[go: up one dir, main page]

RU2713731C1 - Способ формирования радиотеплового изображения объектов - Google Patents

Способ формирования радиотеплового изображения объектов Download PDF

Info

Publication number
RU2713731C1
RU2713731C1 RU2019120701A RU2019120701A RU2713731C1 RU 2713731 C1 RU2713731 C1 RU 2713731C1 RU 2019120701 A RU2019120701 A RU 2019120701A RU 2019120701 A RU2019120701 A RU 2019120701A RU 2713731 C1 RU2713731 C1 RU 2713731C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
objects
receiver
optical
coordinates
scanning
Prior art date
Application number
RU2019120701A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Константинович Клочко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина"
Priority to RU2019120701A priority Critical patent/RU2713731C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2713731C1 publication Critical patent/RU2713731C1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G01S13/865—Combination of radar systems with lidar systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9005—SAR image acquisition techniques with optical processing of the SAR signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за объектами, и может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов. Достигаемый технический результат – сокращение времени сканирования радиометрического приемника за счет передачи угловых координат центров объектов от оптического приемника радиометрическому приемнику с последующим сканированием в малой окрестности переданных ему координат. Указанный результат достигается за счет того, что система состоит из радиометрического приемника (радиометра) со сканирующей антенной, совмещенного с оптическим приемником. Приемники наблюдают объекты в заданном секторе обзора. По результатам наблюдения формируются матрицы радиотеплового и оптического изображения объектов.

Description

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн [1], предназначенным для наблюдения за объектами. Система состоит из радиометрического приемника (радиометра) со сканирующей антенной, совмещенного с оптическим приемником. Приемники наблюдают объекты в заданном секторе обзора: радиометрический приемник в угловых координатах угла места и азимута, оптический приемник - в прямоугольных координатах кадра видео изображения. По результатам наблюдения формируются две матрицы: матрица радиотеплового изображения (РИ) сектора обзора и матрица оптического изображения (ОИ), или кадр видео изображения, этого же сектора обзора. Формирование РИ занимает десятки минут из-за медленного сканирования антенны в растровом (построчном) режиме с задержкой, необходимой для накопления сигнала [2]. Формирование ОИ занимает доли секунды.
Требуется увеличить скорость сканирования радиометрического приемника при формировании РИ объектов.
Известен способ формирования матрицы РИ с повышенным шагом сканирования по углу места [3], который заключается в построчном сканировании антенны радиометра по азимуту и углу места с шагом по углу места большим, чем шаг дискретизации искомого изображения, с последующей обработкой матрицы наблюдений в частотной области, отличающийся тем, что между соседними строками разреженной матрицы наблюдений располагают новые строки по числу недостающих элементов дискретизации угла места, а элементы этих строк получают линейной интерполяцией соответствующих элементов соседних строк исходной матрицы, затем полученную расширенную матрицу подвергают операциям восстановления изображения и получают матрицу восстановленного изображения объектов.
Это дает эффект повышения быстродействия в h раз, где h - шаг сканирования по углу места в количестве строк формируемой матрицы РИ. При обычном сканировании h=1 и строки не пропускаются. При h=2 формируется матрица РИ с пропуском через одну строку, при h=3 - в две строки.
Недостаток данного способа заключается в том, что даже при h=10 время сканирования сектора обзора занимает минуты, что недопустимо при наблюдении динамических сцен.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этого недостатка, а именно на уменьшение времени сканирования в десятки раз по сравнению с прототипом при формировании радиотеплового изображения объектов с шагом сканирования h=1 без прореживания, а также без операций интерполяции и восстановления изображений.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа формирования радиотеплового изображения объектов, который заключается в построчном сканировании радиометрическим приемником сектора обзора и формировании по результатам сканирования радиотеплового изображения объектов, отличающийся тем, что совмещают с радиометрическим приемником оптический приемник и формируют видео кадр оптического изображения сектора обзора, затем определяют прямоугольные координаты центров объектов в кадре видео изображения, пересчитывают прямоугольные координаты в угловые координаты азимута и угла места и передают угловые координаты радиометрическому приемнику, после чего радиометрический приемник сканирует в малой окрестности переданных ему угловых координат и по результатам сканирования формирует радиотепловые изображения объектов.
Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.
1. Радиометрический приемник совмещается с оптическим приемником. В оптическом приемнике формируется оптическое изображение сектора обзора (кадр видео изображения).
2. Определяются прямоугольные координаты xk, yk,
Figure 00000001
центров n объектов, наблюдаемых в видео кадре. В прямоугольной системе координат, совмещенной с видео кадром, оси ох и oz расположены в горизонтальной плоскости, ось оу - в вертикальной, ось oz направлена в сторону объектов.
3. Координаты xk, yk пересчитываются в угловые координаты θk, ϕk угла места и азимута в системе координат, построенной относительно центра оптической линзы - точки О. Пересчет осуществляется по формулам:
Figure 00000002
или в пределах линейной характеристики функции arctg:
Figure 00000003
где f - фокусное расстояние оптической линзы; азимут ϕ отсчитывается в горизонтальной плоскости от оси OZ, угол места - в вертикальной плоскости в направлении от горизонтальной плоскости, ось OZ направлена в сторону объектов.
4. Линия визирования антенны радиометрического приемника (биссектрисса диаграммы направленности) последовательно выводится в направления, заданные угловыми координатами θk, ϕk,
Figure 00000004
После чего осуществляется сканирование в малой окрестности переданных угловых координат θk, ϕk,
Figure 00000005
5. По результатам сканирования формируются радиотепловые изображения объектов в координатах θ, ϕ радиометрического приемника.
Расчетная часть
В системе координат радиометрического приемника орт
Figure 00000006
вектора направления на k-й объект определяется как
Figure 00000007
где
Figure 00000008
- прямоугольные координаты орта в антенной системе координат, выраженные через угловые координаты.
В системе координат оптического приемника орт
Figure 00000006
вектора направления на k-й объект определяется как
Figure 00000009
Приравняем координаты ортов выражений (3) и (4):
Figure 00000010
Делением левых и правых частей (5) и взятием обратных тригонометрических функций получаем:
Figure 00000011
Второе равенство в (6) преобразуем к равносильному выражению с учетом
Figure 00000012
Окончательно имеем выражения (1) и (2).
Расчет предельных абсолютных погрешностей Δθ и Δϕ определения угловых координат в оптическом приемнике дает следующие формулы:
Figure 00000013
где Δxy - абсолютная ошибка определения координат хк и ук в ОИ, которая равна линейному размеру пикселя матрицы видео кадра (пространственному разрешению кадра).
Пример. При xk=yk=0,1 м, Δxy=0,001 м,
Figure 00000014
абсолютные ошибки определения угловых координат составляют Δθ~Δϕ~0,001 рад (0,057°), что на дальности г - 100 м дает линейную ошибку
Figure 00000015
которая уменьшается с увеличением
Figure 00000016
Угловая ошибка в 0,057° при передаче координат от оптического к радиометрическому приемнику оказывается меньше размера 0,3°×0,3° элемента матрицы РИ 100×100 (при обзоре в секторе 30°) в 5 раз. Это означает, что оптический приемник передает идеальные оценки координат для радиометрического приемника.
Далее, для сектора обзора в ϕmax=30° по азимуту при шаге сканирования ϕmax/100=0,3° и времени накопления сигнала 0,1 с формируется строка изображения в 100 элементов за 10 с. Соответственно матрица РИ 100×100 формируется за 17 мин. Для оптической системы видимого и инфракрасного диапазонов длин волн накопление сигнала отсутствует, и ОИ сектора обзора формируется за доли секунды. Поэтому угловые координаты от оптического приемника передаются радиометрическому приемнику также за доли секунды. После чего осуществляется сканирование в малой окрестности переданных координат.
Предложенный способ позволяет существенно сократить время сканирования при формировании РИ объектов. Так, в условиях примера при формировании изображения каждого объекта, наблюдаемого в пределах 3°, время сканирования сокращается до 10 с, то есть уменьшается в 100 раз.
Предложенный способ может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов.
Литература
1. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2008. 320 с.
2. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.
3. Патент RU 2600573. Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений. Опубл. 27.10.2016. Бюл. №30.

Claims (1)

  1. Способ формирования радиотеплового изображения объектов, заключающийся в построчном сканировании радиометрическим приемником сектора обзора и формировании по результатам сканирования радиотеплового изображения объектов, отличающийся тем, что совмещают с радиометрическим приемником оптический приемник и формируют видео кадр оптического изображения сектора обзора, затем определяют прямоугольные координаты центров объектов в кадре видео изображения, пересчитывают прямоугольные координаты в угловые координаты азимута и угла места и передают угловые координаты радиометрическому приемнику, после чего радиометрический приемник сканирует в малой окрестности переданных ему угловых координат и по результатам сканирования формирует радиотепловые изображения объектов.
RU2019120701A 2019-07-01 2019-07-01 Способ формирования радиотеплового изображения объектов RU2713731C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120701A RU2713731C1 (ru) 2019-07-01 2019-07-01 Способ формирования радиотеплового изображения объектов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120701A RU2713731C1 (ru) 2019-07-01 2019-07-01 Способ формирования радиотеплового изображения объектов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713731C1 true RU2713731C1 (ru) 2020-02-07

Family

ID=69625086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019120701A RU2713731C1 (ru) 2019-07-01 2019-07-01 Способ формирования радиотеплового изображения объектов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2713731C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08240623A (ja) * 1995-03-07 1996-09-17 Mitsubishi Electric Corp 干渉計型マイクロ波放射計
US6563451B1 (en) * 2002-01-16 2003-05-13 Raytheon Company Radar imaging system and method
JP2006270954A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Agilent Technol Inc 走査パネルおよびそれを用いた方法
FR2909773A1 (fr) * 2006-12-12 2008-06-13 Thales Sa Procede de traitement radar passif multivoies d'un signal d'opportunite en fm.
RU2382382C2 (ru) * 2008-02-04 2010-02-20 Карен Артоваздович Аганбекян Способ формирования радиопортрета объекта одним детектором и устройство для его реализации
RU2600573C1 (ru) * 2015-11-23 2016-10-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Версия" (Ооо "Нтц "Версия") Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений
RU2661491C1 (ru) * 2017-01-23 2018-07-17 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Способ формирования радиотеплового изображения

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08240623A (ja) * 1995-03-07 1996-09-17 Mitsubishi Electric Corp 干渉計型マイクロ波放射計
US6563451B1 (en) * 2002-01-16 2003-05-13 Raytheon Company Radar imaging system and method
JP2006270954A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Agilent Technol Inc 走査パネルおよびそれを用いた方法
FR2909773A1 (fr) * 2006-12-12 2008-06-13 Thales Sa Procede de traitement radar passif multivoies d'un signal d'opportunite en fm.
RU2382382C2 (ru) * 2008-02-04 2010-02-20 Карен Артоваздович Аганбекян Способ формирования радиопортрета объекта одним детектором и устройство для его реализации
RU2600573C1 (ru) * 2015-11-23 2016-10-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Версия" (Ооо "Нтц "Версия") Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений
RU2661491C1 (ru) * 2017-01-23 2018-07-17 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Способ формирования радиотеплового изображения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6484729B2 (ja) 無人航空機の奥行き画像の取得方法、取得装置及び無人航空機
CN108020826B (zh) 多线激光雷达与多路相机混合标定方法
US9864054B2 (en) System and method for 3D SAR imaging using compressive sensing with multi-platform, multi-baseline and multi-PRF data
JP6349937B2 (ja) 変動検出装置、変動検出方法および変動検出用プログラム
US9971031B2 (en) System and method for 3D imaging using compressive sensing with hyperplane multi-baseline data
JP6472370B2 (ja) ３次元（３ｄ）シーン画像を生成するシステム及び方法
JP2016189184A (ja) リアルタイム多次元画像融合
JP2014134442A (ja) 赤外線目標検出装置
WO2022195954A1 (ja) センシングシステム
AU2017285945B2 (en) Three-dimensional imaging method and system
CN108957448B (zh) 一种基于广义全变差正则化的雷达关联成像方法
CN110018474A (zh) 基于地球同步轨道合成孔径雷达层析技术的三维成像方法
CN109581526A (zh) 一种应用于摄像式毫米波人体安检仪的实时跟踪快速成像方法
CN108447100B (zh) 一种机载三线阵ccd相机的偏心矢量和视轴偏心角标定方法
RU2713731C1 (ru) Способ формирования радиотеплового изображения объектов
US20110184292A1 (en) Ultrasound image enhancement in an ultrasound system
El-Ashkar et al. Compressed sensing for SAR image reconstruction
EP4485007A1 (en) Information processing device, information processing method, and program
CN103558160A (zh) 一种提高光谱成像空间分辨率的方法和系统
CN107607946B (zh) 三维均匀采样综合孔径辐射计亮温反演方法
CN110988907A (zh) 基于多普勒补偿的三维相干激光雷达推扫成像方法
JP2021018123A (ja) 信号処理装置、信号処理方法
JP2880960B2 (ja) 複合画像装置
Ma et al. Robust detection of single and double persistent scatterers in urban built environments: The Tomo-PSInSAR method
EP3814798A1 (en) Ground based synthetic aperture radar (gbsar) with transmitting and receiving multiple antennas (mimo) and using the processing technique called compressive sensing (cs)