Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 7
Текст из файла (страница 7)
3.3. Различные типы СА с одинаковыми угловыми размерами 30 Анализ (3.2) показывает, что ФН определяется только угловым размером СА Р и длиной волны к и напрямую не зависит от дальности до обьекта, вида траектории, скорости неремпцения антенны и времени синтезирования. На рис. 3.3 представлены различные виды траектории при синтезировании апертуры, имеющие одинаковые угловые размеры и, следовательно, обеспечиваюшие одинаковую разрешаюшую способность.
При этом не играет роли, за какое время перемешалась антенна по траектории в процессе синтезирования апертуры. Пространственное селекииа вовек)нов при синтезировании апертуры Одно и то же разрешение можно получить при скорости 300 мlс и Т = ! с, а также если скорость будет равна ! 50 м/с, но время синтезирования Те = 2 с, при одинаковой дальности до объекта. Предельные возможности СА проиллюстрируем на примере круговой траектории (рис. 3.4,а). Полностью круговая траектория вокруг объекта соответствует угловому размеру СА Р = 2л . Тогда ФН 1,(р,с() х 1 2л л а+л )е р()2уреЬ(аер))Р(У= ) е~р022ри~ЯР(2=2 (22р), где 2'о — функция Бесселя О-го порядка. Ширина ФН для всех а, т.е.
по всем пространственным координатам У У4 на плоскости (Х,У): Ьр=1,15/'1с=0,18)(,. Таким об- разом, пространственная разрешающая способность крул)- вой (вокруг объекта) СА равна а) б) 0,181 по всем координатам (и по углу, и по дальности). Рис. 3.4. Круговая (а) и полукруговая (б) СА При полулруговой СА (рис.3.4,б) )3 =л . Тогда ФН по оси Х(азимут,а =О) л/2 2,(«)= — / е~р(22е~епер)ВУ =2 (22 ) 1 -л/2 имеет тот же вид, что и при круговой СА. Следовательно, разрешение по оси Х Ьх = 0,18)(..
ФН по оси У (дальность) соответствует с( = и/2: 1 л/2 2,(у) = — ) еер()222 ю~р) 22 = -л/2 1 г = — )о~(22уяпр)Š— 2 — )П ()22уп р)рр=у (2пу)-222 (22у). л л где ь2 — функция Ломмеля-Вебера. Ширина 3,(у) на уровне 0,7 (разре-шение по оси т") ЬУ = 2, б/'1с = 0,41(., т.е. разрешение по дальности ухудшается по сравнению с круговой траекторией примерно в 2 раза. 31 Глава 3 Таким образом, потенциальные характеристики пространственной селекции при больших угловых размерах СА обеспечивают разрешение порядка длины волны одновременно по азимуту и дальности. Возможность разрешения по дальности при немодулированном сигнале объясняется фокусирующими свойствами СА в промежуточной зоне дальностей подобно фокусирующим свойствам объектива фотоаппарата, где резкое (детальное) изображение достигается для объектов, расположенных в плоскости фокусирования.
В большинстве случаев работы РСА угловой размер СА не превышает несколько градусов (Р «1). Представим фазовый множитель в виде з1п(а+~3) =я1па-0,513 е41па+~3соза, что справедливо для малых углов 13. Тогда ФН по азимуту (координате Г) при а = О можно записать как е,(г) = — 1 ехр~;2игР1РР = з1п(О,И) Ре,,~, Рв ~ и разрешение Ь~ — рч 213о . (3.3) Разрешение по дальности Ьг определяется шириной ФН при а = Н2: +Ро/2 е,(г)= — 1 е р1-1хгр 1рр, а модуль этой ФН ~ х, ( г р = —,/С' Я ~- ~Б ~ ~3), гне е и Б — инг грины Френеии; О =р гь7г2 ) . Разрешение по дальности К Ьг=4р43е .
(3.4) Сравнение разрешения по углу (3.3) и дальности (3.4) показывает, что при 13 «1 разрешение по Р дальности значительно хуже, чем по углу. Для других направлений в пространстве объекта (О < а < гг/2) разрешение г Ьр = Ц2~3е сова) . Рнс. 3.5.
Сечение ФН На рис. 3.5 показан типичный вид сечения ц рд (в ) ФН в координатах ( г,г). При работе РСА в дециметровом и метровом диапазонах волн получение высокого разрешения требует использования больших угловых 32 Пропиранепиеппаа еелеиииа ааьектов при синтезировании аперпари размеров СА, Для произвольного угла ~3 интеграл (3.2) может быть представлен в виде обратного преобразования Фурье путем замены переменной 2Еып(а+~3) =озр: где Г(оз ) — спектр пространственных частот в пределах от тяп(а-13о/2) до 21сып(а+~3о/2). Ширина функции неопределенности определяется шириной спектра Г(оз ) и разрешающая способносп соответственно по азимуту и дальности: ЬС=; Ьг= Х Х (3.5) 4яп(~3о!2) 4яп (~3о/4) Очевидно, что одна и та же СА имеет различный угловой размер в зависимости от направления наблюдения, т.е.
положения объекта относительно апертуры (рис. З.б). Однако независимо от направления наблюдения закономерности пространственной селекции не изменяются, т.е. разрешающая способность по дальности Ьг и азимуту Ы определяется соответствуюшим данному направлению угловым размером ~3оп~3о2,~3оз на рис. 3.6. При этом ось г совпадает с направлением на объект (направлением наблюдения), а ось 1 перпендикулярна оси г. Рис. З.б. Системы координат «дальность — азимут» при различных углах наблюдения Таким образом, для определения пространственной разрешающей способности в любом направлении относительно СА необходимо по- 3 — 3169 33 Глава 3 вернуть систему координат по дальности г и углу Г так, чтобы направление наблюдения совпало с осью дальности, и определить значение углового размера СА Р для этого направления.
Общие закономерности пространственной селекции не изменяются, если рассматривать любые другие плоскости, например не (Х,У), а (г.,У). В этом случае необходимо определить проекцию траектории СА на эту плоскость и ее угловой размер относительно направления наблюдения. Рассмотрение всех проекций СА позволяет определить объем разрешаемого пространства объектов. Так, например, на рис. 3.7 показана круговая апертура в плоскости (Хь Х~), параллельной плоскости (Х, г.) и находящейся на расстоянии Уо. В этом случае угловой размер апертуры ~3о будет одинаковый для любых проекций в плоскостях, совпадающих с осью У. Поэтому разрешающая способность в плоскости (Х, У) будет одинаковой во всех направлениях, а разрешение по оси 1' соответствует разрешению по дальности. Объемный элемент разрешения будет иметь вид эллипсоида, большая ось которого направлена вдоль оси 1' (дальности). Рис.
3.7. Тело ФН при кольцевой СА До сих пор рассматривались закономерности пространственной селекции объектов применительно к РСА, когда в процессе синтезирования апертуры перемешается одновременно приемная и передающая (единая) антенна. Если перемещается только приемная антенна, например передатчик находится на стационарной орбите и подсвечивает объект, а приемная антенна находится на летательном аппарате, то разрешающая способность уменьшается в два раза при том же угловом размере апертуры.
Это объясняется тем, что фазовый набег на апертуре обусловлен в этом случае только однократным прохождением волны при приеме. Аналогичные закономерности будут при неподвижной приемной антенне и перемещении передающей антенны. Возможность синтезирования апертуры в этом случае можно пояснить тем, что движущийся источник в Проетранетвеннан селекция объектив нри синтезировании анертуры каждом направлении излучает электромагнитные волны различной длины (доплеровское смещение частоты) и как бы подкрашивает отдельные элементы объекта различной краской. Приемная антенна воспринимает этот эффект путем спектрального анализа отраженного от объекта сигнала. Если приемопередающая антенна РСА неподвижна, а перемешается обьект, то угловой размер СА определжтся траекторией перемещения объекта.
При этом закономерности пространственной селекции сохраняются. Аналогичным образом СА может быть сформирована поворотом объекта при неподвижной антенне. Разрешающая способность по углу и дальности при этом М=Л/2~р~; Ьг=4Х/ср~~, где ~ро — угол поворота объекта за время синтезирования соответствует угловому размеру СА, т.е. до = Р, . Следует подчеркнуть, то, поскольку в этом случае угловой размер СА Ц не зависит от дальности, данный метод обеспечивает радиовидение на любых дальностях, которые ограничены только возможностью приема отраженного сигнала. Так. при повороте объекта за время синтезирования всего на 3' возможно получение линейного разрешения по углу ЬГ =10Л, т.е. порядка 30 см при Л = Зсм, в том числе при наблюдении удаленных, например космических, объектов. Я Синтезированная апертура может осуществлять пространственную селекцию обьектов по всем трем координатам при немодулированном зондирующем сигнале и ненаправленной антенне.
Пространственная разрешающая способность СА не зависит от вида траектории в пространстве и времени, а определяется только угловым размером синтезированной апертуры относительно объекта и длиной волны радиосигналов. Угловой размер СА в плоскости равен ширине сектора, в котором размещается проекция апертуры на зту плоскость. Наилучшее разрешение достигается при таком направлении наблюдения и в такой плоскости, при которых угловой размер апертуры относительно объекта максимален. Проекция синтезированной апертуры в плоскости обеспечивает наилучшее линейное разрешение по азимуту (перпендикулярно направлению наблюдения), а наихудшее — по дальности (вдоль направления наблюдения). При этом разрешение по азимуту пропорционально угловому размеру апертуры Р„, а разрешение по дальности пропорцио- нально квадрату углового размера апертуры: М = Л/2р„и бг = 4Лф', .
Предельно высокое и одинаковое разрешение по азимуту и дальности достигается при угловом размере СА, равном 2я, т.е. когда носитель Глава 3 РСА осуществляет круговой облет района наблюдения либо обьект поворачивается относительно неподвижной РЛС на 360~. Синтезирование апертуры возможно либо путем перемещения приемной и (или) передающей антенн при неподвижном объекте, либо перемещением или вращением объекта при неподвижных антеннах.
При перемещении одновременно приемной и передающей антенн разрешение увеличиваемся в два раза. 3.2. Функция неопределенности прямолинейной синтезированной апертуры Наиболее важным для практики случаем является прямолинейное движение антенны или объекта с постоянной скоростью за время синтезирования апертуры (рис. 3.8).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
