Двухдиапазонный бистатический РСА высокого разрешения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Двухдиапазонный бистатический РСА высокого разрешения

А.В. Борисенков

О.В. Горячкин

Б.Г. Женгуров

В.Н. Долгополов

И.Г. Курков

Д.В. Суханов

Аннотации

В данном докладе описывается бистатический радиолокатор с синтезированной апертурой, работающий одновременно (синхронно) в VHF и Р диапазонах частот. Приводятся результаты экспериментальной отработки данного радиолокатора, цель которой была в получении высокой разрешающей способности, которая обусловлена увеличением полосы частот с 30МГц в P диапазоне и 50МГц в VHF диапазоне до 80МГц в совмещенном режиме. радиолокатор бистатический частота

Ключевые слова: Радиолокатор с синтезированной апертурой (PCA); бистатический режим; VHF и Р диапазоны частот; пространственное разрешение.

TWO BANDS BISTATIC HIGH RESOLUTION SAR

A. V. Borisenkov 1, O. V. Goriachkin1, B. G. Gengurov2, V. N. Dolgopolov1, I. G. Kurkov1, D. V. Sukhanov1

1 Povolzhskiy state university telecommunications and informatics (PGUTI), Samara, Russia

2Rocket Space Center "Progress" (RSC "Progress""), Samara, Russia

Abstract. This paper describes a bistatic radar with a synthesized aperture that works simultaneously (synchronously) in the VHF and P frequency bands. The results of the experimental development of this radar are given, the purpose of which was to obtain a high resolution, which is caused by an increase in the frequency band from 30 MHz in the P band and 50 MHz in the VHF band to 80 MHz in a combined mode.

Keywords: Synthetic aperture radar (SAR); bistatic mode; VHF and P frequency bands; spatial resolution.

Введение

В связи с бурным развитием в последние годы авиационно-космических технологий радиолокационного дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) намечается существенный прогресс в решении ряда актуальных прикладных задач, к которым можно отнести проблемы природно-ресурсного и геологического мониторинга, создания природно-ресурсных кадастров, поиска полезных ископаемых, дистанционного картографирования и мониторинга протяженных объектов естественного и искусственного происхождения.

Эффективным инструментом для решения задач картографирования и мониторинга замаскированных, укрытых листвой, углубленных и подповерхностных объектов являются радиолокационные системы VHF и P диапазонов. В основе эффективности этих систем высокая проникающая способность радиолокационных сигналов, высокая чувствительность к влажности почвы, а также независимость качества информации от времени суток и облачного покрова [1-3].

Широкополосная радиолокация с синтезированной апертурой в диапазонах 20-500МГц в полосе частот >100МГц с борта БПЛА и мобильных носителей отрывает возможности для новых применений данных систем в задачах ДЗЗ и обороны. Наиболее захватывающие из них связаны с возможностью наблюдать малоразмерные подповерхностные или скрытые растительностью объекты.

Современное состояние данных систем характеризуют следующие аналоги: CARABAS FOPEN DEMONSTRATOR - РСА на борту БПЛА, разработанная в корпорации Saab (Швеция); FOPEN Reconnaissance, Surveillance, Tracking and Engagement Radar - радиолокатор предназначенный для разведки целей укрытых листвой; TRACER - РСА в двойной полосе (UHF/VHF); Boeing A160T - радиолокационная система P диапазона, размещенная на борту БПЛА.

В период с 2005 по настоящее время научный коллектив центра радиолокационного дистанционного зондирования Земли ПГУТИ (г. Самара) занимается РТС ДЗЗ, которые развиваются не только в направлении создания глобальных, весьма дорогостоящих космических и/или авиационных систем, но и в направлении создания локальных, при этом относительно дешевых технологий, обеспечивающих приемлемый уровень качества решения различных задач ДЗЗ, базирующихся на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), наземном транспорте или некоторой стационарной наземной инфраструктуре [4,5].

В данном докладе описывается бистатический радиолокатор с синтезированной апертурой, работающий одновременно (синхронно) в VHF и Р-диапазонах частот. Данный радиолокатор разработан в ЦРДЗЗ ПГУТИ в 2013-2017гг. Приводятся результаты экспериментальной отработки данного радиолокатора, цель которой была в получении сверхвысокой разрешающей способности, которая обусловлена увеличением полосы частот с 30МГц в P диапазоне и 50МГц в VHF диапазоне до 80МГц в совмещенном режиме.

Радиопередающая аппаратура БиРЛК представляет собой два импульсных передатчика, обеспечивающих гамму стабильных ЛЧМ (линейная частотная модуляция) и/или ФМП сигналов на несущих частотах 435 МГц и 145 МГц, с полосой частот от 1 до 30 в P диапазоне и 25-50 МГц в VHF диапазоне. Радиопередающая аппаратура установлена на автомобиле и имеет в своем составе автономный первичный и вторичный источники питания.

Бортовые передающие и наземные приемные антенны представляют собой антенны Уда-Яги. Наземная стационарная приемная аппаратура представляет собой два двухканальных малошумящий приемника прямого усиления (до 110 дБ) с цифровой регистрацией 16-разрядных квадратурных компонент на частоте до 200МГц и последующей цифровой обработкой сигналов. Приемные антенны установлены на мачту, высота которой варьируется от 8 до 12м.

Данная конфигурация радиолокационного комплекса позволяет не только получить синхронные радиолокационные изображения местности в P и VHF диапазонах частот, но и получить комбинированные радиолокационные изображения высокого разрешения за счет использования сигнала в полосе 30 и 50 МГц одновременно. Идея этого способа наблюдения иллюстрирует рисунок 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Комбинация частотных диапазонов с целью увеличения разрешения РСА по дальности

Алгоритм формирования РЛИ

В работе рассматриваются особенности реализации алгоритмов формирования радиолокационных изображений в условиях наземного эксперимента. В используемой модификации БиРЛК отношение сигнал-шум в прямом канале достаточно, для выделения зондирующих импульсов передатчика на фоне шумов и отраженных сигналов простой процедурой фиксации превышения порога, что обеспечивает необходимую синхронизацию независимо в каждом диапазоне частот.

Последовательность этапов формирования радиолокационных изображений (РЛИ) в каждом диапазоне можно представить в виде следующих шагов:

1) Синхронное детектирование и полосовая фильтрация записанных АЦП сигналов отраженного и прямого каналов БиРСА;

2) Сжатие сигнала по наклонной дальности путем проведения цифровой согласованной фильтрации зондирующих ЛЧМ или ФМП импульсов в сигналах отраженного и прямого каналов БиРСА в каждом диапазоне;

3) Синхронизация прямого и отраженного каналов, путем формирования файлов индексов отсчетов сжатых зондирующих импульсов;

4) Формирование файлов двумерных радиоголограмм по сигналам отраженного и прямого каналов в VHF и Р-диапазонах частот;

5) Формирование файла суммарной двумерной радиоголограммы при использовании частотного разнесения на величину (в эксперименте 8-25 МГц).

6) Формирование суммарного 2-х частотного РЛИ в соответствии со следующим выражением

 (1)

где: - коэффициент обратного рассеяния (радиолокационное изображение); - сигнал, зарегистрированный в файле суммарной двумерной радиоголограммы (сигнал представляет собой последовательность отраженных и зондирующих импульсов после предварительной согласованной фильтрации на "нулевой" несущей сдвига по частоте и сложения сигналов в 2-х диапазонах частот); - временная задержка сигнала в процессе его переотражения от точечной цели на поверхности Земли с координатами ; - временное смещение, вызванное нестабильностью передатчика, оцениваемое в процессе синхронизации; - весовая функция, соответствующая движению в пространстве диаграммы направленности (ДН) антенны передающей части и стационарной ДН антенны приемной части БиРЛК.

Экспериментальные результаты

В статье приводятся результаты наземного эксперимента по реализации схемы бистатического двухчастотного радиолокационного комплекса.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Геометрия наземного эксперимента.

Рис. 3. Стационарная приемная станция, развернутая в полевых условиях.

Для работы БиРЛК необходимо, чтобы передающая позиция перемещалась в пространстве. В данном случае для организации процесса перемещения использовался автомобиль, двигающийся по мосту (высота моста примерно 20м). На рисунке 2 показана геометрия съемки.

Рис. 4. Передающая позиция, двигающаяся в процессе излучения по автомобильному мосту через реку Сок (см. географию эксперимента на рисунке 5).

На рисунке 5 показано радиолокационное изображение местности (48 км), полученное в процессе эксперимента и совмещенное с оптическим изображением из сервиса Google maps.

Рис. 5. География эксперимента

Рис. 6. Радиолокационное изображение (РЛИ) местности в P диапазоне частот, полоса частот 30МГц, режим излучения ЛЧМ импульсов, шаг пикселей 1.51.5м, время синтеза 40с.

Рис.7. Радиолокационное изображение (РЛИ) местности в VHF диапазоне частот, полоса частот 25МГц, режим излучения ФМС, шаг пикселей 1.51.5м, время синтеза 40с.

Рис. 8. РЛИ, полученное объединением спектров в P и VHF диапазонов, полоса частот 80МГц, шаг пикселей 1.51.5м, время синтеза 40с.

Рис. 9. РЛИ объекта, слева направо РЛИ VHF, P, VHF+P диапазонов, шаг пикселей 1.51.5м.

Рис. 10. РЛИ объекта, слева направо РЛИ VHF, P, VHF+P диапазонов, шаг пикселей 1.51.5м.

На рисунках 6,7 показаны РЛИ местности в P и VHF диапазонах частот соответственно, полученные в процессе наземного эксперимента, шаг пикселей 1.51.5м, время синтеза апертуры 40с. На рисунке 6 использовалась полоса частот 30МГц, что соответствует пространственному разрешению 5м, на рисунке 7 эффективная полоса частот - 25МГц, что соответствует пространственному разрешению 6м по наклонной дальности.

На рисунке 8 показано РЛИ местности в объединенном P+VHF диапазонах частот, что соответствует пространственному разрешению 3м по наклонной дальности.

На рисунках 9,10 показаны совпадающие фрагменты радиолокационных изображений в VHF, P, VHF+P диапазонах частот иллюстрирующие факт улучшения разрешения.

Заключение

По результатам проведенного эксперимента можно сделать вывод, о возможности реализации комплекса бортовой и наземной аппаратуры, программно-алгоритмического обеспечения БиРЛК, обеспечивающего получение радиолокационных изображений в VHF, P диапазонах частот и достижение пространственного разрешения до 2м в режиме P+VHF.

Литература

1. Ramongassie S., Valle P., Orlando G. et al. P-band SAR instrument for BIOMASS// EUSAR. - 2014 - Р.1156 -1159.

2. Горячкин О.В. Пути развития радиолокационных космических систем дистанционного зондирова-ния Земли // Вестник СГАУ. - 2010. - №2. - С.92-104.

3. Горячкин О.В. Центр радиолокационного дистанционного зондирования Земли ПГУТИ // Вестник связи. 2016. № 2. С. 24-26.

4. Borisenkov A.V., Goriachkin O.V., Dmitrenok V.I. et al. Bistatic P-band SAR for spacecraft AIST-2 // Procedia Engineering. - 2015. - Vol. 104. - P.1-162.

5. Горячкин О.В., Женгуров Б.Г., Бакеев В.Б., Барабошин А.Ю., Невский А.В., Скоробогатов Е.Г. Бистатический радиолокатор с синтезированной апертурой P-диапазона для МКА "АИСТ-2" // Электросвязь. 2015. № 8. С. 34-39.

References

1. Ramongassie S., Valle P., Orlando G. et al. P-band SAR instrument for BIOMASS// EUSAR. - 2014 - Р.1156 -1159.

2. Goriachkin O. Puti razvitija radiolokatsionnykh kosmicheskikh sistem distantsionnogo zondirova-niya Zemli // Vestnik SGAU. - 2010. - №2. - S.92-104.

3. Goryachkin O.V. Tsentr radiolokatsionnogo distantsionnogo zondirovaniya Zemli PGUTI // Vestnik svyazi. 2016. № 2. S. 24-26.

4. Borisenkov A.V., Goriachkin O.V., Dmitrenok V.I. et al. Bistatic P-band SAR for spacecraft AIST-2 // Procedia Engineering. - 2015. - Vol. 104. - P.1-162.

5. Goryachkin O.V., Zhengurov B.G., Bakeyev V.B., Baraboshin A.YU., Nevskiy A.V., Skorobogatov Ye.G. Bistaticheskiy radiolokator s sintezirovannoy aperturoy P-diapazona dlya MKA "AIST-2" // Elektrosvyaz'. 2015. № 8. S. 34-39.

Размещено на Allbest.ru