Способ формирования радиотеплового изображения объектов



Способ формирования радиотеплового изображения объектов
Способ формирования радиотеплового изображения объектов
Способ формирования радиотеплового изображения объектов
Способ формирования радиотеплового изображения объектов
Способ формирования радиотеплового изображения объектов
Способ формирования радиотеплового изображения объектов
Способ формирования радиотеплового изображения объектов
Способ формирования радиотеплового изображения объектов

Владельцы патента RU 2713731:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" (RU)

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за объектами, и может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов. Достигаемый технический результат – сокращение времени сканирования радиометрического приемника за счет передачи угловых координат центров объектов от оптического приемника радиометрическому приемнику с последующим сканированием в малой окрестности переданных ему координат. Указанный результат достигается за счет того, что система состоит из радиометрического приемника (радиометра) со сканирующей антенной, совмещенного с оптическим приемником. Приемники наблюдают объекты в заданном секторе обзора. По результатам наблюдения формируются матрицы радиотеплового и оптического изображения объектов.

 

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн [1], предназначенным для наблюдения за объектами. Система состоит из радиометрического приемника (радиометра) со сканирующей антенной, совмещенного с оптическим приемником. Приемники наблюдают объекты в заданном секторе обзора: радиометрический приемник в угловых координатах угла места и азимута, оптический приемник - в прямоугольных координатах кадра видео изображения. По результатам наблюдения формируются две матрицы: матрица радиотеплового изображения (РИ) сектора обзора и матрица оптического изображения (ОИ), или кадр видео изображения, этого же сектора обзора. Формирование РИ занимает десятки минут из-за медленного сканирования антенны в растровом (построчном) режиме с задержкой, необходимой для накопления сигнала [2]. Формирование ОИ занимает доли секунды.

Требуется увеличить скорость сканирования радиометрического приемника при формировании РИ объектов.

Известен способ формирования матрицы РИ с повышенным шагом сканирования по углу места [3], который заключается в построчном сканировании антенны радиометра по азимуту и углу места с шагом по углу места большим, чем шаг дискретизации искомого изображения, с последующей обработкой матрицы наблюдений в частотной области, отличающийся тем, что между соседними строками разреженной матрицы наблюдений располагают новые строки по числу недостающих элементов дискретизации угла места, а элементы этих строк получают линейной интерполяцией соответствующих элементов соседних строк исходной матрицы, затем полученную расширенную матрицу подвергают операциям восстановления изображения и получают матрицу восстановленного изображения объектов.

Это дает эффект повышения быстродействия в h раз, где h - шаг сканирования по углу места в количестве строк формируемой матрицы РИ. При обычном сканировании h=1 и строки не пропускаются. При h=2 формируется матрица РИ с пропуском через одну строку, при h=3 - в две строки.

Недостаток данного способа заключается в том, что даже при h=10 время сканирования сектора обзора занимает минуты, что недопустимо при наблюдении динамических сцен.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этого недостатка, а именно на уменьшение времени сканирования в десятки раз по сравнению с прототипом при формировании радиотеплового изображения объектов с шагом сканирования h=1 без прореживания, а также без операций интерполяции и восстановления изображений.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа формирования радиотеплового изображения объектов, который заключается в построчном сканировании радиометрическим приемником сектора обзора и формировании по результатам сканирования радиотеплового изображения объектов, отличающийся тем, что совмещают с радиометрическим приемником оптический приемник и формируют видео кадр оптического изображения сектора обзора, затем определяют прямоугольные координаты центров объектов в кадре видео изображения, пересчитывают прямоугольные координаты в угловые координаты азимута и угла места и передают угловые координаты радиометрическому приемнику, после чего радиометрический приемник сканирует в малой окрестности переданных ему угловых координат и по результатам сканирования формирует радиотепловые изображения объектов.

Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.

1. Радиометрический приемник совмещается с оптическим приемником. В оптическом приемнике формируется оптическое изображение сектора обзора (кадр видео изображения).

2. Определяются прямоугольные координаты xk, yk, центров n объектов, наблюдаемых в видео кадре. В прямоугольной системе координат, совмещенной с видео кадром, оси ох и oz расположены в горизонтальной плоскости, ось оу - в вертикальной, ось oz направлена в сторону объектов.

3. Координаты xk, yk пересчитываются в угловые координаты θk, ϕk угла места и азимута в системе координат, построенной относительно центра оптической линзы - точки О. Пересчет осуществляется по формулам:

или в пределах линейной характеристики функции arctg:

где f - фокусное расстояние оптической линзы; азимут ϕ отсчитывается в горизонтальной плоскости от оси OZ, угол места - в вертикальной плоскости в направлении от горизонтальной плоскости, ось OZ направлена в сторону объектов.

4. Линия визирования антенны радиометрического приемника (биссектрисса диаграммы направленности) последовательно выводится в направления, заданные угловыми координатами θk, ϕk, После чего осуществляется сканирование в малой окрестности переданных угловых координат θk, ϕk,

5. По результатам сканирования формируются радиотепловые изображения объектов в координатах θ, ϕ радиометрического приемника.

Расчетная часть

В системе координат радиометрического приемника орт вектора направления на k-й объект определяется как

где - прямоугольные координаты орта в антенной системе координат, выраженные через угловые координаты.

В системе координат оптического приемника орт вектора направления на k-й объект определяется как

Приравняем координаты ортов выражений (3) и (4):

Делением левых и правых частей (5) и взятием обратных тригонометрических функций получаем:

Второе равенство в (6) преобразуем к равносильному выражению с учетом Окончательно имеем выражения (1) и (2).

Расчет предельных абсолютных погрешностей Δθ и Δϕ определения угловых координат в оптическом приемнике дает следующие формулы:

где Δxy - абсолютная ошибка определения координат хк и ук в ОИ, которая равна линейному размеру пикселя матрицы видео кадра (пространственному разрешению кадра).

Пример. При xk=yk=0,1 м, Δxy=0,001 м, абсолютные ошибки определения угловых координат составляют Δθϕ~0,001 рад (0,057°), что на дальности г - 100 м дает линейную ошибку которая уменьшается с увеличением Угловая ошибка в 0,057° при передаче координат от оптического к радиометрическому приемнику оказывается меньше размера 0,3°×0,3° элемента матрицы РИ 100×100 (при обзоре в секторе 30°) в 5 раз. Это означает, что оптический приемник передает идеальные оценки координат для радиометрического приемника.

Далее, для сектора обзора в ϕmax=30° по азимуту при шаге сканирования ϕmax/100=0,3° и времени накопления сигнала 0,1 с формируется строка изображения в 100 элементов за 10 с. Соответственно матрица РИ 100×100 формируется за 17 мин. Для оптической системы видимого и инфракрасного диапазонов длин волн накопление сигнала отсутствует, и ОИ сектора обзора формируется за доли секунды. Поэтому угловые координаты от оптического приемника передаются радиометрическому приемнику также за доли секунды. После чего осуществляется сканирование в малой окрестности переданных координат.

Предложенный способ позволяет существенно сократить время сканирования при формировании РИ объектов. Так, в условиях примера при формировании изображения каждого объекта, наблюдаемого в пределах 3°, время сканирования сокращается до 10 с, то есть уменьшается в 100 раз.

Предложенный способ может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов.

Литература

1. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2008. 320 с.

2. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.

3. Патент RU 2600573. Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений. Опубл. 27.10.2016. Бюл. №30.

Способ формирования радиотеплового изображения объектов, заключающийся в построчном сканировании радиометрическим приемником сектора обзора и формировании по результатам сканирования радиотеплового изображения объектов, отличающийся тем, что совмещают с радиометрическим приемником оптический приемник и формируют видео кадр оптического изображения сектора обзора, затем определяют прямоугольные координаты центров объектов в кадре видео изображения, пересчитывают прямоугольные координаты в угловые координаты азимута и угла места и передают угловые координаты радиометрическому приемнику, после чего радиометрический приемник сканирует в малой окрестности переданных ему угловых координат и по результатам сканирования формирует радиотепловые изображения объектов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях боеприпасов. Способ обнаружения малоразмерных воздушных целей неконтактным оптическим взрывателем невращающегося боеприпаса заключается в том, что во взрыватель вокруг продольной оси боеприпаса устанавливают несколько оптических приемоизлучающих каналов, каждый из которых содержит импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к теплопеленгаторам (ТП), устанавливаемым на подвижном основании, например на летательном аппарате (ЛА), и предназначенным для обнаружения и определения координат теплоизлучающих объектов.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается дифракционного лидара. Лидар включает в себя лазерный излучатель, блок управления, передающий оптический тракт, приемный оптико-электронный тракт, цифровой вычислитель и потребитель информации.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается дифракционного лидара. Лидар включает в себя лазерный излучатель, блок управления, передающий оптический тракт, приемный оптико-электронный тракт, цифровой вычислитель и потребитель информации.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства освещения для освещения трехмерной компоновки в инфракрасном спектре длин волн.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства освещения для освещения трехмерной компоновки в инфракрасном спектре длин волн.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается системы отклонения луча. Система включает в себя основание, постоянные магниты, отражатель с магнитной подвеской, прикрепленный к постоянным магнитам, и катушки управления, установленные на основании.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается системы отклонения луча. Система включает в себя основание, постоянные магниты, отражатель с магнитной подвеской, прикрепленный к постоянным магнитам, и катушки управления, установленные на основании.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в приборах кругового и секторного обзора, обнаружения, сопровождения и телевизионной регистрации морских и наземных объектов.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Техническим результатом является увеличение дальности действия лазерного дальномера.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для межпозиционного отождествления результатов измерений и определения координат воздушных целей в многопозиционной радиолокационной системе (МПРЛС) в условиях многоцелевой обстановки.

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

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к цифровой обработке радиолокационных сигналов, и предназначено для повышения эффективности классификации и бланкирования дискретных пассивных помех.

Изобретение относится к области радиолокационного зондирования с использованием одиночных сверхширокополосных (СШП) сигналов и может быть использовано при зондировании нескольких близкорасположенных объектов, например групповой воздушной цели в составе нескольких самолетов.

Способ радиолокационного обнаружения траектории цели относится к области радиолокации, конкретно к способам обнаружения движущихся воздушных целей активными наземными или бортовыми радиолокационными станциями (РЛС), и может использоваться в РЛС обнаружения воздушных целей, осуществляющих последовательный регулярный обзор заданной области пространства.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для селекции ложных воздушных целей по поляризационным характеристикам отраженных сигналов. Достигаемый технический результат - повышение вероятности правильной селекции современных ложных воздушных целей типа MALD за счет использования поляризационного признака, неподдающегося имитации современными ложными целями типа MALD.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации и может применяться при поиске различных объектов как искусственного, так и естественного происхождения, располагающихся в подповерхностном пространстве.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях, в которых в качестве антенны используется активная фазированная антенная решетка (АФАР) с цифровым диаграммообразованием.

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для защиты от средств воздушного и космического радиомониторинга. Достигаемый технический результат - обеспечение затруднения определения местоположения (ОМП) земной станции (ЗС).

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от импульсных, в том числе, ответных помех. Достигаемый технический результат - компенсация импульсной помехи, при исключении компенсации сигналов, отраженных от цели.

Изобретение относится к области вторичной цифровой обработки радиолокационных сигналов и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) для формирования при сопровождении воздушной цели (ВЦ) из класса «самолет с турбореактивным двигателем» достоверной идентификации совместного или раздельного воздействия уводящих по дальности и скорости помех или отсутствия их воздействия.

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за объектами, и может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов. Достигаемый технический результат – сокращение времени сканирования радиометрического приемника за счет передачи угловых координат центров объектов от оптического приемника радиометрическому приемнику с последующим сканированием в малой окрестности переданных ему координат. Указанный результат достигается за счет того, что система состоит из радиометрического приемника со сканирующей антенной, совмещенного с оптическим приемником. Приемники наблюдают объекты в заданном секторе обзора. По результатам наблюдения формируются матрицы радиотеплового и оптического изображения объектов.

Наверх