspondant aux valeurs moyennes des mouvements du porteur radar le long de l'ordonnée des abscisses et des axes d'application du bloc de multiplication de code 11. est destiné à construire un carré de valeurs et Adder 12 est utilisé pour implémenter une opération mathématique

Le convertisseur de code 13 effectue une opération mathématique de calcul de la vitesse moyenne de déplacement du porteur radar

Le dispositif de mise à l'échelle 2 est nécessaire pour calculer la valeur de référence du mouvement du porteur radar le long de l'axe x Le dispositif mémoire 5 stocke la valeur obtenue Δx 0 . Dans le dispositif de soustraction 7, une opération mathématique est effectuée pour soustraire la valeur du mouvement actuel du porteur radar le long de l'axe des abscisses du système de coordonnées rectangulaires Δx i de la valeur de référence Δx 0 .

L'unité de compensation d'instabilité de trajectoire fonctionne de la manière suivante. Tout d'abord, la vitesse moyenne du porteur du radar de navigation est mesurée.

Le mode de mesure de la vitesse est activé manuellement en allumant la minuterie 4, après quoi il s'éteint automatiquement, c'est-à-dire la durée du mode de mesure de valeur est déterminée par le temps T t . Dans le mode de mesure de la vitesse moyenne, des impulsions d'horloge de durée τ et de période T et, générées par le générateur d'impulsions d'horloge 1, sont fournies à l'entrée du dispositif de détermination du sens de déplacement le long des axes de la coordonnée rectangulaire le système 3, qui, lorsque le porteur radar se déplace, génère une valeur à ses première, deuxième et troisième sorties de mouvements le long des axes des abscisses Δx i, des axes des ordonnées Δу i et appliquer Δz i, respectivement. Pendant le temps T t, le signal de la sortie du temporisateur 4 maintient le bloc de touches 6 dans l'état ouvert, de sorte que les signaux des première, deuxième et troisième sorties du dispositif de détermination du sens de déplacement le long les axes du système de coordonnées rectangulaires 3, arrivant aux premières entrées des touches correspondantes du bloc de touches 6, sont fournis aux premières entrées des dispositifs de sommation correspondants du bloc de sommation 8. Le bloc de sommation 8, ainsi que le bloc des dispositifs de stockage 9, résume les codes numériques des mouvements le long des axes des abscisses, des ordonnées et des applications, qui sont ensuite reçus des sorties des premier, deuxième et troisième dispositifs de stockage du deuxième bloc de dispositifs de stockage 9, respectivement vers les entrées des dispositifs de mise à l'échelle correspondants du bloc de mise à l'échelle 10, dans lesquels les signaux reçus sont multipliés par un code de valeur numérique et, par conséquent, les valeurs moyennes des déplacements pour l'intervalle de temps T et le long des axes des abscisses des ordonnées et applicables sont obtenus. Les signaux ainsi obtenus sont ensuite envoyés au bloc de multiplication de code 11 et à l'additionneur 12 afin d'obtenir la somme des carrés des signaux indiqués. qui entre dans le convertisseur de code 13, où, conformément à (1), elle est convertie en une valeur de vitesse moyenne. La valeur résultante est fournie à l'entrée du dispositif de mise à l'échelle 2, où en la multipliant par la valeur T, la référence. la valeur du mouvement du porteur radar le long de l'abscisse est formée Le signal Δx 0 provenant de la sortie du dispositif de mise à l'échelle 2 est fourni à l'entrée du dispositif de stockage 5, où il est mémorisé et stocké jusqu'à la prochaine détermination de la vitesse moyenne à la fin de la mesure, lorsque le radar non linéaire avec un. antenne à synthèse d'ouverture fonctionne, le signal Δx 0 issu de la sortie du dispositif de stockage 5 est fourni à la première entrée du dispositif de soustraction 7 dont la deuxième entrée reçoit un signal issu de la première sortie du dispositif de détermination de la direction de mouvement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires 3. Dans le dispositif de soustraction 7, des opérations mathématiques sont effectuées pour générer des signaux proportionnels à l'écart des paramètres de mouvement du porteur radar le long de l'axe des abscisses du système de coordonnées rectangulaires à partir des paramètres spécifiés de la trajectoire de référence δx i =Δx 0 -Δx i .

L'amélioration potentielle K de la résolution angulaire d'un radar de navigation par synthèse de l'ouverture de l'antenne a été théoriquement étudiée selon l'équation.

où Δl p et Δl sont respectivement les résolutions angulaires du radar de navigation sans et avec utilisation d'un algorithme de synthèse d'ouverture d'antenne ; λ GS - longueur d'onde de GS ; R - distance entre le radar de navigation et l'OENS ; d est la taille de l'antenne de réception réelle ; - numéro harmonique du PA ; - vitesse du porteur du radar de navigation ; θ n - angle d'observation de l'OENS. Calculs effectués dans le cas de l'utilisation de la méthode de synthèse de l'ouverture de l'antenne dans le localisateur non linéaire "Lux" avec les dimensions des antennes de réception réelles d = 0,25 m pour le mode de visualisation latérale de l'espace (θ n = π/2), comme ainsi qu'avec T s = 2 s, R = 3 m, λ GS = 0,3 m, indiquent une amélioration de la résolution angulaire aux deuxième et troisième harmoniques du GS de 32 et 48 fois, respectivement.

L'efficacité du fonctionnement de l'unité de compensation des instabilités de trajectoire peut être évaluée à l'aide de l'évaluation des distorsions de l'image radar OENS en l'absence de compensation des instabilités de trajectoire dans le cas d'un mouvement rectiligne uniforme du porteur le long de la coordonnée x pour des coordonnées fixes y= oui 0, z=z 0. A ces fins, nous calculerons les réponses impulsionnelles d'un radar non linéaire avec une antenne à synthèse d'ouverture (RAS OENS) pour les cas d'absence et de présence d'écarts aléatoires du porteur radar par rapport à une trajectoire donnée

où U(t+τ) est le signal de trajectoire ; T s - intervalle de temps de l'antenne SA ; τ - décalage temporel ; h(t) - fonction de support.

Comme référence h(t), une fonction pondérée est sélectionnée qui est complexe conjuguée au signal réfléchi par la cible non linéaire.

où H(t) est la fonction de poids réel ; - modification de la distance actuelle entre le radar de navigation et l'OENS.

Supposons qu'en cas de compensation des instabilités de trajectoire δx 1 =0, et en cas d'absence - et étant donné, par exemple, les valeurs H(t)=1, T s =2 s, R=3 m, λ ZS =0,3 m, n=2, x=1 m, x 0 =0 m, on obtient, conformément à (3), les réponses impulsionnelles J 1 (r) et présenté après normalisation par les dépendances graphiques correspondantes 1 et 2 sur la figure 3. Comme le montrent les calculs, la largeur du lobe principal de la réponse impulsionnelle est 1,15 fois supérieure à J 1 (τ). Cela signifie que l'unité de compensation des instabilités de trajectoire, réalisée sous la forme d'un dispositif dont le schéma fonctionnel est représenté sur la Fig. 2, dans des conditions données, permet d'améliorer la résolution d'un radar non linéaire à ouverture d'antenne synthétisée. le long de la coordonnée angulaire de 15 %.

Ainsi, dans le radar non linéaire proposé avec une antenne à synthèse d'ouverture, la résolution angulaire est augmentée grâce à la formation d'une grande ouverture d'antenne sur une trajectoire donnée du porteur radar, et d'une unité de compensation des instabilités de trajectoire, réalisée sous la forme d'un Le dispositif, dont le schéma fonctionnel est représenté sur la figure 2, fournit une résolution angulaire potentiellement réalisable (son amélioration potentielle conformément à l'expression (2)) en réduisant la distorsion de l'image radar provoquée par l'expansion du lobe principal de la réponse impulsionnelle (3 ).

La solution technique proposée est nouvelle, car un radar non linéaire doté d'une antenne à synthèse d'ouverture est inconnu d'après les informations accessibles au public, ce qui diffère du radar de navigation connu, constitué d'un émetteur, d'une antenne émettrice et de deux canaux de traitement de signal identiques aux fréquences du deuxième 2ω 0 et troisième 3ω 0 harmoniques de la Terre, dont chacun contient une antenne de réception et un récepteur connectés en série, ainsi que des dispositifs d'affichage, en ce sens qu'un oscillateur de référence, un synthétiseur de fréquence et une unité de compensation des instabilités de trajectoire sont en outre introduits , conçu pour générer un signal de correction de désadaptation approprié sur la base de la vitesse de déplacement moyenne mesurée et des écarts aléatoires du support radar non linéaire par rapport à la trajectoire spécifiée, et dans chacun des canaux - un dispositif de déphasage, les premier et deuxième détecteurs de phase, les premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique, le premier calculateur de fonction de référence conçu pour former la composante sinusoïdale de la fonction de référence, le deuxième calculateur de fonction de référence conçu pour former la composante cosinusoïdale des fonctions de fonction de référence, le système de traitement numérique, tandis que le la sortie de l'oscillateur de référence est reliée à l'entrée du synthétiseur de fréquence et aux deuxièmes entrées des récepteurs des première et deuxième voies, la première sortie du synthétiseur de fréquence est reliée à l'entrée de l'émetteur dont la sortie est reliée à l'entrée de l'antenne émettrice, la deuxième sortie du synthétiseur de fréquence est reliée dans chaque voie à la deuxième entrée du premier détecteur de phase et à l'entrée du dispositif de déphasage, la sortie du dispositif de déphasage de chaque voie est reliée à la deuxième entrée du deuxième détecteur de phase de la voie correspondante, la sortie du récepteur de chaque voie est reliée aux premières entrées des premier et deuxième détecteurs de phase de la voie correspondante dont les sorties sont reliées respectivement à des entrées des premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique des voies correspondantes dont les sorties dans chacune des voies sont reliées respectivement aux première et deuxième entrées du système de traitement numérique de la voie correspondante, les entrées du des premier et deuxième calculateurs de fonction de référence de chaque canal sont connectés à la sortie de l'unité de compensation d'instabilité de trajectoire, les sorties du premier et du deuxième calculateur de fonction de référence de chaque canal sont connectées respectivement aux troisième et quatrième entrées du système de traitement numérique de la voie correspondante, les sorties des systèmes de traitement numérique des première et deuxième voies sont reliées respectivement aux première et deuxième entrées du dispositif d'affichage, et l'unité de compensation des instabilités de trajectoire contient un générateur d'impulsions d'horloge, un dispositif de mise à l'échelle, un dispositif pour déterminer la direction du mouvement le long des axes d'un système de coordonnées rectangulaires sur la base de la vitesse moyenne mesurée du mouvement et des écarts aléatoires du support radar non linéaire par rapport à une trajectoire donnée, une minuterie, un dispositif de stockage, une clé un bloc constitué de trois clés, un dispositif de soustraction, un bloc de sommation constitué de trois dispositifs de sommation, une unité de stockage constituée de trois dispositifs de stockage, une unité de mise à l'échelle constituée de trois dispositifs de mise à l'échelle, une unité de multiplication de code constituée de trois multiplicateurs de code, un additionneur et un convertisseur de code, dans lequel le générateur d'impulsions d'horloge et le dispositif pour déterminer la direction du mouvement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires sont connectés en série, l'additionneur, le convertisseur de code, le dispositif de mise à l'échelle et le dispositif de stockage sont connectés en série, en outre, les première, deuxième et troisième sorties du dispositif de détermination de la direction de déplacement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires sont reliées aux premières entrées des touches correspondantes du bloc de touches dont les deuxièmes entrées sont reliées à la sortie de la minuterie, la première sortie du dispositif de détermination de la direction du mouvement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires est également connectée à la deuxième entrée du dispositif de soustraction, les sorties des première, deuxième et troisième touches du bloc de touches sont connecté aux premières entrées des dispositifs de sommation correspondants du bloc de sommation, dont les sorties sont connectées aux entrées des dispositifs de stockage correspondants du bloc de dispositifs de stockage, dont les sorties sont connectées aux secondes entrées des dispositifs de sommation correspondants du bloc de sommation et aux entrées des dispositifs de mise à l'échelle correspondants du bloc de mise à l'échelle, la sortie de chaque dispositif de mise à l'échelle du bloc de mise à l'échelle est connectée aux première et deuxième entrées des multiplicateurs de code correspondants du bloc multiplicateur de code, les sorties de les premier, deuxième et troisième multiplicateurs de code du bloc multiplicateur de code connectés aux entrées correspondantes de l'additionneur, la sortie du dispositif de stockage est connectée à la première entrée du soustracteur, et la sortie du dispositif de soustraction, la deuxième et la troisième les sorties du dispositif de détermination de la direction de déplacement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires, les sorties du convertisseur de code sont respectivement les première, deuxième, troisième et quatrième sorties du bloc de compensation des instabilités de trajectoire.

La solution technique proposée présente une activité inventive, car il ne ressort pas clairement des données scientifiques publiées et des solutions techniques connues qu'un radar non linéaire avec une antenne à synthèse d'ouverture permet d'atteindre une résolution angulaire proche de celle potentielle.

La solution technique proposée est applicable industriellement, car pour sa mise en œuvre, des composants et dispositifs d'ingénierie radio standard utilisés dans le SAR, ainsi que des équipements micro-ondes et des matériaux de technologie répandue, peuvent être utilisés.

Le bloc de compensation des instabilités de trajectoire peut être réalisé à l'aide d'appareils impulsionnels et numériques standards.

Ainsi, un dispositif de détermination de la direction de déplacement le long des axes d'un repère rectangulaire peut être réalisé, par exemple, à partir d'un manipulateur optique de type « souris », à condition que la coordonnée y=y 0 =h 0 est fixe, où h 0 est la hauteur de la surface plane permettant de déplacer le manipulateur optique de type « souris » au-dessus du niveau du sol dans une pièce où est utilisé un radar non linéaire avec une antenne à synthèse d'ouverture. Le générateur d'horloge peut être construit comme un oscillateur bloquant un transistor ou comme un oscillateur bloquant un circuit intégré. Pour mettre en œuvre un bloc de clés, des commutateurs à transistors peuvent être choisis. La minuterie est exécutée en un seul cycle. La base du dispositif de stockage et de l'unité de stockage peut être constituée de dispositifs à semi-conducteurs à accès aléatoire ou de mémoire morte. L'additionneur et l'unité de sommation peuvent être construits à l'aide d'un circuit additionneur parallèle. L'unité de mise à l'échelle, le dispositif de mise à l'échelle et le convertisseur de code peuvent être réalisés selon un circuit convertisseur de code connu. Le dispositif de soustraction est censé être construit sur la base d'additionneurs qui effectuent la soustraction. L'unité de multiplication de codes est réalisée sur la base de dispositifs connus de multiplication de codes.

Sources d'informations

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Station radar non linéaire (radar) à antenne à synthèse d'ouverture, constituée d'un émetteur, d'une antenne d'émission et de deux canaux identiques de traitement de signal aux fréquences des deuxième 2ω 0 et troisième 3ω 0 harmoniques du signal de sondage (SA), chacun des qui contient une antenne de réception et un récepteur connectés en série, ainsi qu'un dispositif d'indication, caractérisé en ce qu'un générateur de référence, un synthétiseur de fréquence et une unité de compensation d'instabilité de trajectoire sont en outre introduits, conçus pour générer un signal de correction de désadaptation approprié sur la base du signal mesuré vitesse moyenne de déplacement et écarts aléatoires du porteur du radar non linéaire par rapport à une trajectoire donnée, et dans chacun des canaux - un dispositif de déphasage, des premier et deuxième détecteurs de phase, des premier et deuxième convertisseurs analogique-numérique, un premier calculateur de fonction de référence conçu pour former la composante sinusoïdale de la fonction de référence, un deuxième calculateur de fonction de référence conçu pour former la composante cosinus de la fonction de référence, un système de traitement numérique conçu pour former une image radar d'un objet ayant des propriétés électriques non linéaires, tandis que la sortie du Le générateur de référence est connecté à l'entrée du synthétiseur de fréquence et aux secondes entrées des récepteurs des premier et deuxième canaux, la première sortie du synthétiseur de fréquence est connectée à l'entrée de l'émetteur dont la sortie est connectée au entrée de l'antenne émettrice, la deuxième sortie des fréquences du synthétiseur sont reliées dans chaque voie à la deuxième entrée du premier détecteur de phase et à l'entrée du dispositif de déphasage, la sortie du dispositif de déphasage de chaque voie est reliée à l'entrée deuxième entrée du deuxième détecteur de phase de la voie correspondante, la sortie du récepteur de chaque voie est reliée aux premières entrées des premier et deuxième détecteurs de phase de la voie correspondante, sorties qui sont reliées respectivement aux entrées du premier et du deuxième détecteur de phase de la voie correspondante. des deuxièmes convertisseurs analogique-numérique des voies correspondantes dont les sorties dans chacune des voies sont reliées respectivement aux première et deuxième entrées du système de traitement numérique de la voie correspondante, les entrées de la première et de la deuxième référence les calculateurs de fonctions de chaque voie sont connectés à la sortie de l'unité de compensation des instabilités de trajectoire, les sorties des premier et deuxième calculateurs de fonctions de référence de chaque voie sont connectées respectivement aux troisième et quatrième entrées du système de traitement numérique de la voie correspondante , les sorties des systèmes de traitement numérique des premier et deuxième canaux sont connectées respectivement aux première et deuxième entrées du dispositif d'affichage, et l'unité de compensation d'instabilité de trajectoire contient un générateur d'impulsions d'horloge, un dispositif de mise à l'échelle, un dispositif de détermination de la direction de déplacement le long des axes d'un système de coordonnées rectangulaires basé sur des mesures de la vitesse moyenne de déplacement et des écarts aléatoires du support radar non linéaire par rapport à une trajectoire donnée, minuterie, dispositif de stockage, bloc de touches composé de trois touches, dispositif de soustraction, bloc de sommation constitué de trois dispositifs de sommation, une unité de stockage composée de trois dispositifs de stockage, une unité de mise à l'échelle composée de trois dispositifs de mise à l'échelle, une unité de multiplication de code composée de trois multiplicateurs de code, un additionneur et un convertisseur de code, avec un générateur d'impulsions d'horloge et un dispositif de détermination la direction du mouvement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires est connectée en série, l'additionneur, le convertisseur de code, le dispositif de mise à l'échelle et le dispositif de stockage sont connectés en série, de plus, les première, deuxième et troisième sorties du dispositif pour déterminer la direction du mouvement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires sont connectées aux premières entrées des touches correspondantes du bloc de touches, dont les secondes entrées sont connectées à une sortie de minuterie, la première sortie du dispositif permettant de déterminer le sens de déplacement le long des axes du système de coordonnées rectangulaires est également connectée à la deuxième entrée du dispositif de soustraction, les sorties des première, deuxième et troisième touches du bloc clé sont connectées aux premières entrées des dispositifs de sommation correspondants du bloc de sommation, les sorties de qui sont connectées aux entrées des dispositifs de stockage correspondants, un bloc de dispositifs de stockage dont les sorties sont connectées aux secondes entrées des dispositifs de sommation correspondants du bloc de sommation et aux entrées des dispositifs de mise à l'échelle correspondants du bloc de mise à l'échelle, la sortie de chaque dispositif de mise à l'échelle du bloc de mise à l'échelle est connectée aux première et deuxième entrées des multiplicateurs de codes correspondants du bloc de multiplication de codes, les sorties des premier, deuxième et troisième multiplicateurs de codes du bloc de multiplication de codes sont connectées aux entrées de l'additionneur, la sortie du dispositif de stockage est connectée à la première entrée du dispositif de soustraction, et la sortie du dispositif de soustraction, les deuxième et troisième sorties du dispositif de détermination de la direction de déplacement le long des axes du rectangle système de coordonnées, les sorties du convertisseur de code sont respectivement les première, deuxième, troisième et quatrième sorties du bloc de compensation d'instabilité de trajectoire.

L'un des domaines d'utilisation importants des radars est leur utilisation à bord d'un avion qui surveille la surface de la Terre. En fonction des tâches à résoudre, de la taille requise de la zone de visualisation et du temps de révision, on distingue les types de révision suivants :

· vue en bande (vue antérolatérale) ;

· revue sectorielle ;

· vue télescopique.

D'autres types d'avis sont également possibles, qui sont soit des cas particuliers des avis ci-dessus, soit leurs combinaisons.

Une mesure de la position angulaire de l'objet émetteur et un paramètre qui permet de mesurer les coordonnées angulaires et de fournir une résolution angulaire est la fréquence Doppler. Des conditions favorables pour résoudre ces problèmes sont créées sous la condition d'une vue latérale de la surface terrestre de l'avion, maintenant le cap, la fréquence et la vitesse.

Le détail d'une image radar de la surface terrestre dépend de la résolution dans la direction transversale au radar, ainsi que de la résolution le long de la trajectoire.

La résolution dans le sens transversal (résolution tangentielle) dépend de la bande des signaux de sondage et de l'angle d'élévation des objets dans le plan transversal.

La résolution le long du chemin est différente entre le traitement non cohérent et cohérent. Dans le premier cas, elle est déterminée par la largeur du diagramme de rayonnement correspondant à l'ouverture de l'antenne placée sur l'avion. Avec un traitement cohérent, elle peut être considérablement augmentée en fonction de l'ouverture synthétisée, déterminée par l'ampleur du mouvement de l'avion pendant le traitement.

Lors de la construction de radars dotés d'équipements synthétisés, une antenne faiblement directionnelle est installée à bord de l'avion, offrant une vue latérale de l'espace (Fig. 6.1). Les signaux reçus de différents points de la trajectoire sont stockés et traités, comme dans un réseau d'antennes, où ils s'ajoutent en phase, formant l'amplitude maximale du signal total.

Une antenne synthétisée est formée en déplaçant un élément dont l'axe du diagramme de rayonnement est orienté perpendiculairement à la trajectoire de vol rectiligne (Fig. 6.2).

Lors de l'utilisation de signaux impulsionnels, ils sont reçus et stockés en des points de trajectoire espacés les uns par rapport aux autres d'une distance où correspond la vitesse de vol ; - période de répétition des impulsions. Ensuite, les signaux sont résumés dans le circuit illustré à la figure 2. La distance à laquelle la sommation se produit est l'ouverture de l'antenne synthétisée (Fig. 6.3).

La sommation des signaux est réalisée dans la ligne à retard LZ. Il existe des antennes synthétisées non focalisées (Fig. 6.4.) et focalisées. Une caractéristique d'une antenne non focalisée est la somme des signaux reçus hors phase. La longueur équivalente est limitée par la possibilité de sommer les signaux approximativement en phase, c'est-à-dire lorsque la différence de distance entre le radar et la cible ne dépasse pas λ/8 (Figure 6.5).

Du fait de la petitesse du deuxième terme, on obtient

La largeur du diagramme de rayonnement d'une telle antenne

(6.3)

Dans ce cas, la résolution tangentielle

(6.4)

amélioré par rapport à l'antenne panoramique

où est la résolution en azimut.

Maintenant, il est proportionnel non pas à R, mais à .

Dans les antennes focalisées, des déphasages sont introduits dans la chaîne d'éléments du réseau dans les antennes pour compenser le mouvement du radar par rapport à la cible (Fig. 6.6).

La taille d'une antenne réelle dans le plan horizontal est L, la largeur de son diagramme

La longueur de l'antenne synthétisée est égale à la longueur de la trajectoire de vol le long de laquelle le radar irradie le circuit (Fig. 6.7).

La largeur du diagramme de rayonnement de l'antenne est

.

Résolution tangentielle

. (6.7)

Ne dépend pas de la portée et est égal à la moitié de la taille d'une antenne réelle.

Il est impossible de construire un radar avec une antenne synthétisée de manière traditionnelle car cela nécessite des éléments importants : la longueur de l'antenne focalisée (centaines de m) ; retard du signal dans la ligne à retard (dizaines de s) ; nombre d'impulsions totalisées (dizaines de milliers).

En pratique, l'effet Doppler et le filtrage adapté sont utilisés pour construire un radar doté d'une antenne synthétisée. Les informations de fréquence Doppler sont utilisées comme mesure de la position angulaire. Supposons que les émetteurs A d'oscillations monochromatiques continues de fréquence f 0 soient situés le long de la droite x, parallèle à la trajectoire de l'avion, située dans la bande de vue latérale (Figure 6.8).

A chaque instant, les oscillations émises peuvent être distinguées par la fréquence Doppler

. (6.8)

Si nous évaluons les changements dans le temps de la distance entre le récepteur et le point A, nous pouvons déterminer la loi de modulation du signal

où est le moment où le récepteur est à la distance la plus courte r 0 du point A. Le changement carré du temps de retard correspond à un changement linéaire de la fréquence instantanée

(6.10)

Ainsi, le signal reçu est modulé en fréquence. Lorsqu'il est traité dans un filtre optimal adapté au signal modulé en fréquence attendu, une compression du signal est observée. La durée du signal compressé est

(6.11)

où est la durée de la réponse impulsionnelle du filtre. Une impulsion compressée similaire sera reçue pour un signal provenant de tout autre point A ; l'intervalle de temps entre ces impulsions sera = où est la vitesse de la cible. L'intervalle de temps minimum autorisé est déterminé par la durée de l'impulsion compressée

Le rapport / = peut être considéré comme une mesure de la résolution angulaire synthétisée

(6.13)

où = est la taille de l'ouverture synthétisée équivalente formée en déplaçant le point de réception pendant la durée de l'accumulation cohérente. La compression permet d'obtenir une résolution similaire à celle d'une antenne focalisée.

Pour garantir la résolution en distance, il est nécessaire d'utiliser un rayonnement pulsé, et les impulsions doivent être cohérentes entre elles.

Ainsi, un radar à synthèse d'ouverture doit contenir

1. radar à impulsions cohérentes avec une véritable cohérence ;

2. un système de traitement du signal qui doit effectuer un traitement azimutal optimal (filtrage adapté) dans chaque élément de résolution de distance.

L'une des options pour un tel localisateur est illustrée à la Fig. 6.9.

D'autres schémas peuvent être utilisés, mais les signaux doivent être cohérents (par exemple, coupés d'une même oscillation harmonique).

L'élément de sortie du récepteur radar à impulsions cohérentes est un détecteur de phase dont la tension de sortie est déterminée comme suit

où , sont les amplitudes de tension de l'oscillateur local cohérent et du signal de sortie ;

Phases initiales des oscillations ;

Décalage de fréquence Doppler.

Le signal d'une cible ponctuelle à la sortie du détecteur de phase est une séquence d'impulsions avec une enveloppe répétant le carré du diagramme de directivité d'une antenne réelle, et une modulation d'amplitude par la fréquence Doppler (Fig. 6.10). pendant la période de répétition T p, puis un filtrage coordonné est effectué pour chacun d'eux.

Il existe les méthodes suivantes pour construire l'équipement correspondant :

1. Enregistrement des signaux d'un détecteur de phase sur un film photographique avec traitement optique ultérieur.

2. Traitement du signal numérique.

Le traitement numérique repose sur la détection optimale d'une rafale d'impulsions radio avec une phase initiale aléatoire. Le traitement optimal se réduit au calcul du module de l'intégrale de corrélation. Mais comme le signal n'est pas continu, mais discret, ce n'est pas l'intégrale qui est calculée, mais la somme

où est la production du signal d’entrée ;

– fonction support ;

n – numéro d'échantillon du signal d'image ;

k – numéro de référence de la fonction de référence ;

N – nombre de valeurs discrètes de la fonction support.

Dans le cas d'un traitement numérique, le schéma fonctionnel du récepteur a la forme montrée sur la Fig. 6.11.

Pour trouver les parties réelles et imaginaires de la représentation du signal d'entrée, le dispositif de traitement est construit avec des canaux en quadrature (Fig. 6.12). En figue. La figure 6.13 montre la structure du traitement numérique dans un élément de résolution.

Le circuit effectue les opérations prévues selon la formule pour S out (n) : les parties réelle et imaginaire du produit se retrouvent sous le signe somme pour chacune des N valeurs de la fonction support et additionnées.