Способ определения местоположения объектов на поверхности земли с использованием радиолокатора с синтезированной апертурой аэрокосмического базирования

 

Использование: радиолокация, в частности радиолокация с активным ответом в радиолокационных станциях космического или воздушного базирования. Сущность изобретения: устройство содержит радиолокатор с синтезированной антенной (РСА) 1, приемно-передающее устройство (ППУ) 2 на объекте, устройство 3 формирования зондирующего сигнала 3, передатчик 4 РСА, антенну 5 РСА, переключатель 6 прием-передача РСА, приемник 7 РСА, устройство 8 обработки сигналов РСА, устройство 9 отображения и определения координат, антенну 10 ППУ, переключатель 11 прием-передача ППУ, приемник 12 ППУ, дешифратор 13, управляемый гетеродин 14, передатчик 15. 3 - 4 - 6 - 7 - 8 - 9, 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 15 - 11, 6 - 5. 1 ил.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к использованию метода радиолокации с активным ответом в РЛС космического или воздушного базирования.

Известен способ применения радиолокационных средств с активным ответом в виде системы радиолокационных маяков для управления воздушным движением ATCRBS, которая включает наземную РЛС и радиолокационные ответчики на самолетах. Использование системы ATCRBS обеспечивает опознавание самолетов с указанием их положения в трехмерном пространстве.

Недостатком данного способа является то, что при его применении на больших расстояниях между РЛС и ответчиком требуется установка на объекте-ответчике передатчика сравнительно большой мощности. Например, передатчик на объекте-ответчике системы ATCRBS при дальности действия около 370 км требует обеспечения выходной мощности 500 Вт. Для космических систем, где рабочие дальности составляют тысячи километров, потребуются мощности излучения в десятки-сотни киловатт или применение сравнительно больших направленных антенн на объекте-ответчике.

Известен способ определения местоположения объектов на поверхности Земли с использованием радиолокатора с синтезированной антенной (РСА) космического или воздушного базирования. Способ основан на излучении передающим устройством РСА зондирующего сигнала в направлении наблюдаемого района на поверхности Земли в течение времени синтезирования Т_с, приеме его отраженной части от земной поверхности и расположенных на ней объектов, когерентной обработке на интервале времени Т_с и отображении в виде радиолокационного изображения (РЛИ), характеризующего местоположение сосредоточенных объектов на поверхности Земли (при условии превышения мощности отраженного от объекта сигнала суммарной мощности шума и фона).

Недостатком указанного способа является то, что при реально достижимом в космических и самолетных РСА разрешении на местности малоразмерные объекты (с линейными размерами в несколько метров) не могут быть идентифицированы с высоким уровнем вероятности распознавания. Экспериментальные исследования в различных диапазонах показывают, что для распознавания на изображении объекта с вероятностью 0,9 необходим такой уровень разрушения на местности, чтобы по линейному размеру распознаваемого объекта укладывалось 12-14 элементов разрешения. Для надежного распознавания объекта с критическими размерами порядка 3 м требуется обеспечить разрешение 0,2-0,24 м, что пока в РСА недостижимо.

Целью изобретения является повышение вероятности распознавания малоразмерных объектов при их наблюдении РСА космического или воздушного базирования.

Это достигается тем, что подвижным объектом, местоположение которого необходимо контролировать, осуществлять прием зондирующего сигнала РСА в течение времени t₁ < T_c, его дешифрирование для принятия решения с соответствии зондирующего сигнала именно этому объекту (шифр о запрашиваемом объекте задается в зондирующем сигнале путем его модуляции, например фазовой внутриимпульсной, импульсно-кодовой, частотной и т.д.), запоминание с точностью до фазы, усиление и излучение в течение времени t_z ≃Т_с, прием его РСА, когерентной отработке и отображение в виде координатной отметки от объекта.

Отличительным признаком такого способа по сравнению с прототипом является то, что в РСА осуществляется шифрирование сигнала и излучение его в направлении объекта в течение времени t₁ < T_c, прием его на объекте, дешифрирование, запоминание с точностью до фазы и излучение в течение времени t_z ≃T_c.

Эффект от использования предложенного способа заключается в том, что вероятность распознавания малоразмерных объектов, которая при использовании способа-прототипа в современных РСА является фактически нулевой, становится при обеспечении соответствующих энергетических соотношений равной 1, так как на РЛИ будет присутствовать отметка только от того объекта, по которому проводится запрос путем применения соответствующего кода зондирующего сигнала, чем исключается ошибочное решение.

Точность определения координат подвижного объекта при использовании предложенного способа определяется в основном точностью навигационного измерения параметров движения носителя РСА и наведения антенны РСА, а при использовании опорных маяков (приемопередатчиков, которые располагаются в точках с известными координатами) - РЛИ.

Основные характеристики приемопередатчика, установленного на объекте, определяются из следующих требований: обеспечение устойчивого приема зондирующего сигнала, мощность которого на входе приемного устройства приемопередатчика рассчитывается в соответствии с выражением P_пр= , где Р_и - импульсная мощность передатчика РСА; А_2эф - эффективная площадь антенны приемопередатчика; G₁ - коэффициент усиления антенны РСА; R - дальность наблюдения; обеспечение мощности излучения передающего устройства Ротв приемопередатчика, необходимого для получения отметки от объекта на РЛИ с заданным отношением сигнал/шум: P_отв= , где q - требуемое отношение сигнал/шум на выходе устройства обработки РСА; k - постоянная Больцмана; Т_э - эффективная температура приемника РСА;
Ш - коэффициент шума приемника РСА;
Δf - полоса пропускания приемника РСА;
L - суммарные энергетические потери;
N - количество когерентно суммируемых импульсов в устройстве обработки РСА;
А_1эф - эффективная площадь антенны РСА;
G_z - коэффициент усиления антенны приемопередатчика.

В качестве зондирующего сигнала, в котором зашифрована информация о номере запрашиваемого объекта, как один из вариантов можно использовать прямоугольный кодофазоманипулированный (КФМ) импульс. Такой импульс представляет собой последовательность примыкающих друг к другу одиночных простых радиоимпульсов с одинаковыми частотами, одинаковой длительности и начальными фазами, изменяющимися от импульса к импульсу по закону кода. В аналитическом виде такой радиоимпульс можно представить выражением
u(t)= где E_о- амплитуда радиоимпульса;
U_д- амплитуда модуляции;
T_д- длительность дискрета;
Ψ_к = 0,π- начальная фаза дискрета;
ω_о- несущая частота;
ϕ_о- начальная фаза радиоимпульса;
T_о- длительность радиоимпульса.

Число дискретов в импульсе h_д = T_о/T_д выбирается в зависимости от количества объектов/ по которым предполагается работа (для каждого объекта устанавливается своя кодофазофая манипуляция).

Возможен также и другой вариант шифровки номера объекта при использовании ограниченной по времени пачки простых радиоимпульсов/ в котором путем бланкирования соответствующих импульсов внутри пачки формируется код номера объектаю
На фиг. 1 показана структурная схема устройства для осуществления предложенного способа.

Оно содержит радиолокатор 1 с синтезированной антенной (РСА), приемо-передающее устройство (ППУ) 2 на объекте, устройство 3 формирования зондирующего сигнала, передатчику 4 РСА, антенну 5 РСА, переключатель 6 прием-передача РСА, приемник 7 РСА, устройство 8 обработки сигналов РСА, устройство 9 отображения и определения координат, антенну 10 ППУ, переключатель 11 прием-передача ППУ, приемник 12 ППУ, дешифратор 13, управляемый гетеродин 14, передатчик 15 ППУ.

Сформированный в блоке 3 зондирующий сигнал, включающий в себя информацию о номере запрашиваемого объекта, после усиления в передатчике 4 излучается через антенну 5 в пространство, принимается антенной 10 на ППУ, усиливается в приемнике 12 и анализируется в дешифраторе 13. При совпадения кода зондирующего сигнала с номером объекта происходит запоминание принятого сигнала с точностью до фазы в управляемом гетеродине, его усиление и излучение через антенну 10 в пространство. Излученный ППУ сигнал принимается антенной 5, усиливается в приемнике 7, обрабатывается на интервале синтезирования Т_с в блоке 8 и поступает на устройство 9, где осуществляется его отображение и определение координат.

Предложенный способ может быть использован в народном хозяйстве при решении задачи контроля за применением подвижных объектов.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИОЛОКАТОРА С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ, заключающийся в том, что излучают радиолокатором зондирующий радиосигнал, принимают радиолокатором радиосигнал от объекта в течение времени T_с, равном интервалу синтезирования апертуры радиолокатора, обрабатывают принятый радиосигнал на интервале времени T_с методом синтезирования апертуры и отображают на индикаторе радиолокатора в виде характеризующей местоположение объекта, координатной отметки, отличающийся тем, что предварительно осуществляют перед излучением шифрование зондирующего радиосигнала радиолокатора, излучают его в течение времени t < T_с, принимают на объекте излученный радиосигнал с последующим его дешифрированием, запоминанием с точностью до фазы, усилением и излучением в пространство в течение времени T_с радиосигнала соответствующим объектом.

РИСУНКИ

Рисунок 1