WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«Обработка траекторного сигнала РСА в условиях скошенного режима и миграции по дальности В.В. Костров, А.А. Сидоров Муромский ...»

Обработка траекторного сигнала РСА в условиях скошенного режима и

миграции по дальности

В.В. Костров, А.А. Сидоров

Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный

университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» 602264,

Муром, Владимирская обл., ул. Орловская, 23, E-mail: vvk@mit.ru

Приведены результаты исследований различных алгоритмов цифровой обработки

траекторного сигнала при скошенном боковом обзоре в импульсном радиолокаторе с

синтезированием апертуры (РСА). Предложен метод построения модели миграций для формирования опорного сигнала. Особое внимание уделено достижению высокой точности определения местоположения цели за счет использования двумерной обработки и построению процессора цифровой обработки сигналов (ЦОС).

The results of studies of various digital trajectory signal processing algorithms in squinted stripmap pulsed synthetic aperture radar (SAR) are presented. A method of migration model constructing for generating a reference signal is offered. Particular attention is paid to achieve high positioning accuracy targets through the use of two-dimensional processing and the construction of a digital signal processor (DSP).

Введение Для получения радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности Земли из космоса с использованием РСА наиболее часто используется нормальный боковой обзор, при котором космический аппарат (КА) ориентирует максимум диаграммы направленности антенны (ДНА) строго по траверзу [1–4]. Такой режим съемки имеет ряд достоинств, обусловленных центральной симметрией наблюдения объектов съемки и, следовательно, траекторного сигнала до и после прохождения траверза по объекту.



Отсюда выглядит естественным стремление разработчиков КА, РСА и алгоритмического обеспечения максимально использовать возможности нормального бокового обзора. Примером может служить сканирующий режим синтеза апертуры (ScanSAR), в основу которого положен нормальный боковой обзор [3,4]. Основные совершенствования алгоритмов обработки направлены в основном на коррекцию или расширение алгоритмов обработки траекторного сигнала при нормальном боковом обзоре [4,5]. Вместе с тем некоторые виды обзора, например, переднебоковой (заднебоковой) обзор, прожекторный (телескопический) обзор [2,3], а также разновидности секторного обзора [2] требуют в процессе наблюдения разворота максимума ДНА относительно траверза, т.е. возникает случай скошенного обзора.

При скошенном режиме съемки (переднебоковой или заднебоковой – в зависимости от угла между траверзом и направлением максимума ДНА) в спектре траекторного сигнала возникает отличная от нуля регулярная доплеровская составляющая, определяемая скоростью КА, рабочей длиной волны и углом скоса.

Случай обработки траекторного сигнала, получаемого с помощью РСА КА при скошенном режиме, рассматривался в [6,7], где получены приближенные выражения для организации обработки. Однако задача обработки траекторного сигнала в современных РСА усложняется тем, что стремление к получению высокодетальных радиолокационных изображений (РЛИ) требует точного учета всех факторов и параметров съемки. Одним из последствий использования высокого разрешения РСА является миграция траекторного сигнала по каналам дальности [2–5,8]. Отметим также, что эффект миграции сигналов свойственен и системам с нормальным боковым обзором c высоким пространственным разрешением [8].

Таким образом, проблема цифровой обработки траекторного сигнала с миграциями является общей для всех РСА с высоким разрешением. Для решения данной проблемы к настоящему моменту времени предложены различные методы и алгоритмы.





К наиболее известным относятся:

– алгоритм коррекции миграции дальности (RMA);

– алгоритм коррекции «дальность-Доплер»;

– алгоритм ЛЧМ масштабирования;

– алгоритм разделимой двумерной свертки;

– алгоритм неразделимой двумерной свертки.

Чем выше разрешение, достигаемое РСА, тем больше степень необходимости учета всех факторов, влияющих на качество когерентной обработки. Целью доклада является исследование особенностей и эффективности алгоритмов обработки траекторных сигналов РСА с учетом миграции сигнала по дальности, а также оценка степени реализуемости подобных алгоритмов в бортовых вычислительных системах.

–  –  –

На рис. 2. представлены зависимости относительного времени az Ttag Ttag Ttag от угла скоса при различной ширине ДНА. В общем случае даже при малых углах скоса sq зависимости являются нелинейными, а в абсолютном времени перекос во времени может достигать значительных величин, до десятков миллисекунд, что соизмеримо со временем синтеза.

Наличие угла скоса приводит к появлению регулярной доплеровской составляющей в принимаемом траекторном сигнале, равной 2 V p sin sq FDsq, (2) где – рабочая длина волны.

При этом в дополнение к линейному закону изменения частоты траекторного сигнала появляется нелинейный компонент, приводящий к асимметричному поведению.

Нарушение линейности ЛЧМ траекторного сигнала оценим по 3-м значениям частоты Доплера: в центре пачки эхо-сигнала и по краям, соответствующим ширине ДНА, причем за степень отклонения примем разность частот между расчетным значением в центре пачки, полученным с помощью линейной аппроксимацией по двум крайним точкам, и истинным значением в центре пачки. На рис. 3. приведено семейство нормированного смещения частоты, характеризующее отклонение доплеровской частоты от закона ЛЧМ.

Использование скошенного режима вызывает также нарушение симметрии закона миграции траекторного сигнала по каналам дальности. На рис. 4. представлено семейство функций зависимости Rtag Rt R0, где Rt – текущее значение наклонной дальности до объекта, от азимутальной координаты X az. Как и следовало ожидать, при нормальном боковом обзоре ( sq 0 ) закон миграций является симметричным квадратичным [1–3].

В случае скошенного обзора ( sq 0 ) закон миграций остается квадратичным, однако относительно цели ( X az 0 ) он становится несимметричным. Характерной особенностью закона миграций для этого режима становится появление отрицательной миграции, что не позволяет получить оптимальный результат использованием в качестве опорного колебания вырезки из опорного колебания при нормальном боковом обзоре.

–  –  –

2. Разделимая двумерная обработка Для сокращения вычислительных затрат может быть использована разделимая двумерная обработка, заключающаяся в следующем [2]. Проведем дискретизацию азимутальной координаты l X az V pT p, где V p – путевая скорость луча на поверхности Земли, T p – период следования зондирующих импульсов. Такая дискретизация возникает естественным путем за счет непрерывного движения КА и импульсной работы РСА. Далее аппроксимируем непрерывную функцию миграции ступенчатой функцией Rmigr i, l Rmigr X az dR, (5) где dR – разрешающая способность по наклонной дальности,

– целая часть числа.

Максимальное число мигрирующих каналов в рассматриваемом примере достигает 1000, а число отсчетов изменяется от 7 до 200. Представление (5) позволяет использовать свойство ДПФ для сдвинутой последовательности, в соответствии с которым для сдвига сигнала во временной области на i позиций k -ю гармонику надо повернуть по фазе на величину ik 2ik Nazim. Такое преобразование в спектральной области позволяет приближенно компенсировать миграции сигналов по каналам дальности, разделить обработку по азимуту и дальности, а двумерную опорную функцию свести к двум одномерным. При этом естественно, снижается вычислительная сложность цифровой обработки траекторных сигналов.

На рис. 5. представлен отклик от точечной цели, полученный на РЛИ при разделимой двумерной обработке. Горизонтальная ось на рисунке соответствует угломестной (дальностной) координате, вертикальная – азимутальной координате. Из рисунка видно, что в результате сжатия траекторного сигнала на РЛИ остаются заметные артефакты. Наблюдаются протяженные боковые лепестки, как по дальности, так и по азимуту, т.е. отклик от точечной цели дает четырёхлучевую звезду, что является характерным признаком использования ЛЧМ сигнала. Азимутальные боковые лепестки с увеличением расстояния от цели несколько рассеиваются и занимают достаточно большую площадь на РЛИ. Смещение цели внутри элемента разрешения приводит к еще большему расширению области, занимаемой лепестками (рис. 6.). Как следствие, снижается уровень отклика от цели (в рассматриваемом случае наблюдалось снижение на 0,7 дБ).

Рис. 5. Рис. 6. Рис. 7.

3. Оптимальная двумерная обработка Как отмечалось в [2], раздельная двумерная обработка не является корректной.

Более точный учет миграций сигнала по каналам дальности, искажений закона огибающей и изменения доплеровской частоты приводит к тому, что опорная функция не факторизуется, т.е. не разделяется на последовательную обработку по азимутальной и угломестной координатам.

На рис. 7 приведен отклик от точечной цели, полученный на РЛИ при неразделимой двумерной обработке. Как и следовало ожидать, оптимальная обработка дает более качественные результаты: расположение боковых лепестков по азимутальной координате стало компактным, отсутствует их рассеяние по изображению. Уровень отклика по сравнению с предыдущими случаями возрос на 4,1 дБ и 3,4 дБ соответственно.

Заключение В докладе дан анализ особенностей формирования траекторного сигнала в РСА космического базирования и его цифровой обработки при скошенном маршрутном режиме съемки. Учет миграции траекторного сигнала по дальности, несимметричности огибающей импульсов из-за перекоса ДНА и нелинейности закона частотной модуляции по азимутальной координате позволил получить более четкое РЛИ и обеспечил высокую точность определения координат объектов. Вместе с тем неразделимая двумерная обработка имеет ограниченную область фокусировки, вне которой отклик от цели начинает расплываться по азимутальной оси. Для устранения этого недостатка может быть использована секционированная двумерная свертка или коррекция азимутального спектра в процессе формирования РЛИ.

Литература

1. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. – М.: Радиотехника, 2005. – 368 с.

2. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрирование радиолокационных изображений / Под ред. Л.А. Школьного. – М.: Изд. ВВИА им.

проф. Н.Е. Жуковского, 2008. – 531 с.

3. Верба В.С., Неронский Л.Б., Осипов И.Г., Турук В.Э. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / Под ред. В.С.Вербы. – М.: Радиотехника, 2010. – 680 с.

4. Moreira A., Mittermayer J., Scheiber R. Extended Chirp Scaling Algorithm for Air- and Spaceborne SAR Data Processing in Stripmap and ScanSAR Imaging Modes // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 34, No. 5, September 1996. P.1123Raney R.K., Runge H., Bamler R., Cumming I.G., Wong F.H. Precision SAR Processing Using Chirp Scaling // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1994, Vol.32, No.4, P.786-799.

6. Zhai Q., Wang W., Hu J., Zhang J. Azimuth Nonlinear Chirp Scaling Integrated with Range Chirp Scaling Algorithm for Highly Squinted SAR Imaging // Progress in Electromagnetics Research, 2013, Vol. 143, P.165-185.

7. An D.-X., Zhou Z.-M., Huang X.-T., Jin T. A Novel Imaging Approach for High Resolution Squinted Spotlight SAR Based on the Deramping-Based Technique And Azimuth NLCS Principle // Progress in Electromagnetics Research, 2012. Vol. 123. P.485-508.

8. Сидоров А.А., Костров В.В. Исследование характеристик алгоритмов устранения эффекта миграции сигнала в каналах дальности для РСА бокового обзора / Радиопромышленность. – 2012. – Вып. 2. – С.97-104.




Похожие работы:

«ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЕ СУПЕРКРУПНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЮГА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ (УДОКАН-ЧИНЕЙСКИЙ РУДНЫЙ РАЙОН) Гонгальский Б.И.1, Сафонов Ю.Г.1, Криволуцкая Н.А.2 1 – ИГЕМ РАН, Москва, 2 – ГЕОХИ РАН, Москва Сибирский кратон был сформирован в палеопротерозое (2.0-1.8 млрд. лет назад) и входил в состав суперконтинента Колумби...»

«Внимание! Надежность и долговечность изделия обеспечивается не только качеством самого изделия, но и соблюдением режимов и условий эксплуатации, поэтому выполнение требований данн...»

«http://collections.ushmm.org Contact reference@ushmm.org for further information about this collection Вопрос: Добрый день! Пожалуйста, представьтесь. Ответ: Головиченко Светлана Федоровна. Вопрос: Когда Вы родились? Ответ: 19 апреля 1930 года в городе Киев и всю жизнь практич...»

«ЭВОЛЮЦИЯ КОНСТРУКЦИИ КАМЕРЫ ЖРД ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЛЕТОВ В КОСМОС Анатолий Давидович Дарон, ветеран НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко, д.т.н., профессор, конструктор первой паяной камеры с медной стенкой, ведущий конструктор двигателей ракеты Р-7 Виктор Федорович Рахманин, главный специалист НПО Э...»

«ПАСПОРТ БЕЗОПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВА (МАТЕРИАЛА) 1. Идентификация вещества/смеси и сведения о производителе/поставщике Идентификатор продукта Торговое наименование Reinigungspulver KaVo Prophyflex 2 2012 / 3 2018 (Orange, Berry, Cherry, Mint) или обозначение смеси Регистрационный номер Регистрационный номер продуктав наличии...»

«Энергетическая эффективность.. в школах благодаря умной технике для автоматического регулирования 07 I 2008 Эдгар Майер Менеджер по продукции CentraLine c/o Honeywell GmbH Растущие цены на энергию, дефицит бюджетов и ужесточающиеся нормы европейских стандартов по энергетической эффективности прив...»

«Лечебные курорты мира www.all-kurort.ru Москва, ул. Яблочкова д 21 А. 3 этаж 8(495)772-67-36 и 8(495)665-90-02 ВЕНГРИЯ Памятка туристам Географическое положение: Венгрия – государство в Центральной Европе. Граничит на севере со Словакией, на западе с Австрией, на юго-западе со Словенией и Хорватией, на юге с Се...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования ”Полесский государственный университет“ ПРОГРАММА вступительного испытания по дисциплине ”Бухгалтерский учет“ для поступающих на сокращенную форму обучения по специальности ”Бухгалтерский учет, анализ и аудит (по направле...»

«УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ 2016, Т. 158, кн. 5 ISSN 1815-6126 (Print) С. 1338–1358 ISSN 2500-2171 (Online) УДК 811.161.1 О ФУНКЦИОНАЛЬНОМ АНАЛИЗЕ МОРФЕМ, ИЛИ СКОЛЬКО В РУССКОМ ЯЗЫКЕ СУФФИКСОВ -УШКВ.А. Косов...»

«Архимандрит Борис (Масленников) Духовная поэзия В любви найди свое предназначенье Мелитополь -2008По благословению архиепископа Запорожского и Мелитопольского Василия Мужской монастырь Святого Саввы Освященного -1Найти себя в Мистическом Христе...»









 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.