RU2810725C1 - Method for obtaining two-dimensional radar image of object with multi-frequency pulse probing and inverse aperture synthesis taken into account of near location zone - Google Patents
Method for obtaining two-dimensional radar image of object with multi-frequency pulse probing and inverse aperture synthesis taken into account of near location zone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810725C1 RU2810725C1 RU2023119161A RU2023119161A RU2810725C1 RU 2810725 C1 RU2810725 C1 RU 2810725C1 RU 2023119161 A RU2023119161 A RU 2023119161A RU 2023119161 A RU2023119161 A RU 2023119161A RU 2810725 C1 RU2810725 C1 RU 2810725C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- coordinates
- synthesis
- radar
- center
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано, в частности, в радиолокационных компактных измерительных комплексах (стендах) с измерительными установками многочастотного импульсного зондирования, осуществляющих построение двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) исследуемых объектов с помощью инверсного синтеза апертуры антенны.The invention relates to radar measuring equipment and can be used, in particular, in compact radar measuring complexes (stands) with multi-frequency pulse sensing measuring installations that construct two-dimensional radar images (RLI) of the objects under study using inverse synthesis of the antenna aperture.
Методы получения двумерного инверсно синтезируемого РЛИ объекта основаны на цифровой обработке комплексной огибающей отраженного от него сигнала, измеренного в широкой полосе частот зондирующих импульсов радиолокационной системы (РЛС) при различных ракурсах наблюдения вращающегося объекта.Methods for obtaining a two-dimensional inversely synthesized radar image of an object are based on digital processing of the complex envelope of the signal reflected from it, measured in a wide frequency band of probing pulses of a radar system (radar) at different angles of observation of a rotating object.
Известен [Патент RU 2422851 С1 «Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании» МПК: G01S 13/89 (2006.01), 27.06.2011] способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта в большом диапазоне изменения эффективных площадей рассеяния (ЭПР) локальных рассеивающих центров (РЦ) при многочастотном импульсном зондировании, включающий излучение импульсов с изменением несущей частоты ƒ от импульса к импульсу с шагом Δƒ в полосе частот ΔF, измерение частоты ƒ (tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измерение в земной системе отсчета в моменты времени tnm координат центра антенны РЛС и координат выбранного центра синтезирования на объекте, измерение относительно земной системы отсчета угла наблюдения ψ(tnm) связанной с объектом системы отсчета с началом в центре синтезирования, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих S(tnm) отраженных сигналов, корректировку фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от центра антенны РЛС до центра синтезирования, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе, образование двумерной матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот , и преобразование ее с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определение РЛИ объектов в виде совокупности выделенных элементов матрицы. Определение размера половины сектора углов наблюдения Δψ из условия равного разрешения по продольной Δz и поперечной Δx координатам, исходя из соотношения где , ƒ0 - средняя частота в полосе перестройки:Known [Patent RU 2422851 C1 “Method for obtaining a two-dimensional radar image of an object during multi-frequency pulse sensing” IPC: G01S 13/89 (2006.01), 06.27.2011] a method for obtaining a two-dimensional radar image of an object in a wide range of changes in the effective scattering areas (RCS) of local scattering centers (RC) for multi-frequency pulse probing, including the emission of pulses with a change in the carrier frequency ƒ from pulse to pulse with a step Δƒ in the frequency band ΔF, measurement of the frequency ƒ (t nm ) of the probing pulses at times t nm , where n is the tuning step number frequency, m is the number of the repeated tuning cycle, measurement in the terrestrial reference system at times tnm of the coordinates of the center of the radar antenna and the coordinates of the selected synthesis center on the object, measurement relative to the terrestrial reference system of the observation angle ψ(t nm ) of the reference system associated with the object with origin at synthesis center, receiving reflected signals, measuring complex envelopes S(t nm ) of reflected signals, adjusting the phase of the measured complex envelopes of reflected signals to the distance from the center of the radar antenna to the synthesis center, storing the measured complex envelopes of reflected signals during the synthesis time in the angular sector, education two-dimensional matrix of complex envelopes in spatial frequency coordinates , and converting it using a fast two-dimensional Fourier transform into a two-dimensional matrix of synthesized responses, determining the threshold value based on the level of the first side lobes of the most intense response, comparing response values with the threshold to select matrix elements exceeding the threshold, determining radar images of objects in the form of a set of selected matrix elements. Determination of the size of half the sector of observation angles Δψ from the condition of equal resolution along the longitudinal Δz and transverse Δx coordinates, based on the relation Where , ƒ 0 - average frequency in the tuning band:
где запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в секторе углов наблюдения ±Δψ, занесение в элементы с номерами (n1, m1) двумерной матрицы комплексных огибающих значений, полученных для номера n2 шага перестройки частоты и номера m2 повторного цикла перестройки, где c - скорость света, Where storing the measured complex envelopes of reflected signals in the sector of observation angles ±Δψ, entering into elements with numbers (n 1 , m 1 ) of a two-dimensional matrix of complex envelopes the values obtained for number n 2 of the frequency tuning step and number m 2 of the repeated tuning cycle, where c - speed of light,
n1=1,…,N1, m1=1,…,М1,n 1 =1,…,N 1 , m 1 =1,…,M 1 ,
N1=Lz(maxƒz-minƒz), M1=Lx(maxƒx-minƒx),N 1 =L z (maxƒ z -minƒ z ), M 1 =L x (maxƒ x -minƒx),
Lz, Lx - размеры области синтезирования РЛИ по продольной z и поперечной x координатам,L z , L x - dimensions of the radar image synthesis area along the longitudinal z and transverse x coordinates,
Данный способ синтезирования двумерных РЛИ объектов обеспечивает повышение разрешающей способности РЛИ и точности оценок ЭПР РЦ при расширении сектора углов наблюдения объекта пропорционально увеличению полосы перестройки частоты зондирования, что достигается за счет формирования матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот. А именно: в силу билинейной связи значений пространственных частот и декартовых координат РЦ в записи фазы комплексных огибающих, линейный оператор Фурье преобразует отраженный сигнал из области пространственных частот в область декартовых координат без искажений при увеличении полосы перестройки частоты и сектора углов локации.This method of synthesizing two-dimensional radar images of objects provides an increase in the resolution of radar images and the accuracy of estimates of the EPR of the RC when expanding the sector of observation angles of the object in proportion to the increase in the tuning bandwidth of the sounding frequency, which is achieved by forming a matrix of complex envelopes in spatial frequency coordinates. Namely: due to the bilinear connection between the values of spatial frequencies and the Cartesian coordinates of the RC in the recording of the phase of complex envelopes, the linear Fourier operator converts the reflected signal from the region of spatial frequencies to the region of Cartesian coordinates without distortion as the frequency tuning band and the sector of the location angles increase.
Данный способ взят в качестве прототипа.This method is taken as a prototype.
Существенным недостатком описанного способа является то, что измерение комплексных огибающих отраженных сигналов должно выполняться в дальней зоне локации.A significant drawback of the described method is that the measurement of complex envelopes of reflected signals must be performed in a far-field location.
Использование компактных широкополосных измерительных стендов [Методы исследования радиолокационных характеристик объектов. Монография / Под ред. С.В. Ягольникова - М.: Радиотехника, 2012. С. 229] обеспечивает возможность проведения измерений комплексных огибающих отраженных сигналов в ближней зоне локации (зоне дифракции Френеля). Из-за квазисферического фронта волны и энергетического спада измерительного поля в ближней зоне локации получаемые при помощи прототипа двумерные РЛИ искажаются как по геометрической, так и по энергетической метрикам.The use of compact broadband measuring stands [Methods for studying the radar characteristics of objects. Monograph / Ed. S.V. Yagolnikova - M.: Radio engineering, 2012. P. 229] provides the ability to measure complex envelopes of reflected signals in the near location zone (Fresnel diffraction zone). Due to the quasi-spherical wave front and the energy decay of the measuring field in the near-field location, the two-dimensional radar images obtained using the prototype are distorted in both geometric and energy metrics.
Измерительное поле - это область пространства, сформированная совместно диаграммами направленности передающей и приемной антенн РЛС, где размещается объект измерений.The measuring field is a region of space formed jointly by the radiation patterns of the transmitting and receiving radar antennas, where the measurement object is located.
На фигурах показаны результаты синтеза известным способом двумерных РЛИ объекта из девяти РЦ в дальней (фиг. 1) и ближней (фиг. 2) зонах локации. Отличия координат мест расположения и оценок ЭПР РЦ при измерении в ближней зоне достигают 20 см и 3 дБ, соответственно.The figures show the results of synthesis by a known method of two-dimensional radar images of an object from nine RCs in the far (Fig. 1) and near (Fig. 2) location zones. The differences in the coordinates of the locations and estimates of the EPR of the RC when measured in the near zone reach 20 cm and 3 dB, respectively.
Предлагается способ, позволяющий устранить указанный недостаток.A method is proposed to eliminate this drawback.
Способ решает задачу получения двумерного неискаженного по геометрической и энергетической метрикам РЛИ объекта в ближней зоне локации.The method solves the problem of obtaining a two-dimensional radar image of an object in the near-field location, undistorted by geometric and energy metrics.
Для решения указанной задачи предлагается способ получения двумерного РЛИ объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с учетом ближней зоны локации, включающий излучение импульсов несущей частоты ƒ, увеличиваемой от импульса к импульсу с шагом Δƒ в полосе частот ΔF, измерение частоты ƒ (tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, где n - номер шага перестройки частоты, m - номер повторного цикла перестройки, измерение в моменты времени tnm, относительно земной системы отсчета угла наблюдения ψ(tnm), определяемого углом поворота объекта вокруг выбранного центра синтезирования, прием отраженных сигналов, измерение комплексных огибающих S(tnm) отраженных сигналов, определение размера половины сектора углов наблюдения Δψ из условия равного разрешения по продольной Δz и поперечной Δx координатам, запоминание измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе ±Δψ, получение двумерной матрицы комплексных огибающих в координатах пространственных частот и ее преобразование с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов s(x, z), где с - скорость света, x и z - декартовы координаты элементов этой матрицы, определение величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнение величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определение РЛИ объекта в виде совокупности выделенных элементов матрицы.To solve this problem, a method is proposed for obtaining a two-dimensional radar image of an object during multi-frequency pulse sensing and inverse aperture synthesis, taking into account the near-field location zone, including the emission of pulses of a carrier frequency ƒ, increasing from pulse to pulse with a step Δƒ in the frequency band ΔF, measuring the frequency ƒ (t nm ) probing pulses at times t nm , where n is the number of the frequency tuning step, m is the number of the repeated tuning cycle, measurement at times t nm , relative to the earth's reference system for the observation angle ψ(t nm ), determined by the angle of rotation of the object around the selected center synthesis, reception of reflected signals, measurement of complex envelopes S(t nm ) of reflected signals, determination of the size of half the sector of observation angles Δψ from the condition of equal resolution along the longitudinal Δz and transverse Δx coordinates, storing the measured complex envelopes of reflected signals during the synthesis time in the angular sector ± Δψ, obtaining a two-dimensional matrix of complex envelopes in spatial frequency coordinates and its transformation using a fast two-dimensional Fourier transform into a two-dimensional matrix of synthesized responses s(x, z), where c is the speed of light, x and z are the Cartesian coordinates of the elements of this matrix, determining the threshold value based on the level of the first side lobes of the most intense response, comparison response values with a threshold for identifying matrix elements exceeding the threshold, determining the radar image of an object in the form of a set of selected matrix elements.
Согласно изобретению, уточняют координаты элементов двумерной матрицы синтезированных откликов с учетом известного расстояния от центра антенны РЛС до центра синтезирования R0: где и где получают уточненную матрицу , присваивая элементам матрицы синтезированных откликов с координатами значения элементов этой матрицы с координатами (x,z), в центр синтезирования, вместо объекта, устанавливают изотропно рассеивающий зонд, регистрируют значения мощности сигнала, отраженного от зонда и перемещают зонд в плоскости поворота объекта по окружностям с единым центром, совмещенным с центром синтезирования, изменяя радиус окружностей Р с равным шагом ΔP≤Δz=Δx до половины максимального размера объекта, определяют отношения значения мощности сигнала, отраженного от зонда в центре окружностей, к зарегистрированным значениям мощности сигнала при перемещении зонда, получают двумерную матрицу энергетического спада измерительного поля в полярной системе координат А(Р,ψ), элементы которой представляют собой коэффициенты спада измерительного поля по мощности относительно центра синтезирования, определяют декартовы координаты элементов матрицы энергетического спада измерительного поля , , умножают значение величины отклика в каждом элементе уточненной двумерной матрицы синтезированных откликов на находящийся на наиболее близком расстоянии коэффициент спада измерительного поля .According to the invention, the coordinates of the elements of the two-dimensional matrix of synthesized responses are specified taking into account the known distance from the center of the radar antenna to the synthesis center R 0 : Where And Where get a refined matrix , assigning elements of the matrix of synthesized responses with coordinates the values of the elements of this matrix with coordinates (x, z), an isotropically scattering probe is installed in the synthesis center, instead of the object, the values of the signal power reflected from the probe are recorded and the probe is moved in the plane of rotation of the object along circles with a single center aligned with the synthesis center, by changing the radius of the circles P with an equal step ΔP≤Δz=Δx to half the maximum size of the object, determine the ratio of the signal power value reflected from the probe in the center of the circles to the recorded signal power values when moving the probe, obtain a two-dimensional matrix of the energy decay of the measuring field in the polar system coordinates A(P,ψ), the elements of which represent the decay coefficients of the measuring field in power relative to the synthesis center, determine the Cartesian coordinates of the elements of the energy decay matrix of the measuring field , , multiply the value of the response magnitude in each element of the refined two-dimensional matrix of synthesized responses by the decay coefficient of the measuring field located at the closest distance .
Технический результат изобретения, заключающийся в уточнении оценок координат мест расположения и ЭПР РЦ, достигается за счет коррекции геометрических и энергетических искажений на РЛИ, вызванных квазисферическим фронтом волны и энергетическим спадом поля при проведении измерений в ближней зоне локации.The technical result of the invention, which consists in clarifying the estimates of the coordinates of the locations and EPR of the RC, is achieved by correcting geometric and energy distortions in the radar images caused by the quasi-spherical wave front and the energy decay of the field when carrying out measurements in the near-field location.
Из приведенной совокупности существенных признаков предлагаемого способа следует, что общими с прототипом являются операции излучения зондирующих импульсов с увеличением несущей частоты от импульса к импульсу в полосе частот ΔF, измерения частоты ƒ (tnm) зондирующих импульсов в моменты времени tnm, измерения относительно земной системы отсчета угла наблюдения ψ(tnm), определяемого углом поворота объекта вокруг выбранного центра синтезирования, приема отраженных сигналов, измерения комплексных огибающих отраженных сигналов, определения размера половины сектора углов наблюдения Δψ из условия равного разрешения по продольной Δz и поперечной Δx координатам, запоминания измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов в течение времени синтезирования в угловом секторе ±Δψ, получения двумерной матрицы комплексных огибающих и преобразования двумерной матрицы комплексных огибающих с помощью быстрого двумерного преобразования Фурье в двумерную матрицу синтезированных откликов, определения величины порога по уровню первых боковых лепестков наиболее интенсивного отклика, сравнения величин откликов с порогом для выделения превышающих порог элементов матрицы, определения РЛИ в виде совокупности выделенных элементов матрицы и вычисления для них оценок координат и ЭПР.From the above set of essential features of the proposed method, it follows that common to the prototype are the operations of emitting probing pulses with an increase in the carrier frequency from pulse to pulse in the frequency band ΔF, measuring the frequency ƒ (t nm ) of probing pulses at times t nm , measuring relative to the earth system counting the observation angle ψ(t nm ), determined by the angle of rotation of the object around the selected synthesis center, receiving reflected signals, measuring complex envelopes of reflected signals, determining the size of half the sector of observation angles Δψ from the condition of equal resolution along the longitudinal Δz and transverse Δx coordinates, storing the measured complex envelopes of reflected signals during the synthesis time in the angular sector ±Δψ, obtaining a two-dimensional matrix of complex envelopes and converting a two-dimensional matrix of complex envelopes using a fast two-dimensional Fourier transform into a two-dimensional matrix of synthesized responses, determining the threshold value based on the level of the first side lobes of the most intense response, comparing values responses with a threshold for identifying matrix elements exceeding the threshold, determining radar images in the form of a set of selected matrix elements and calculating coordinate and EPR estimates for them.
Операции измерения с течением времени в земной системе отсчета координат центра антенны РЛС и координат выбранного центра синтезирования на объекте, а также корректировки фазы измеренных комплексных огибающих отраженных сигналов к расстоянию от фазового центра антенны РЛС до центра синтезирования исключены как не требующиеся при измерении в ближней зоне локации на компактных широкополосных измерительных стендах, когда расстояние от фазового центра антенны РЛС до центра синтезирования РЛИ известно и не изменяется с течением времени.The operations of measuring over time in the earth's reference frame the coordinates of the center of the radar antenna and the coordinates of the selected synthesis center at the object, as well as adjusting the phase of the measured complex envelopes of reflected signals to the distance from the phase center of the radar antenna to the synthesis center are excluded as not required when measuring in the near-field location on compact broadband measuring stands, when the distance from the phase center of the radar antenna to the center of radar image synthesis is known and does not change over time.
Введены новые операции:New operations have been introduced:
уточнение координат элементов двумерной матрицы синтезированных откликов с учетом известного расстояния от центра антенны РЛС до центра синтезирования;clarification of the coordinates of the elements of the two-dimensional matrix of synthesized responses, taking into account the known distance from the center of the radar antenna to the synthesis center;
получение уточненной матрицы синтезированных откликов ;obtaining a refined matrix of synthesized responses ;
установка в центре синтезирования, вместо объекта, изотропно рассеивающего зонда;installation in the synthesis center, instead of an object, of an isotropically scattering probe;
регистрация значений мощности сигнала, отраженного от зонда, и его перемещение в плоскости поворота объекта по окружностям с единым центром, совмещенным с центром синтезирования и изменением радиуса окружностей Р с равным шагом ΔP≤Δz=Δx до половины максимального размера объекта;recording the power values of the signal reflected from the probe and its movement in the plane of rotation of the object along circles with a single center combined with the synthesis center and changing the radius of the circles P with an equal step ΔP≤Δz=Δx up to half the maximum size of the object;
определение отношения значения мощности сигнала, отраженного от зонда в центре окружностей, к зарегистрированным значениям мощности сигнала при перемещении зонда;determining the ratio of the signal power value reflected from the probe in the center of the circles to the recorded signal power values when the probe moves;
получение двумерной матрицы энергетического спада измерительного поля в полярной системе координат А(Р,ψ);obtaining a two-dimensional matrix of the energy decay of the measuring field in the polar coordinate system A(P,ψ);
определение декартовых координат элементов матрицы энергетического спада измерительного поля;determining the Cartesian coordinates of the elements of the energy decay matrix of the measuring field;
умножение значения величины отклика в каждом элементе уточненной двумерной матрицы синтезированных откликов на находящийся на наиболее близком расстоянии коэффициент спада измерительного поля.multiplying the value of the response magnitude in each element of the refined two-dimensional matrix of synthesized responses by the decay coefficient of the measuring field located at the closest distance.
Новые операции изобретения по сравнению с прототипом позволяют уточнить оценки координат мест расположения и ЭПР РЦ на синтезируемом РЛИ при проведении измерений в ближней зоне локации.New operations of the invention, in comparison with the prototype, make it possible to clarify estimates of the coordinates of the locations and EPR of the RC on the synthesized radar image when carrying out measurements in the near-field location.
Описание предлагаемого способа заключается в следующем.The description of the proposed method is as follows.
В отличие от измерений в дальней зоне локации (прототип), при проведении измерений отраженного объектом сигнала в ближней зоне локации расстояние от фазового центра антенны до точки объекта с координатами (x, z) в связанной с объектом системе координат при повороте объекта на угол ψ (фиг. 3) изменяется в соответствии с выражением:Unlike measurements in the far-field location zone (prototype), when measuring a signal reflected by an object in the near-field location zone, the distance from the phase center of the antenna to the object point with coordinates (x, z) in the coordinate system associated with the object when the object is rotated by an angle ψ ( Fig. 3) changes in accordance with the expression:
где R0 - расстояние от центра антенны РЛС до центра синтезирования.Where R 0 - distance from the center of the radar antenna to the synthesis center.
Известно (Mensa D.L. High Resolution Radar Cross-Section Imaging. Boston-London: Artech House. 1991. - P. 206.), что так как синтез изображения по поперечной координате выполняется за счет изменения угла локации объекта, то измеренный РЛС доплеровский сдвиг частоты (значение поперечной координаты элемента матрицы синтезированных откликов) находится в зависимости от изменения расстояния до точки, соотнесенного к приращению угла:It is known (Mensa D.L. High Resolution Radar Cross-Section Imaging. Boston-London: Artech House. 1991. - P. 206.) that since image synthesis along the transverse coordinate is performed by changing the location angle of the object, the Doppler frequency shift measured by the radar (the value of the transverse coordinate of the element of the matrix of synthesized responses) depends on the change in the distance to the point, related to the angle increment:
Из (1) и (2) получим:From (1) and (2) we get:
Из выражения (3) значение поперечной координаты в дальней зоне локации (R0→∞):From expression (3) the value of the transverse coordinate in the far zone of the location (R 0 →∞):
Из (1), (3) и (4) получим уточненное значение поперечной координаты элемента матрицы синтезированных откликов:From (1), (3) and (4) we obtain a refined value of the transverse coordinate of the element of the matrix of synthesized responses:
где x - измеренный доплеровский сдвиг в ближней зоне локации (значение поперечной координаты элемента матрицы синтезированных откликов).where x is the measured Doppler shift in the near-field location (the value of the transverse coordinate of the synthesized response matrix element).
Используя уточненное положение точки по поперечной координате получим выражение для уточнения координаты по дальности:Using the refined position of the point along the transverse coordinate, we obtain an expression for clarifying the coordinate along the range:
где .Where .
Из геометрических соотношений (фиг. 4), определим дополнительное расстояние h для учета сферичности фронта волны в ближней зоне локации. Величину h найдем из подобия треугольников ЕВС и BCD:From the geometric relationships (Fig. 4), we determine the additional distance h to take into account the sphericity of the wave front in the near location zone. We find the value of h from the similarity of triangles EBC and BCD:
Учитывая, что , , DC=h, определим:Considering that , , DC=h, we define:
Для соответствия измерениям в дальней зоне локации координата дальности каждого элемента матрицы синтезированных откликов должна быть дополнительно уточнена на величину h. Таким образом, из (5) и (6), получим итоговое выражение для определения уточненных координат дальности элементов матрицы синтезированных откликов:To correspond to measurements in the far-field location, the range coordinate of each element of the synthesized response matrix must be additionally refined by the value h. Thus, from (5) and (6), we obtain the final expression for determining the refined coordinates of the range of elements of the matrix of synthesized responses:
Известно (Е.Н. Майзелъс, В.А. Торгованов. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М. Сов. радио, 1972 г. с. 106 и 107), что для оценки неравномерности энергетического распределения поля может быть использован пассивный отражатель-зонд, перемещающийся по окружности радиусом, равным половине максимального размера объекта. Это позволяет оценить влияние неравномерности энергетического распределения поля на результаты измерения, однако, не обеспечивает возможность ее учета для повышения точности измерений в ближней зоне локации.It is known (E.N. Maizels, V.A. Torgovanov. Measuring the scattering characteristics of radar targets. M. Sov. Radio, 1972, pp. 106 and 107) that a passive reflector-probe can be used to assess the unevenness of the energy distribution of the field , moving in a circle with a radius equal to half the maximum size of the object. This makes it possible to evaluate the influence of the unevenness of the energy distribution of the field on the measurement results, however, it does not provide the possibility of taking it into account to increase the accuracy of measurements in the near-field location zone.
Для учета неравномерности энергетического распределения измерительного поля в центр синтезирования, вместо объекта, установим изотропно рассеивающий зонд. Перемещая зонд в плоскости поворота объекта по окружностям с единым центром, совмещенным с центром синтезирования, изменяя радиус окружностей Р с равным шагом ΔP≤Δz=Δx до половины максимального размера объекта выполним измерения мощности отраженного от зонда сигнала (фиг. 5).To take into account the unevenness of the energy distribution of the measuring field, we will install an isotropically scattering probe at the synthesis center, instead of the object. By moving the probe in the plane of rotation of the object along circles with a single center aligned with the synthesis center, changing the radius of the circles P with equal steps ΔP≤Δz=Δx to half the maximum size of the object, we will measure the power of the signal reflected from the probe (Fig. 5).
Определив отношения значения мощности сигнала, отраженного от зонда, в центре окружностей к зарегистрированным значениям мощности сигнала при перемещении зонда , получим двумерную матрицу энергетического спада измерительного поля в полярной системе координат с центром, совпадающим с центром синтезирования РЛИ:Having determined the ratio of the signal power value reflected from the probe at the center of the circles to the recorded signal strength values when moving the probe , we obtain a two-dimensional matrix of the energy decay of the measuring field in the polar coordinate system with the center coinciding with the center of radar image synthesis:
Элементы данной матрицы представляют собой коэффициенты спада измерительного поля по мощности относительно центра синтезирования.The elements of this matrix represent the power decay coefficients of the measuring field relative to the synthesis center.
Определим декартовы координаты элементов матрицы энергетического спада измерительного поля:Let us determine the Cartesian coordinates of the elements of the energy decay matrix of the measuring field:
x'=Psinψ, z'=Pcosψx'=Psinψ, z'=Pcosψ
После чего, умножим значение величины отклика в каждом элементе уточненной двумерной матрицы синтезированных откликов на находящийся на наиболее близком расстоянии коэффициент спада измерительного поля:After that, we multiply the value of the response magnitude in each element of the refined two-dimensional matrix of synthesized responses by the decay coefficient of the measuring field located at the closest distance:
Работоспособность предлагаемого способа проверена методом математического моделирования.The performance of the proposed method was tested using mathematical modeling.
Для этого условия локации заданы следующим образом:For this purpose, the location conditions are set as follows:
- зондирующие сигналы РЛС - импульсы с периодом повторения 20 мкс;- radar probing signals - pulses with a repetition period of 20 μs;
- несущая частота сигнала меняется от импульса к импульсу с шагом 2000/511 МГц в полосе частот от 9000 до 11000 МГц;- the carrier frequency of the signal changes from pulse to pulse with a step of 2000/511 MHz in the frequency band from 9000 to 11000 MHz;
- объект равномерно вращается со скоростью 12%;- the object rotates uniformly at a speed of 12%;
Модель объекта задана совокупностью неподвижных относительно связанной системы отсчета из девяти РЦ, которые расположены в виде квадрата по три РЦ в каждом вертикальном и горизонтальном ряду на расстоянии 1,5 м друг от друга. Уровни ЭПР заданных РЦ выбраны одинаковыми и равными в относительных единицах 40 дБ.The object model is specified by a set of nine RCs that are motionless relative to a related reference system, which are located in the form of a square with three RCs in each vertical and horizontal row at a distance of 1.5 m from each other. The ESR levels of the given RCs are chosen to be identical and equal in relative units of 40 dB.
На фиг. 2 приведено двумерное РЛИ объекта, полученное согласно прототипу в ближней зоне локации на расстоянии 10 м от центра антенны РЛС до центра синтезирования. Погрешности оценок двух координат и ЭПР РЦ, находящихся в углах квадрата (на максимальном удалении от центра вращения), достигают 20 см и 3 дБ соответственно.In fig. Figure 2 shows a two-dimensional radar image of an object, obtained according to the prototype in the near-field location at a distance of 10 m from the center of the radar antenna to the synthesis center. The errors in the estimates of two coordinates and the EPR of the RC located in the corners of the square (at the maximum distance from the center of rotation) reach 20 cm and 3 dB, respectively.
На фиг. 6 приведено двумерное РЛИ объекта, полученное предложенным способом в таких же условиях локации. В результате коррекции геометрических и энергетических искажений на РЛИ погрешности оценок двух координат и ЭПР всех РЦ не превышают 2 см и 0,5 дБ соответственно.In fig. Figure 6 shows a two-dimensional radar image of an object obtained by the proposed method under the same location conditions. As a result of correcting geometric and energy distortions in radar images, the errors in the estimates of two coordinates and the EPR of all RCs do not exceed 2 cm and 0.5 dB, respectively.
Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что технический результат достигнут: устранены недостатки прототипа, обеспечено уточнение оценок координат мест расположения и ЭПР РЦ на РЛИ при проведении измерений в ближней зоне локации.A comparative analysis of the results obtained shows that the technical result has been achieved: the shortcomings of the prototype have been eliminated, the estimates of the coordinates of the locations and the EPR of the radio center on radar images have been clarified when carrying out measurements in the near-field location.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810725C1 true RU2810725C1 (en) | 2023-12-28 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6111535A (en) * | 1997-08-25 | 2000-08-29 | Veridian Erim International, Inc. | Method of minimizing leakage energy in a synthetic aperture radar process |
| RU2411536C1 (en) * | 2009-06-15 | 2011-02-10 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method for two-step reconstruction of radar image |
| RU2422851C1 (en) * | 2010-05-04 | 2011-06-27 | Сергей Владимирович Ковалев | Method for obtaining two-dimensional radar image of object at multiple-frequency pulse sounding |
| CN103605131A (en) * | 2013-12-04 | 2014-02-26 | 西安电子科技大学 | High-resolution DBS imaging method based on multiple united wave positions |
| RU2628997C1 (en) * | 2016-06-14 | 2017-08-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of obtaining two-dimensional radar images of object at multi-frequency pulse sensing and inverse device synthesis with iterative distance reconciliation from equivalent antenna phase center to synthesization point |
| RU2629372C1 (en) * | 2016-10-10 | 2017-08-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of construction of panoramic radar location of object |
| RU2784887C1 (en) * | 2022-10-04 | 2022-11-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for elimination of the negative impact of the uneven frequency response of the antenna system |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6111535A (en) * | 1997-08-25 | 2000-08-29 | Veridian Erim International, Inc. | Method of minimizing leakage energy in a synthetic aperture radar process |
| RU2411536C1 (en) * | 2009-06-15 | 2011-02-10 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method for two-step reconstruction of radar image |
| RU2422851C1 (en) * | 2010-05-04 | 2011-06-27 | Сергей Владимирович Ковалев | Method for obtaining two-dimensional radar image of object at multiple-frequency pulse sounding |
| CN103605131A (en) * | 2013-12-04 | 2014-02-26 | 西安电子科技大学 | High-resolution DBS imaging method based on multiple united wave positions |
| RU2628997C1 (en) * | 2016-06-14 | 2017-08-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of obtaining two-dimensional radar images of object at multi-frequency pulse sensing and inverse device synthesis with iterative distance reconciliation from equivalent antenna phase center to synthesization point |
| RU2629372C1 (en) * | 2016-10-10 | 2017-08-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of construction of panoramic radar location of object |
| RU2784887C1 (en) * | 2022-10-04 | 2022-11-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for elimination of the negative impact of the uneven frequency response of the antenna system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МОРЯКОВ С.И., НЕСТЕРОВ С.М., СКОРОДУМОВ И.А. Фокусировка инверсно-синтезируемых двумерных радиолокационных изображений объектов при измерениях в условиях открытых полигонов // ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, ISSN 1684-1719, N 6, 2016, 16 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8305257B2 (en) | Method and apparatus for coherent marine radar measurements of properties of ocean waves and currents | |
| US7796829B2 (en) | Method and system for forming an image with enhanced contrast and/or reduced noise | |
| US8193967B2 (en) | Method and system for forming very low noise imagery using pixel classification | |
| US8665132B2 (en) | System and method for iterative fourier side lobe reduction | |
| CN109116320A (en) | A method for extracting characteristic parameters of ocean waves based on radar echo signals | |
| CN110865346B (en) | Satellite-borne SAR time parameter calibration method based on direct positioning algorithm | |
| CN108318879B (en) | ISAR Image Lateral Calibration Method Based on IAA Spectral Estimation Technology | |
| CN112034459B (en) | Linear synthetic aperture radar imaging method and system based on antenna pattern compensation | |
| RU2416105C1 (en) | Method of determining motion parametres of aerial objects in surveillance radar by using coherent properties of reflected signals | |
| RU2308050C1 (en) | Method for measurement of effective dispersion area of ground objects by radar with synthesized antenna aperture | |
| CN112068133B (en) | System simulation method for multimode microwave remote sensor scatterometer mode | |
| RU2422851C1 (en) | Method for obtaining two-dimensional radar image of object at multiple-frequency pulse sounding | |
| RU2810725C1 (en) | Method for obtaining two-dimensional radar image of object with multi-frequency pulse probing and inverse aperture synthesis taken into account of near location zone | |
| RU2723706C1 (en) | Method of obtaining a two-dimensional radar image of an object in multi-frequency pulse sounding and inverse synthesis of an aperture with determination of the third coordinate of the elements of the formed image | |
| CN106353777A (en) | Method for analyzing radiation properties of high-resolution SAR (synthetic aperture radar) satellites | |
| CN117518106B (en) | External field measurement calibration error compensation system and compensation method | |
| RU2327190C1 (en) | Method of obtaining three-dimensional radar image of rotating, pitching and banking object, with multi-frequency pulsed probing | |
| CN110850408A (en) | Shallow buried target three-dimensional imaging method for polar coordinate data acquisition mode | |
| Wright et al. | Computer simulation of ionospheric radio drift measurements, and their analysis by correlation methods | |
| CN113359196B (en) | Multi-target vital sign detection method based on subspace method and DBF | |
| Kraeutner et al. | Multiangle swath bathymetry sidescan quantitative performance analysis | |
| CN116256718A (en) | High-distance resolution imaging method based on miniaturized VHF radar system | |
| CN110618403B (en) | Landing aircraft parameter measuring method based on dual-beam radar | |
| RU2819757C1 (en) | Method of obtaining two-dimensional radar image of object during multifrequency pulsed probing, which enables to recover amplitude and phase of reflected signal | |
| US10845475B2 (en) | Method of measuring azimuth of radar target |