Способ увеличения дальности радиовидения без увеличения уровня излучаемой мощности

Авторы патента:

G01S13/89 - радиолокационные или аналогичные системы, предназначенные для картографрования или отображения

Владельцы патента RU 2636804:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к области радиовидения и может быть использовано при проектировании радиотехнических комплексов обнаружения предметных помех движению транспортных средств, действие которых основано на восстановлении «оптического» изображения объекта по его радиоголограмме. Достигаемый технический результат - увеличение дальности радиовидимости без увеличения уровня излучаемой мощности, а также увеличение дальности радиовидимости объекта на пути следования передвигающегося аппарата при сохранении низкого уровня излучаемой мощности. Сущность способа заключается в уменьшении расстояния между объектом наблюдения и апертурой его облучения и приема, которая установлена на беспилотном автономном аппарате, который, в свою очередь, выдвинут к объекту наблюдения по направлению движения перемещаемого аппарата. При этом в соответствии с основным уравнением радиолокации уменьшается необходимая интегральная мощность зондирующего сигнала, пропорциональная четвертой степени дальности обнаружения объекта. Протяженная область наблюдения за вероятными объектами на пути следования передвигающегося аппарата обеспечена системой беспилотных автономных аппаратов, которая формируется их разнесенным вдоль направления движения взаимным положением и удалением от передвигающегося аппарата, каждый из которых находится на удалении, меньшем дистанции устойчивого радиоканала приема и передачи данных между перемещающимся и беспилотным автономным аппаратами.

Известен способ формирования радиоголограммы (Сафронов Г.С., Сафронова А.П. Введение в радиоголографию. М., «Сов. Радио», 1973, с. 12, с. 213, рис. 3.8), основанный на облучении объекта полностью поляризованной электромагнитной волной W₁, формировании радиоголограммы объекта путем последовательной во времени регистрации дискретного амплитудно-фазового распределения отраженной от объекта электромагнитной волны W₂ по некоторой пространственной области, при этом фаза отраженной электромагнитной волны W₂ измеряется относительно фазы источника возбуждения электромагнитной волны W₁, а для снижения уровня помех на выходе отдельного канала регистрации используется супергетеродинный метод усиления и детектирования слабых сигналов.

К недостаткам способа относится большая интегральную мощность зондирующего сигнала, пропорциональная четвертой степени дальности обнаружения объекта, и малая дальность обнаружения при приемлемой мощности облучающей волны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу формирования радиоголограммы объекта является способ (разработанный в московском авиационном институте (МАИ) kaf407@mai.ru), заключающийся в облучении переднего по направлению движения перемещающегося аппарата сектора пространства, приеме и обработке отраженного от препятствия сигнала. Способ основан на установке облучателя переднего обзора и приемника отраженного сигнала малогабаритной интегрированной всепогодной информационно-измерительной бортовой системы радиовидения на перемещающемся объекте. Система предназначена для обзора переднего сектора местности в условиях ограниченной оптической видимости (тумана, снега, дождя, пыли, высокой задымленности и т.п.), когда контроль пути следования перемещающегося аппарата по данным других оптических, ИК- и прочих датчиков затруднен либо невозможен. Применение способа обеспечивает предупреждение столкновений перемещающегося аппарата с препятствиями в условиях плохой видимости.

Недостатком способа является ограниченная дальность действия, определяемая приемлемой мощностью зондирующего сигнала, которая, например, при необходимой дальности обнаружения, определяемой тормозным путем перемещающегося аппарата 1,5 км, указывает для прототипа величину около 65 Вт непрерывной СВЧ мощности на частоте 39 ГГц, что чрезвычайно много.

Технической задачей, решаемой заявляемым способом, является увеличение дальности радиовидимости без увеличения уровня излучаемой мощности.

Техническим результатом изобретения является увеличение дальности формирования радиоголограммы объекта (радиовидимости объекта) на пути следования передвигающегося аппарата при сохранении низкого уровня излучаемой мощности.

Это достигается тем, что в известном способе формирования радиоголограммы объекта, заключающемся в облучении переднего по направлению движения перемещающегося аппарата сектора пространства, приеме и обработке отраженного от препятствия сигнала, облучение и прием осуществляют по крайней мере с одного беспилотного автономного аппарата с радиоканалом приема и передачи данных между ним и перемещающимся аппаратом, в направлении движения перемещающегося аппарата перед ним на удалении, меньшем дистанции устойчивого радиоканала приема и передачи данных между перемещающимся и беспилотным автономным аппаратами, осуществляют движение беспилотного автономного аппарата, облучают передний по направлению движения перемещающегося аппарата сектор пространства, производят прием отраженного от препятствия сигнала, а данные облучающего, отраженного от препятствия сигнала и обработанные данные передают по радиоканалу на перемещающийся аппарат и принимают решение об обнаружении препятствия.

Сущность предлагаемого способа заключается в уменьшении расстояния между объектом наблюдения и апертурой его облучения и приема, которая установлена на беспилотном автономном аппарате, который, в свою очередь, выдвинут к объекту наблюдения по направлению движения перемещаемого аппарата. При этом, в соответствии с основным уравнением радиолокации, уменьшается необходимая интегральная мощность зондирующего сигнала, пропорциональная четвертой степени дальности обнаружения объекта. Протяженная область наблюдения за вероятными объектами на пути следования передвигающегося аппарата обеспечена системой беспилотных автономных аппаратов, которая формируется их разнесенным вдоль направления движения взаимным положением и удалением от передвигающегося аппарата, каждый из которых находится на удалении, меньшем дистанции устойчивого радиоканала приема и передачи данных между перемещающимся и беспилотным автономным аппаратами.

Радиоголограмма формируется облучением объекта (препятствия), приемом отраженного от него сигнала, сравнением облучающего и отраженного сигналов и формированием радиобраза (радиоголограммы) объекта наблюдения. Радиообраз формируется в перемещающемся аппарате.

Система разнесенных вдоль направления движения передвигающегося аппарата беспилотных автономных аппаратов, которая формируется их взаимным положением и удалением от передвигающегося аппарата, обеспечивает наблюдение за вероятными помеховыми объектами на всем пути следования передвигающегося аппарата в пределах действия установленных на каждом из них бортовых систем радиовидения. Участок пути следования передвигающегося аппарата, обеспеченный действием системы радиовидения беспилотных автономных аппаратов, выбран из условия эффективного действия системы торможения передвигающегося аппарата.

К примеру, применение предложенного способа формирования радиоголограммы объекта на железнодорожном транспорте при тормозном пути 1 км с использованием малогабаритной интегрированной всепогодной информационно-измерительной бортовой системы радиовидения, работающей в пределах от 1 до 250 м, требует создания системы как минимум из четырех беспилотных автономных аппаратов, каждый из которых перекрывает участок пространства от 1 до 250 м. При этом достаточная мощность сигнала облучателя на каждом автономном беспилотном аппарате составит около 100 мВт.

С увеличением мощности сигнала беспилотных автономных аппаратов можно уменьшить их число, а при уменьшении мощности сигналов облучения объекта - число требуемых для формирования радиоголограммы препятствия беспилотных автономных аппаратов возрастает.

Беспилотные автономные аппараты на железнодорожном транспорте можно реализовать на основе, например, системы автономных объектов, движущихся по рельсам с опережением перед локомотивом (например, дрезин), но более эффективным является применение в качестве беспилотных автономных аппаратов - беспилотных мультикоптеров, оснащенных малогабаритными интегрированными всепогодными информационно-измерительными бортовыми системами радиовидения. В последнем случае, ориентируясь на дальность радиообзора в пределах нескольких десятков метров, необходимая интегральная мощность передатчика малогабаритной интегрированной всепогодной информационно-измерительной бортовой системы радиовидения составит около нескольких десятков мВт. Это приемлемо для установки на беспилотных мультикоптерах с ограниченным ресурсом энергоотдачи.

Система беспроводной передачи данных с беспилотных автономных аппаратов на передвигающийся аппарат, который снабжен оборудованием для приема данных с беспилотных автономных аппаратов, обеспечивает на передвигающемся аппарате возможность формирования картины объектов на пути его следования, необходимую для принятия решения о прекращении движения (торможении).

Применение предложенного способа обеспечивает увеличение дальности радиовидимости объекта на пути следования передвигающегося аппарата при сохранении низкого уровня излучаемой мощности.

Способ увеличения дальности радиовидения без увеличения уровня излучаемой мощности, заключающийся в облучении переднего по направлению движения перемещающегося аппарата сектора наблюдаемого пространства, при наличии препятствия на пути следования перемещающегося аппарата приеме и обработке отраженного от препятствия сигнала, отличающийся тем, что облучение и прием осуществляют, по крайней мере, с одного беспилотного автономного аппарата с радиоканалом приема и передачи данных между ним и перемещающимся аппаратом, в направлении движения перемещающегося аппарата перед ним на удалении, меньшем дистанции устойчивого радиоканала приема и передачи данных между перемещающимся и беспилотным автономным аппаратами, осуществляют движение беспилотного автономного аппарата, облучают передний по направлению движения перемещающегося аппарата наблюдаемый сектор пространства, производят прием отраженного от препятствия сигнала, на основе сравнения облучающего и отраженного сигналов формируют радиоголограмму препятствия и по радиоканалу передают сформированную радиоголограмму на перемещающийся аппарат, на котором принимают решение об обнаружении препятствия.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в радиотехнических системах, установленных на подвижных объектах, для получения радиолокационного изображения (РЛИ) в процессе дистанционного зондирования земной (водной) поверхности.

Способ построения панорамного радиолокационного изображения объекта // 2629372

Изобретение относится к области исследования радиолокационных характеристик объекта и может быть использовано при проведении исследований радиолокационной заметности, оценки эффективности мероприятий по ее снижению, а также для получения исходных данных для решения задач идентификации и распознавания объектов.

Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании и инверсном синтезе апертуры с итерационным уточнением расстояния от эквивалентного фазового центра антенны до точки синтезирования // 2628997

Изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано, в частности, в составе радиолокационных измерительных стендов многочастотного импульсного зондирования и инверсного синтеза апертуры антенны, осуществляющих построение двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) исследуемых объектов.

Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией // 2626012

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям РЛС, устанавливаемым на летательных аппаратах, и предназначено для решения задач картографирования земной поверхности.

Способ оптимального восстановления изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования земли // 2624460

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли. Техническим результатом изобретения является повышение разрешающей способности восстанавливаемого радиолокационного изображения наблюдаемого участка земной поверхности.

Способ определения аппаратной функции радиометра // 2622899

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к пассивным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, и может быть использовано для получения радиотеплового изображения различных объектов.

Способ оптимального восстановления изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования земли в телескопическом режиме // 2618088

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли. Достигаемый технический результат изобретения – повышение качества изображения путем повышения разрешающей способности формируемого радиолокационного изображения наблюдаемого участка земной поверхности в телескопическом режиме за счет уменьшения протяженности обобщенной функции неопределенности по пространственным координатам.

Способ формирования изображения земной поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны // 2614041

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к аэрокосмическим бортовым радиолокационным станциям с синтезированием апертуры антенны (РСА), формирующим радиолокационные изображения (РЛИ) земной поверхности с использованием синтезирования антенного раскрыва (САР) в процессе сканирования этой поверхности диаграммой направленности антенны РСА.

Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе // 2612323

Изобретение относится к пассивным двухканальным сканирующим системам наблюдения с двумя приемниками, работающими в оптическом, инфракрасном или миллиметровом диапазонах длин волн.

Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе // 2612193

Изобретение относится к пассивным системам радионаблюдений за объектами с помощью двухканального сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн, и может быть использовано также в оптических системах инфракрасного диапазона.

Устройство для радиолокационного зондирования подстилающей поверхности // 2640291

Изобретение относится к классу геофизических приборов, предназначенных для исследований, не нарушающих структуры грунта, на глубины от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Достигаемый технический результат - расширение диапазона обрабатываемых значений сигналов, поступающих в ответ на подачу зондирующих импульсов, что позволяет без искажений принимать информацию с различных глубин зондирования, практически исключая искажения, связанные с нелинейностью входных характеристик приемных элементов. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит передающую часть и приемную часть. Передающая часть включает в себя последовательно связанные высоковольтный источник питания, формирователь зондирующих импульсов и передающую антенну, а приемная часть - последовательное связанные приемную антенну, средство обработки сигналов, средство представления результатов обработки сигналов. Средство обработки сигналов содержит двухканальный аналого-цифровой преобразователь, выходы которого подключены к входам средства объединения канальных сигналов преобразователя для передачи средству представления результатов обработки. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией в переднем секторе обзора // 2640406

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям, устанавливаемым на летательных аппаратах, и предназначено для решения задач картографирования земной поверхности. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности по азимуту вблизи линии пути носителя бортовой радиолокационной станции (БРЛС). Указанный результат достигается за счет того, что когерентно излучают и накапливают сигнал в процессе сканирования лучом диаграммы направленности антенны вблизи линии пути носителя БРЛС, когда луч диаграммы направленности антенны, плавно перемещаясь, охватывает весь передний сектор, осуществляют сигнальную обработку накопленного сигнала, заключающуюся в определении и компенсации фазового набега, определении крутизны частотной модуляции сигналов, выделении сигналов, накопленных слева и справа от линии пути носителя БРЛС, спектральной обработке сигналов, объединении сигналов, накопленных слева и справа от линии пути носителя, затем повторно сканируют тот же участок земной поверхности с когерентным накоплением отраженного сигнала, осуществляют обработку повторно накопленного сигнала, аналогичную обработке первого сигнала, причем выделение сигналов с положительной и отрицательной крутизнами частотной модуляции осуществляют с компенсацией разности фаз относительно первого накопленного сигнала, после обработки обоих сигналов суммируют поэлементно полученные массивы амплитуд сигналов и формируют радиолокационное изображение из суммарного массива амплитуд. 3 ил.

Способ измерения рельефа поверхности земли // 2643790

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокаторе с синтезируемой апертурой антенны (РСА). Достигаемый технический результат – измерение рельефа поверхности Земли и формирование цифровой модели рельефа с помощью РСА, установленного на борту носителя РСА. Сущность способа измерения рельефа поверхности Земли заключается в последовательном наблюдении за поверхностью при постоянной высоте полета носителя и скорости полета, при этом первый сеанс наблюдения, заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом радиолокационных изображений (РЛИ) при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L, осуществляется на дальности до поверхности R1, угле места θ1 и угле азимута α1, отличном от строго бокового, т.е. меньше 90°. После естественного перемещения носителя радиолокатором с синтезируемой апертурой (РСА) на расстояние базы интерферометра В осуществляется второй сеанс наблюдения за той же области поверхности на дальности R2, азимуте α2, угле места θ2, также заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом РЛИ при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L. После проведения пары сеансов наблюдения производится стандартная интерферометрическая обработка пары РЛИ с извлечением информации о рельефе подстилающей поверхности. 1 ил.

Способ формирования изображений объектов в радиометре с двумя антеннами // 2646434

Изобретение относится к пассивным радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра с двумя антеннами, принимающими сигналы в двух частотных диапазонах. Достигаемый технический результат – повышение пространственного разрешения изображения в первой матрице, полученной для широкой диаграммы направленности (ДНА), до разрешения второй матрицы, полученной для узкой ДНА, с сохранением температурных характеристик частотного диапазона первой. Указанный результат достигается тем, что в способе формирования изображения используют две антенны, одна из которых имеет широкую диаграмму направленности, а другая антенна - узкую ДНА. Наличие двух антенн необходимо для определения излучающих свойств объектов в разных частотных диапазонах. 4 ил.

Способ селекции движущихся целей // 2646857

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в радиолокационных станциях для детектирования движущихся целей на фоне отражений от земной поверхности. Достигаемый технический результат - уменьшение вероятности обнаружения ложных целей и вероятности пропуска целей. Указанный результат достигается за счет того, что накапливают заданное количество радиолокационных кадров, находят в одних и тех же точках радиолокационных кадров амплитудные спектры функций яркости и вычисляют эффективную ширину, формируют результирующее яркостное изображение, размер которого равен размеру радиолокационных кадров, при этом в точках результирующего изображения устанавливают значение высокой или низкой яркости в зависимости от заданного порогового значения. 3 ил.

Способ моделирования изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования протяженных объектов // 2647702

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат – обеспечение восстановления изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования протяженных объектов за счет моделирования изображений в виде случайных полей на основе стохастических дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка. Способ моделирования изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования протяженных объектов заключается в разработке моделей восстанавливаемого изображения, причем в качестве математической модели восстанавливаемого радиолокационного изображения используют стохастические дифференциальные уравнения в частных производных второго порядка, которые позволяют описать различные по характеру изображения, а также определить связь между типом изображения и вероятностными характеристиками моделей за счет аппроксимации статистической корреляционной функции реальных изображений определенного типа подходящим аналитическим выражением для корреляционных функций разработанных моделей, причем полученную априорную корреляционную функцию модели используют в качестве параметра регуляризации при решении задачи оптимального восстановления изображений. 13 ил., 1 табл.

Способ поиска и обнаружения объекта // 2648234

Изобретение относится к способам поиска и обнаружения объекта на местности по монохромному цифровому (с градациями яркости в каждом пикселе) изображению этой местности, например по радиолокационному изображению, формируемому в радиолокаторах с синтезированной антенной за счет многократного излучения на интервале синтезирования зондирующего сигнала и формирования при движении летательного аппарата виртуальной синтезированной антенной решетки. Достигаемый технический результат - увеличение эффективности обнаружения объекта при существенном уменьшении объема вычислений. Указанный технический результат достигается за счет того, что всю зону поиска разбивают на неперекрывающиеся квадраты поиска размером Nп×Nп пикселей, в каждом квадрате поиска вычисляют выборочные среднее значение и среднеквадратическое отклонение распределения яркости изображения, затем вычисляют их отношение q и сравнивают его с порогом qпор и, если отношение меньше порога, то принимают решение об обнаружении в этом квадрате поиска кандидата на искомый объект, и во всех квадратах поиска, в которых принято решение об обнаружении кандидата, проводят его допоиск и уточнение его положения. 6 з.п. ф-лы, 9 табл.

Способ наблюдения за объектами с помощью радиометра с двумя антеннами // 2648270

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным (пассивным) системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн в условиях повышенного шага сканирования антенны радиометра. Достигаемый технический результат - увеличение быстродействия, повышение пространственного разрешения изображения объектов, формируемого радиометром с большим шагом сканирования. Способ заключается в применении двух антенн, одновременно сканирующих по пространству в ортогональных направлениях, получении в результате сканирования двух матриц радиометрического изображения с пропусками строк и столбцов, заполнении недостающих строк и столбцов интерполяцией, обработке матриц восстанавливающим фильтром Винера и объединении результатов обработки в одной матрице с повышенным пространственным разрешением. 1 табл., 2 ил.