Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Некогерентная составляющая приводит к расширению функции неопределенности СА и повышению уровня боковых лепестков, что в свою очередь снижает детальность и контраст изображения. 9. Когерентность функции отражения во времени обусловлена постоянством параметров отражения и когерентностью поля облучения. В то же время функция отражения по пространству объекта в большинстве случаев носит случайный (некогерентный) характер. Это обусловлено тем, что отражающие свойства объекта зависят случайным образом от большого числа факторов (размеров неоднородностей, материалов объекта, длины волны, поляризации угла падения волны облучения и т.п.).

В результате рассеянное поле по пространству объекта имеет случайные амплитуду и фазу. Изображение объекта также представляет собой шумовую «зернистую» картинку, так называемый «спекл-шум». В отличие от фотографического, радиолокационное изображение состоит из отдельных случайных по амплитуде и фазе точек (элементов разрешения). Например, изображение взлетной полосы в сантиметровом диапазоне волн несмотря на ровный характер поверхности ВПП имеет случайное пространственное распределение интенсивности, т.е.

зернистый, шумовой вид. Для получения «гладкого» полутонового изображе- 70 ния необходимо усреднение нескольких независимых реализаций шумовых изображений, полученных при различных длинах волн, поляризации, углах облучения и т.п. В оптическом диапазоне такое усреднение происходит, например, при фотографировании объекта в солнечном свете, который является некогерентным, состоящим из множества спектральных составляющих со случайными амплитудами, фазами и поляризацией.

У некоторых объектов, имеющих регулярную структуру, например трубопроводов, функция отражения по пространству объекта коррелированна. Такой объект называется пространственно-когерентиыль Я Рассеивание электромагнитной волны объектом возникает вследствие отличия свойств среды распространения от свойств объекта. Отражающие свойства обьекта определяются его геометрическими и электрическими характеристиками (формой, размерами, диэлектрической и магнитной проиицаемостью) и зависят от параметров облучающей волны (длины волны, поляризации, направления облучения). Пространственные характеристики отраженного обьектом поля определяются в основном соотношением длины волны облучения и размеров неоднородностей свойств объекта.

Шероховатые неоднородности формируют диффузное (во все сгороны) отражение, а гладкие- зеркальное. Реальные поверхности объектов естественного и искусственного происхождения создают одновременно и диффузное и зеркальное отражения. У большинства обьектов техники преобладает отражение в виде отдельных зеркальных точек. Рассеянное поле по пространству большинства объектов имеет случайный характер (случайную амплитуду и фазу), и как следствие изображение объектов представляет собой шумовую картинку (спеклшум). Временные характеристики поля отражения объекта имеют когерентную и некогерентную составляннцие. Нарушение когерентности вследствие случайных изменений за время синтезирования свойств объекта и поля облучения снижает детальность и контраст изображения.

4.4. Характеристики функции отражения Высокая детальность (разрешающая способность) изображения при радиовидении позволяет наблюдать отдельные элементы (точки) объекта. В случае, когда размер элемента разрешения значительно больше длины волны, в качестве характеристики отражающих свойств локальных (точечных) элементов объекта используют комплексный коэффициент рассеяния — комплексное число, равное отношению напряженности рассеянного точечным отражателем поля Е„ к напряженности Глава 4 поля облучения Е при заданных поляризации на передачу и прием, длине волны и угле облучения: Е(х,у,я,1) Я(х,у,г,1)= 1пп ~/4кК„ к, "Ео(х,уг1) (4.1) Мощность отраженного поля определяется эффективной плои1адью рассеяния (ЭПР): а= 1пп 4яʄ— Е к„- "Ео (4.2) Комплексный коэффициент рассеяния связан с ЭПР отражателя; Б = ~о ехр(ур), где «» — изменение фазы волны при отражении.

Тогда в качестве функции отражения объекта можно использовать зависимость коэффициента рассеяния от координат точечных отражателей 1-го объекта: 9; (х) = Ях) ехр( ур; (х)~ . (4.3) В случае гладких неоднородностей объект состоит из Ь отдельно расположенных зеркальных точек, и функция отражения представляется суммой дельта-функций: 9;(х)= ~~» 9„6(х-х„у-у„х-х,), Е=1 где 9;, =,/а;, ехр(у~,.Д вЂ” коэффициент рассеяния точечного отражателя.

Расстояние между точками значительно превышает длину волны, а их положение и мощность отраженной волны относительно устойчивы при изменении длины волны, поляризации, угла облучения и на различных интервалах синтезирования. Мощность отражения от неоднородностей типа «случайное поле» характеризуется удельной эффективной плошадью рассеяния ав, т.е. ЭПР на единицу площади объекта. Среднее значение мощности отражения в элементе разрешения оф для пространственно-стационарного поля (ЭПР фона) постоянно и определяется разрешаемой площадкой РСА, т.е. разрешением по дальности и углу: афо — — пвбгЫ . Даже при высоком разрешении число отражателей в элементе разрешения велико. Поэтому функция отражения элемента фона 9Ф рас- Модель РСА пределена по нормальному закону.

В этом случае амплитуда элемента фона ~а~ распределена по закону Рэлея: р( ~а )= ехр— (где а~, — среднее значение ЭПР фона). Фаза сигнала фона щ, распределена равномерно от 0 до 2х, а ЭПР фона а, распределена по экспоненциальному закону. Для стационарного фона такая статистика отраженного поля сохраняется для любого реального разрешения, когда Ьг,бг»Х. Пространственная корреляция функции отражения случайного поля примерно равна длине волны РСА.

Так как размер элемента разрешения гораздо больше длины волны, то функцию отражения для случайного поля неоднородностей можно представить в виде нестационарного (кусочно-стационарного) комплексного некоррелированного шума: 9(х) = /о (х) ехр (ур(х)) п(х), (4.5) где п(х) — пространственный белый шум с единичной дисперсией. В этом случае пространственная корреляционная функция отражения случайного поля Кв(х,, х~) = а0(х,)6(х, — х~), (4.6) где о0(х,) изменяется в соответствии с характеристикой отражения (ЭПР) конкретного случайного поля (объекта). Размер объекта с постоянной о определяет участок стационарности функции отражения. Такими участками могут быть ВПП, дороги, водная поверхность, участки степи, леса, сельскохозяйственных угодий и т.п.

Изменение о по пространству (радиус корреляции) обычно значительно превышает длину волны даже при небольших размерах объектов случайного поля (отдельные деревья, кусты, обрывы рек, резкие неоднородности рельефа). В ряде случаев объект может занимать всего один элемент разрешения (точку на изображении). В отличие от зеркальной точки, положение фазового центра которой относительно стабильно, у элемента разрешения случайного поля фазовый центр изменяет свое положение при изменении длины волны, направления облучения и при различных интервалах синтезирования. Также изменяется и напряженность отраженного поля. Если размер объекта типа случайного поля намного меньше элемента разрешения РСЯ., то его функция отражения будет подобна функции отражения зеркальной точки. 73 Глпва 4 Временные характеристики функции отражения случайного поля зависят от типа объекта и дисперсии скоростей движения его элементов.

Так, для растительности (трава, кустарник, кроны деревьев) СКО скоростей отражателей а„пропорционально скорости ветра. Конкретные значения а,, а„пространственных и временных характеристик отражения в значительной степени зависят от длины волны РЛС. Поэтому далее рассмотрим особенности функции отражения различных объектов для трех характерных диапазонов: сантиметрового, дециметрового (60...90 см) и метрового (единицы метров). Спмтиметровый диапазон. При радиовидении детальность изображения объектов определяется разрешением по дальности и азимуту.

В зависимости от тактической задачи разрешение РСА составляет от десятков сантиметров до единиц метров. Радиолокационное изображение хотя и подобно фотографическому, но имеет ряд особенностей, обусловленных свойствами функции отражения. При длинах волн единицы сантиметров и короче, функция отражения неоднородностей земной поверхности имеет радиус корреляции порядка длины волны, и в разрешаемый элемент на местности попадает множество отражателей. На различных интервалах синтезирования, длинах волн, углах наблюдения и облучения, разной поляризации реализации функции отражения одного и того же участка земной поверхности (случайного поля) независимы.

Распределение случайной амплитуды изображения в элементе разрешения подчинено рэлеевскому закону, а дисперсия определяется удельной ЭПР наблюдаемой местности. Ориентировочные значения удельных ЭПР приведены в табл. 4.1 для горизонтальной (ГГ) и вертикальной (ВВ) поляризации и различных углов падения. С увеличением угла падения о возрастает. Значение удельной ЭПР для конкретной местности может значительно (на 5дБ) отличаться от приведенного в таблице. Это объясняется зависимостью отражения от целого ряда трудно учитываемых факторов (конкретная структура поверхности, влажность, внутренние неоднородности и т.п.).

Характеристики

Список файлов книги