Способ коррекции неконтролируемых фазовых искажений траекторного сигнала радиолокационной станции с синтезированной апертурой

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к обработке сигналов бортовых РЛС с синтезированной апертурой антенны (РСА). Техническим результатом данного изобретения является уменьшение времени восстановления радиолокационного изображения (РЛИ). Способ позволяет уменьшить время восстановления на основе того, что дополнительно определяют неконтролируемые изменения фазы траекторного сигнала РСА, являющейся постоянной для всех дальностей при фиксированном азимуте, а поправочный фазовый коэффициент рассчитывают с учетом этого изменения фазы. Способ коррекции неконтролируемых фазовых искажений траекторного сигнала радиолокационной станции с синтезированной апертурой заключается в том, что формируют и сохраняют двумерный спектр принятого сигнала (РЛИ), ограничивают РЛИ по размерам носителя, вычисляют прямое двумерное преобразование Фурье от РЛИ, определяют поправочный фазовый коэффициент, с учетом которого корректируют фазу сохраненного двумерного спектра принятого сигнала, и получают РЛИ очередного приближения путем вычисления обратного двумерного преобразования Фурье, причем указанные операции выполняют многократно. Поправочный фазовый коэффициент вычисляют по предложенной в заявке формуле. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к обработке сигналов бортовых РЛС с синтезированной апертурой антенны (РСА).

Известны способы восстановления многомерных финитных сигналов, в частности изображений, по неискаженному амплитудному спектру Фурье, которые могут быть использованы в радиолокации для преодоления ограничений точности и разрешающей способности РСА. Ухудшение параметров РСА в большой степени определяется неконтролируемыми фазовыми искажениями принятого сигнала, которые возникают главным образом из-за траекторных нестабильностей носителя станции и изменения ее параметров в процессе работы.

Наиболее близким решением является итерационный способ восстановления фазового спектра изображений, в том числе и радиолокационных (РЛИ), суть которого заключается в вычислении за каждую итерацию поправочного фазового коэффициента и последующей коррекции фазы изображения (Fienup J. R. Phase retrieval algorithms: a compatison. - Appl. Opt., 1982, vol. 21, N 15, p. 2758 - 2769). Одна k-ая итерация заключается в выполнении следующей последовательности операций: где Ф{˙} и Ф^-1{˙} - операторы двумерного преобразования Фурье, прямого и обратного соответственно; Зам{˙} - оператор замены амплитудного спектра на известный (неискаженный) Огр{˙} - оператор пространственного ограничения изображения; изображение очередного приближения; x, y - пространственные координаты РЛИ по азимуту и дальности; ω_x,ω_y - пространственные частоты соответственно по азимуту и дальности в спектре РЛИ. Ограничение изображения при восстановлении производиться по носителю РЛИ, представляющему собой прямоугольную область с размерами l_и · (R₂ - R₁), где l_и - величина неискаженного изображения по азимуту.

Представленный способ обладает такими недостатками, как низкой скоростью сходимости и необходимостью знания достаточно хорошего начального приближения f(x, y).

Хотя этот способ и применим для решения широкого класса задач, в том числе и радиолокационных, но им не используется в полном объеме информации о свойствах РСА, что приводит к существенному увеличению затрат времени для восстановления РЛИ или к низкому качеству восстановления изображения при фиксированном времени восстановления. Низкая скорость сходимости является существенным недостатком, так как при восстановлении РЛИ должны обрабатываться весьма большие массивы чисел, что приводит к увеличению длительности процесса восстановления.

Технической задачей данного изобретения является уменьшение времени восстановления РЛИ.

Поставленная задача решается тем, что в способе-прототипе, заключающимся в формировании и сохранении двумерного спектра принятого сигнала (РЛИ), ограничении РЛИ по размерам носителя, вычислении прямого двумерного преобразования Фурье от РЛИ, определении поправочного фазового коэффициента, с учетом которого корректируют фазу сохраненного двумерного спектра принятого сигнала и получают РЛИ очередного приближения путем вычисления обратного двумерного преобразования Фурье, поправочный фазовый коэффициент формируют с учетом информации об изменении фазы принятого сигнала, постоянной для всех дальностей при фиксированном значении азимута.

Спектр, искаженный неизвестным фазовым множителем, можно представить в виде где неискаженный спектр РЛИ; φ(ω_x) - неизвестная, соответствующая неконтролируемым искажениям, фаза сигнала, одинаковая для всех дальностей при одном и том же значении азимута. Необходимо определить φ(ω_x), тогда фаза в спектре сигнала будет восстановлена. Для решения поставленной задачи можно составить следующую функцию: где искомое значение фазы такое, что спектр очередного приближения после пространственного ограничения. Преобразовав выражение (3) получим:
Необходимо найти такое , при котором минимизируется целевая функция. Для этого решим задачу нахождения экстремума функции C, определив производную (3) по и приравняв ее к нулю:

где

Откуда

Значение целевой функции (4) будет минимально при положительной величине фазового множителя (7) и максимально при отрицательной. Очевидно, что (4) достигнет экстремума только при полной взаимной компенсации фаз, то есть

Как видно, знак в выражении (7) не оказывает влияния на результат коррекции фазовых искажений.

Таким образом, представленный способ коррекции фазы с учетом дополнительной информации о свойстве фазовых искажений может быть записан в виде

где Φ{˙} и Φ^-1{˙} - операторы двумерного преобразования Фурье, прямого и обратного соответственно; H{˙} - оператор, вычисляющий выражения (6) и (7); Зам{˙} - оператор замены спектра:

Огр{˙} - оператор пространственного ограничения изображения; изображение очередного приближения. Ограничение изображения производится по носителю РЛИ.

Способ коррекции фазовых искажений траекторного сигнала (КФИ) реализуется на основе дискретных вычислительных устройств и задает следующую последовательность операций над траекторным сигналом после процесса синтезирования начального приближения РЛИ
Предварительный этап заключается в сохранении значения вычисления прямого двумерного преобразования Фурье сигнала
На первом этапе РЛИ подвергается пространственному ограничению по азимутальной координате x согласно размерам носителя РЛИ, значения которых можно оценить на основе ширины диаграммы направленности реальной антенны.

На втором этапе производится операция определения прямого двумерного преобразования Фурье пространственного-ограниченного сигнала
Третий этап заключается в вычислении, согласно (6) и (7), поправочного коэффициента
На четвертом этапе выполняется операция коррекции искаженного фазового спектра согласно (10).

После вычисления на пятом этапе обратного двумерного преобразования Фурье от спектра получаем изображение очередного приближения
Таким образом, введение поправочного фазового коэффициента с учетом искажений фазы траекторного сигнала РСА одинаковых для всех дальностей при фиксированном азимуте в предложенном способе коррекции фазовых искажений траекторного сигнала (КФИ) позволяет существенно уменьшить время, необходимое для восстановления РЛИ по сравнению со способом-прототипом. Время, затрачиваемое на выполнение одной итерации (9), не значительно превышает аналогичную величину для (1).

Формула изобретения

1. Способ коррекции неконтролируемых фазовых искажений траекторного сигнала радиолокационной станции с синтезированной апертурой (РСА), заключающийся в том, что формируют и сохраняют двумерный спектр принятого сигнала радиолокационного изображения (РЛИ), ограничивают РЛИ по размерам носителя, вычисляют прямое двумерное преобразование Фурье от РЛИ, определяют поправочный фазовый коэффициент, с учетом которого корректируют фазу сохраненного двумерного спектра принятого сигнала и получают РЛИ очередного приближения путем вычисления обратного двумерного преобразования Фурье, причем указанные операции выполняют многократно, отличающийся тем, что дополнительно определяют изменения фазы принятого сигнала РСА, являющейся постоянной для всех дальностей при одном азимуте, а поправочный фазовый коэффициент рассчитывают с учетом этого изменения фазы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поправочный фазовый коэффициент определяют с помощью выражений


где искаженный двумерный спектр РЛИ;
φ^[K](ω_x,ω_y) - фазовый спектр очередного приближения;
φ_Σ(ω_x,ω_y) - сумма фазового спектра неискаженного РЛИ и неизвестной, соответствующей неконтролируемым искажениям фазы принятого сигнала, постоянной для всех дальностей при одном азимуте,
а операцию коррекции искаженной фазы РЛИ выполняют следующим образом:

где двумерный спектр очередного приближения;
ω_x,ω_y - пространственные частоты по азимуту и дальности в спектре РЛИ.