Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Определим АЧХ фильтра для выделения сигнала опорного объекта. При использовании гауссовской весовой функции %(1) и опорной функции, рассчитанной по данным ИНС, модуль спектра сигнала ц,(~) можно аппроксимировать следующей зависимостью: 1 38((' — Г ) ~Р,(Г„)~ = А; ехр — ' бР (6.76) где Ä— частота, соответствующая и-му фильтру БПФ; А; — максимум амплитуды спектра сигнала ~ Р(~„)~ 1-го объекта; и; — номер фильтра, в котором набпю- А11 СлекгР еитввлв,/ „'~ АЧХ фильтра дается сигнал 1-го объекта;: „„,, - „ /г ЬГ;;~ 1-го объекта. но оценить по спектру сиг- ! -г=- - .. --.--,Г нала ~Г(ГД на выходе БПФ г„; 1„ (рис.
6.26). Тогда в случае рнс.6.26. АчХ фильтра н спектры сигналов тостационарного фона в окре- чечного отражателя и фона Глпва б стности объекта оптимальная АЧХ фильтра для выделения изображения опорного объекта определяется известным выражением: Ф(п)= ( ) Кг(п)+ 'ф" А~ 1 (6.77) -1,38(п — и,) К(п) = ехр ы,'/ы' (6.78) где ЬГ; /Ы вЂ” отношение ширины спектра сигнала к ширине элемента разрешения по частоте, которая выражает степень расфокусировки изображения точечного объекта.
Средняя мощность фона Рф,р в элементе разрешения определяется по изображению фона Гф(Г„) в окрестности изображения объекта: 1 1 1Ф макс 1 1Ф (6.79) нф п=п. —— 1 где уф « уф„,„, — число фильтров в пределах ширины спектра сигнала опорного объекта; Хф„, =2Ч,ОоФЫ вЂ” максимальное число фильтров в пределах ширины спектра сигнала от фона местности. Степень расфокусировки изображения точечного объекта определяется отношением (6.80) Для расчетов берется несколько фильтров справа и слева от пь для которых 1г(т'„)~(А; > 0,5, и результаты расчетов по всем фильтрам усредняются.
Требования к ЭПР опорного объекта в случае выделения сигнала путем фильтрации в частотной области уменьшаются в 1чф / 1Ч~чх раз, где 1Чдчх — ширина АЧХ. Так если ширина АЧХ составляет 5 элементов изображения (5 фильтров БПФ), то при 1чф „,„, = 500 требования к ЭПР объекта уменыцаются в 100 раз и, следовательно, нри том же значении о, необходимо а,а> 5 м.
228 где Рф, — средняя мощность фона; К(п) — аппроксимация модуля спектра сигнала объекта (6.76): Системы обрабоеики сигналов РСА Если в зоне обзора в разных элементах дальности присутствует несколько точечных объектов, то требования к ЗПР также уменьшаются. Структурная схема системы обработки сигналов РСА с автофокусировкой изображения по нескольким точечным объектам приведена на рис. 6.27. Рис. 6.27. Структурная схема алгоритма автофокусировки но сигналам точечных целей с фильтрацией в частотной области Выбор канала дальности основан на том, что мощность сигнала в канале дальности с опорным объектом превышает среднюю мощность траекторного сигнала, усредненную по всем каналам дальности.
Для этого в каждом канале дальности вычисляется коэффициент М в Р н ср 1 16.81) 229 1~с где Р = Г~и (1„)~ — мощность сигнала в ш-м канале дальности; 1Ч,— и=! число отсчетов сигнала на траектории; Ик — число каналов дальности.
Для однородной поверхности, при большом отношении фон/шум, большом числе каналов дальности и наличии одного объекта в ш-м канале М =(Ра+Рф) Ъф — — 1+ц, где Р,6 - мощность сигнала опорного объекта. Для автофокусировки следует выбирать каналы дальности со значением М > ! + с)ф„,„, где цф„„определяется в соответствии с выражением (6.74). После выполнения БПФ в каждом выбранном канале дальности (т.е. получения модуля спектра ~Щ)~ и нахождения средней мошности фона Рф,р) определение опорного объекта может осушествляться путем Глава б сравнения квадрата модуля сигнала в каждом фильтре с порогом Ч„,р = Чф доп Рф ср. После определения и; (номера фильтра с максимальной амплитудой), значения А,=1г(п!)~ и отношения й;~/Ы~ осуществляется умножение спектра Р(п!) на амплитудно-частотную характеристику фильтра Ф(п), рассчитанную по выражению (6.77).
Далее выполняется ОБПФ. Расчет опорной функции осуществляется путем усреднения фазы, измеренной для всех объектов. Однако это требует измерения полной фазы каждого опорного объекта 1с учетом перескоков через значение 2п) и устранения начальной фазы сигнала каждого объекта. Этих недостатков лишен способ, когда измеряется приращение фазы за период повторения, которое не превышает 2я: ш1!(1с) = Ч!(1с)- !1!(1с-1) = агс~8 (6.82) Ке~~! ь!(1с)в (1с — 1) где !1!(1с) = !1!(!с — 1)+Л!1!(!с) =,» Л!1!(1с), причем !1!(1) =О.
! На рис. 6,28 представлен пример использования алгоритма автофокусировки на массиве траекторного сигнала с уголковым отражателем. Потенциальное разрешение по азимуту со- 5000 ставляет 1 м. После предварительной фокусировки по данным от навигационзооо ной системы разрешение составило 4 м (штриховая ! ХОО линия). После автофокусировки (сплошная линия) !! было достигнуто разрешение 1,1 м, что близко к опо '! чк '"' ю ~ ~ тимальному. Рис. 6.28. РЛИ точечной цели ло автофокуси- Нескомпенсированная ровки и после фазовая ошибка, рассчи- 230 где з! (1с) — сигнал !-го объекта на выходе ОБПФ в момент времени 1к, ! — число объектов, по которым осуществляется автофокусировка.
В этом случае опорная функция для фокусировки определяется путем суммирования соответствуннцих приращений: !!ф,,,(Е) = ехр(-у1!(!с)), Системы обработки сигналов РСА вт танная в соответствии с данным К"~ ~'". алгоритмом, представлена на гв рис. 6.29. Видно, что фазовая ошибка имеет ярко выраженный квадратичный характер, однако присутствуют и ошибки другого порядка. На рис.
6.30 показано увеличение амплитуды сигнала изображения отражателя после "О 20 40 80 и нескольких последовательных .и ии, И Рис. 6.29. Нескомпенсированная фазовал ошибка сунка видно, что основной эф- л(пф) фект фокусировки РЛИ достига- о: ется на первом шаге. Алгоритм автофокусиров- ьб ки по сигналам точечных отражателей обладает блестящими возможностями для компенсации фазовых ошибок высокого порядка в широком классе наблюдаемых целей. Однако данный алгоритм предъявляет дос- О.6 таточно жесткие требования к «точечности» целей.
Это приво- О ! 2 3 4 5 6 7 8 пв дит к необходимости применения дополнительных алгоритмов Рис. 6.30. Зависимость качества отбора объектов, подходящих ддя авто4юкусировки от числа итераций процедуры автофокусиРовки, что в свою очередь приводит к увеличению вычислительной сложности алгоритма. Несмотря на это алгоритм остается не очень требовательным к вычислительным ресурсам и может быть достаточно просто реализован на современной вычислительной базе. Автофокусировка изображения методом формирования динамического фазового иортрета.
Недостатком алгоритма фокусировки по сигналам точечных отражателей является необходимость выбора не только мощных, но и точечных отражателей. С этой целью используются различные дополнительные процедуры, основанные на вычислении корреляции амплитуды и фазы сигнала вдоль траектории. Кроме того, «неточечность» цели приводит к необходимости итерационных процедур оценки фазы. Однако существует метод автофокусировки, не требующий оценки «точечности» цели, - метод формирования динамического фазового портрета, при котором измеряется квадратичная фазовая ошибка. 231 Глава б Динамический фазовый нортрет — это радиолокационное изображение объекта, получаемое с высоким пространственным разрешением, сигнал каждой точки которого пропорционален разности фаз сигналов в двух разнесенных во времени (а также в пространстве и времени) каналах РСА соответствующего разрешаемого участка.
Сигнал, отраженный от неподвижной точечной цели, может быть представлен в виде: з„(О„,~) = А„б(О„,т)ехр(-фг„(О„,т)-(р „)~, (6.83) где А сро„— случайные амплитуда и фаза сигнала от цели; С(О т) — нормированная функция, характеризующая модуляцию сигнала диаграммой направленности реальной антенны (на передачу и прием); ΄— угловое положение цели относительно центра кадра; Е = 4л/Х; Х вЂ” длина волны РСА; г(О„, т) — расстояние от цели до фазового центра антенны.
Сигнал, принимаемый от полоски дальности на местности, представляет собой сумму сигналов от независимых элементарных отражателей фона со случайной амплитудой, распределенной по закону Рэлея, и фазой, распределенной равномерно на интервале от л до и | (г)= 1е(е)а(е~)е~р(-)е~(егИее, (6.84) где с(О) — комплексная амплитуда сигнала; Π— азимутальная коорди- ната отражателя. В качестве модели функции отражения местности использован пространственный комплексный неоднородный некоррелированный шум. Интервал корреляции траекторного сигнала местности равен половине размера апертуры антенны д,: 8,= Цг.
(6.85) Интервал корреляции траекторного сигнала цели определяется размером цели 4„: 1Ж„ Ц 2 д„ (6.86) Интервал корреляции сигнала, отраженного от местности, много меньше интервала корреляции траекторного сигнала, отраженного от сосредоточенной цели: Ьф «Ь„. При однородной местности в районе цели математические модели квадратурных составляющих сигнала фона можно представить в виде гауссовского белого шума: 232 Глава б имеющие различную длительность: Т,! и Т,2. Амплитуда и фаза сигна- лов цели и фона описываются выражениями: г т„, 2 4-! Тс! 2 1 с2Тс! 2 /у, /= " '', пп~- — С .~ — сас ', п,~= ! п„(й)В. -тав 2 (6.9 1) Синтезируем структуру оптимальной системы оценивания квадратичного члена с2 по сигналам, формируемым первой и второй апертурами.
Сигнал на входе такой двухканальной системы обработки описывается выражением: х=Л+и, (6.92) т где х=~т~„з)Д вЂ” вектор наблюдения, включающий в себя сигналы, . -!т сформированные первой и второй апертурами; Л = ~.) !, 321; т Й=[й!, й,1 Двухмерное распределение процесса т) описывается четырехмерным распределением его квадратурных составляющих.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
