Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Следует отметить исключительно высокие требования к точности датчиков. Создание таких датчиков является сложной технической проблемой, и часто требования к датчикам ИНС не выполняются. В этом случае для высокоточного измерения фазовых искажений траекторного сигнала используется другой подход. Он основан на том, что сам траекторный сигнал или радиолокационное изображение являются носителями информации о фазовых нестабильностях, которые могут быть измерены с помощью специальной обработки сигнала. Кроме того, при таком методе имеется возможность компенсации фазовых флуктуаций, обусловленных не только ТН, а также нестабильностями аппаратуры РСА и среды распространения радиоволн. Обычно процесс извлечения информации о фазовых искажениях из траекторного сигнала или самого РЛИ и компенсации этих искажений используется для повышения детальности (резкости) получаемого изображения.
Потому он часто называется автофокусировкой подобно фокусировке изображения в оптических системах. Целью автофокусировки является обеспечение заданной разрешаюшей способности РСА в условиях реального полета при ограниченной точности микронавигационной системы.
В обшем случае процесс автофокусировки изображения, применительно к системам РСА, включает в себя два этапа: Глава б 1) оценка фазовой ошибки; 2) компенсация фазовой ошибки. Этап /. Источником информации о фазовых искажениях выступает сам траекторный сигнал. Некоторые алгоритмы автофокусировки требуют явного знания набора коэффициентов, определяющих фазовую ошибку. В других алгоритмах коэффициенты присутствуют неявно, в виде некоторой случайной функции. Простые методы автофокусировки определяют только квадратичный коэффициент фазовой ошибки, в то время как более сложные методы позволяют устранить ошибки практически любого порядка.
Этап 2. При компенсации (удалении) искажений траекторного сигнала используют оценку фазовой ошибки, полученную на первом этапе. Второй этап включает в себя: ° расчет опорной функции, компенсирующей траекторные нестабильности; фаза этой опорной функции равна оцененной на предыдущем шаге фазовой ошибке, но взятой с обратным знаком; ° умножение траекторного сигнала на опорную функцию; ° обработку исправленных данных с помощью алгоритма формирования радиолокационного изображения.
Методы автофокусировки можно разбить на две группы. В первой группе методов используются мощные сигналы одиночных точечных отражателей (ориентиров). При большом отношении сигнал/шум и сигнал/фон траекторный сигнал ориентира имеет те же фазовые искажения, что и траекторный сигнал цели, расположенной в районе ориентира. Эти искажения измеряются тем или иным способом и затем компенсируются в траекторном сигнале цели. Достоинством этих методов является возможность компенсации всех видов искажений, в том числе быстроизменяющихся в полосе частот до 10...20 Гц.
Недостаток метода — необходимость наличия ориентиров в районе цели. Вторая группа методов использует траекторный сигнал от всех объектов и фона местности в диаграмме направленности антенны. Главным достоинством этих методов является то, что отсутствие точечных отражателей не вызывает срыва работы алгоритмов автофокусировки, а их наличие только повышает эффективность процесса автофокусировки. Далее рассмотрены четыре практически реализуемых алгоритма автофокусировки: !) алгоритм автофокусировки радиолокационного изображения на основе оценки средней доплеровской частоты; 2) фазоразностный алгоритм автофокусировки; 3) автофокусировка по сигналам точечных отражателей; 4) автофокусировка на основе формирования динамического фазового портрета.
214 Оюонеми обработки сигналов РСА Перечисленные выше четыре алгоритма осуществляют оценку фазовой ошибки и выполняют ее компенсацию для всех целей, присутствующих в зоне обзора, независимо от их координат, т.е. выполняется пространственно-г~нвариантная автофокусировка. Однако в некоторых случаях, например в инверсных РСА, доминирующими являются фазовые ошибки, зависящие от координат объекта. Пространственно-зависимая автофокусировка по своей сути противоречива, так как большинство алгоритмов автофокусировки для повышения точности оценки траекторных нестабильностей используют усреднение по многим отражателям. В простейшем случае для обеспечения пространственно-зависимой фокусировки все радиолокационное изображение делится на участки, в пределах каждого из которых можно считать фазовую ошибку пространственно-инвариантной.
К каждому такому участку можно применять указанные выше алгоритмы автофокусировки. Затем из отдельно сфокусированных участков формируется полное радиолокационное изображение. Примером пространственно-зависимой фокусировки является получение изображения движущегося корабля. Автофокусировка изображения в этом случае возможна, поскольку движения всех отражателей корабля взаимно коррелированы вследствие жесткости конструкции.
Пространственно-зависимые методы также необходимы для корректировки фазовых ошибок, зависящих от высоты объекта, Такие фазовые ошибки возникают при картографировании гористой или холмистой местности, когда объекты расположены не на одной плоскости. Пространственно-зависимая фокусировка необходима также при формировании радиолокационного изображения целей при их изгибе, вибрациях и других движениях объекта как нежесткого тела. Примерами таких целей являются изгиб поезда на криволинейном участке пути, вибрации крыльев самолета в полете или на рулежной дорожке, изгибы и колебания конструкции корабля при волнении моря. Эти ситуации также приводят к расфокусировке изображения и требуют применения дополнительных мер.
Источниками пространственно-зависимых фазовых ошибок являются также ограничения и аппроксимации алгоритмов формирования изображений. Такие ошибки являются детерминированными, однако они не устраняются в процессе обычной обработки траекторных сигналов. В качестве измеряемого параметра РЛИ или траекторного сигнала, обусловленного наличием фазовых нестабильностей, кроме сдвига СДЧ или РЛИ, используют также другие характеристики. Так, для сосредоточенных целей, например «корабль на фоне моря», эффективным критерием компенсации траекторных нестабильностей является контраст РЛИ корабля либо выбранная функция контраста. При этом компенсируются не только траекторные нестабильности носителя, но и движения самой цели. 215 Глава б О Л $ Рис.
6.20. Изменение средней доплеровской частоты Формироааиис РЛИ парной подан аргурой дслсннс сигнала на двс нодапсртурм Усреднение корр. функции по всем каналам дальности Прсдваритслыгая фокусировка сйгната Расчет коррсяяпионной функции Поиск максимума и оцснка ст Формирование Р;!И второй подапсртурой дофокусировка сигнала и формироаапис РЛИ Рис. 621. Структурная схема алгоритма автофокусировки на основе измерения средней доплеровской частоты 216 Алгоритм автофокусировки рпдиолокпционного изображения на основе оценки средней донлеровской чпстотйт.
Квадратичные фазовые искажения траекторного сигнала влияют в основном на расфокусировку РЛИ, что приводит к ухудшению разрешающей способности РСА и проявляется в снижении резкости изображения и понижении контрастности РЛИ (уменьшении максимума изображения точечного объекта и увеличении уровня боковых лепестков). Метод автофокусировки радиолокационного изображения на основе оценки средней доплеровской частоты 1СДЧ) Гсдч использует траекторный сигнал от всех объектов и фона местности в диаграмме направленности антенны. Изменение СДЧ приводит к смещению выходного сигнала изображения, которое оценивается по сдвигу максимума спектра траекторного сигнала (рис.
6.20). Для измерения СДЧ вся синтезированная апертура разбивается на несколько подапертур, на которых допустима линейная аппроксимация движения ФЦА. Использование двух подапертур позволяет оценить квадратичный коэффициент фазовой ошибки, трех подапертур — кубический и т.д. Системы обработки сигналов РСА сгТс сгТ« г Сгб — 2+в з((Б)=з(1 Тс/2)с во(Т)е(' /, — Т,/2(Т<Т,/2 (648) г с,т, с,т, сг! + — -4+ «,(С)=«(С«Т/2)=«(«)е ~, -Т/24«БТ/2. (бес) Коэффициент сгТс/2 в выражениях (6.48) и (6.49) определяет сред- нюю доплеровскую частоту сигнала в первой и второй подапертурах (рис. 6.22).
Согласно свойству преобразования Фурье, если Г(я(1)) = $(о)) есть пара преобразований Фурье, то Г(з(Т)е'"") = 8(о)-е) ) . На осно- вании этого спектРы сигналов ь((1) и зг(т), котоРые ЯвлЯетсЯ РЛИ, можно описать выражениями: Тс!4 Б,(и)= 1 и(«)е«"4«=Б,(иес«т/2), Тс/4 Тс/4 Б,(и)= )',,(«)е "4«=Б (и-с,т/г), -т./4 (6.51) где г Б,(иес«Т/2)с ) (« — Т/4)е И 4«, (6.52) -т,/4 сТ Тс /4 Б (и-с,Т,/2)= )Т «(««Т/4)е 4«4«. (6.53) -Т,/4 217 Структурная схема алгоритма представлена на рис. 6.21. Дпя оценки квадратичной фазовой ошибки апертура длительностью Т, разбивается на две неперекрываюшиеся подапертуры длительностью Т,/2.
Математическая модель траекторного сигнала ф) после фокусировки в одном элементе дальности можно представить в виде произведения неискаженного ошибкой траекторного сигнала зо(1) и экспоненциальной функции фазовой ошибки — (1/(1) з(1)=ъо(() е' Тс/2~Т~Тс/2. (6.47) При наличии только квадратичной фазовой ошибки (1/(т) = сгТг, где сг — коэффициент квадратичной фазовой ошибки. Траекторный сигнал в каждой подапертуре длительностью Т,/2 описывается выражениями: Глааа 6 РЛИ точечного отражателя (подапертура 1) сдч (потапертура 1) Кнадратичпая фазовая оп/ибка иа половине апертуры 1подалсртура 1) 1'„'2 -" — Ь 0 т, а О -Тс/4 Квадратичная фа юаал ошибка по всей апертуре ч(1) е с,те Корреляционная функция РЛИ, формируемых двумя подапертурами ( рл/ -Рп/2 тс/2 (/ -Тс/2 Квадратичная фкшвав ошибка па половине апертуры (подапертура 2) сдч (подапсртура 2) РЛ И точечного отраткатсла (подапсртура 2) "Т /4 О Тс'4 .Р„/2 О Рп/2 1' Рис.
6.22. Алгоритм автофокусировки на основе измерения средней доплеровской частоты (СДЧ) Анализ выражений (6.52) и (6.53) показывает, что ~$1((а)~=~32((а)~. Следовательно, изображения, формируемые двумя подапертурами, представля)от собой смешенные друг относительно друга копии одной и той же функции. Относительный сдвиг между двумя изображениями прямо пропорционален коэффициенту квадратичной фазовой ошибки с2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
