Определение пространственного разрешения и радиометрических характеристик космических радиолокаторов с синтезированной апертурой

методом цифровой имитации отражённых сигналов

Лепёхина Татьяна Александровна

Николаев Вадим Игоревич

Москва

2014

Этапы аппаратно-программной реализации метода имитации отражённых сигналов:

2

моделирование фоно-целевой обстановки как суперпозиции двумерного поля ЭПР (УЭПР) в координатах наклонная дальность – азимут и набора точечных целей с заданными ЭПР в пространстве;

коррекция модели фоно-целевой обстановки с учётом диаграммы направленности антенны для выбранного режима;

расчёт закона изменения параметров отражённого сигнала для каждого элемента моделируемой фоно-целевой обстановки при движении носителя с учётом режима съёмки;

синтез закона преобразования зондирующего сигнала в отражённый для каждого импульса в сеансе в виде импульсной характеристики цифрового фильтра;

запись реального зондирующего сигнала РСА; поимпульсное преобразование зондирующего сигнала в

имитированный отражённый; поимпульсное воспроизведение имитированного

отражённого сигнала на несущей или промежуточной частоте с нормированной задержкой относительно зондирующего сигнала и подача на вход приёмной системы РСА.

3

Формирование тестового воздействия: имитация сложной цели

Модель радиолокационной миры Матрица импульсных характеристик АКС

(действительная часть, фрагмент)

Цифровая радиоголограмма

имитированного отражённого ЛЧМ сигнала (действительная часть)

Радиолокационное изображение

Априорная оценка радиометрической разрешающей способности РСА

4

NE0

110 lg 1 (1 )

S

CN N

NE – шумовой эквивалент

0 –УЭПР снимаемой поверхности NS - количество усредняемых

элементов разрешенияN - количество некогерентных

накоплений

500 1000 1500 2000 2500

500

1000

1500

2000

2500

3000

200 400 600 800 1000 1200

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

100 200 300 400 500 600

100

200

300

400

500

600

700

800

i=10

i=16N=1 N=4 N=16

Проверка радиометрической разрешающей способности космического РСА при лётных

испытаниях и валидации1. Устройство градационной миры

5

2. Определение радиометрического разрешения для соседних участков РЛИ

3. Оценка радиометрической разрешающей способности РСА

C

Моделирование градационной

миры

6

Задаются границы однородных участков (с постоянной УЭПР в пределах каждого участка) в координатах азимут-дальность.

Комплексный коэффициент обратного рассеяния для каждой точки в пределах одного участка задаётся по формуле

rxii erxrxs ,0 ),(),( ,

где 0i постоянная в пределах i-го участка, а

задаётся генератором случайных чисел с равномерным распределением на [0, 2π).

7

Аппаратно-программный комплексдля наземной отработки методик

8

Вариант аппаратной реализациистенда полунатурного моделирования

Приёмо-передатчик РСА «Кондор-Э»

Комплект модульных приборов Agilent

det 1 20( )P W y dy

Вероятность правильного обнаружения:

9

Плотности вероятности радиояркостей ξ1, ξ2

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 1 2 3 4 5 6

Wξ1(x)

Wξ2(x)

Плотность вероятности разности радиояркостей:

1 2 1 2( ) ( ) ( )W y W x W x y dx

Проверка радиометрического разрешения участков РЛИ градационной миры

1

2

10

Определение радиометрической разрешающей способности РСА методом дифференциального радиоконтраста

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

Аплитуда

Пл

отно

сть

веро

ятно

сти

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

УЭПР, дБ

Вероятность правильного обнаружения, N=1

Рад

иоко

нтра

ст,

дБ

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

ji ,i, j

j>i

i

i

j<i

11

Определение радиометрической разрешающей способности РСА методом дифференциального радиоконтраста

-40 -30 -20 -10-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

УЭПР, дБ

Вероятность правильного обнаружения, N=1

Ра

ди

око

нтр

аст

, дБ

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-50-40

-30-20

-100

-40

-20

0

20

40

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

УЭПР, дБРадиоконтраст, дБ

Вер

оятн

ость

пра

вил

ьног

о об

нару

жен

ия

Определение радиометрических характеристик по изображению градационной миры

-50-40

-30-20

-100

-40

-20

0

20

40

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

УЭПР, дБРадиоконтраст, дБ

Вероятн

ость

правил

ьного

обнаруж

ения

N=1

-50-40

-30-20

-100

-40

-20

0

20

40

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

УЭПР, дБРадиоконтраст, дБ

Вероятн

ость

правил

ьного

обнаруж

ения

N=4

-50-40

-30-20

-100

-40

-20

0

20

40

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

УЭПР, дБРадиоконтраст, дБ

Вероятн

ость

правил

ьного

обнаруж

ения

N=16

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0-30

-20

-10

0

10

20

30

УЭПР, дБ

Ра

ди

око

нтр

аст,

дБ

Pdet=0.66

N=1N=4N=16

x

y

D16

D4

D1

16.эшэ4.эшэ

шэ

12

Определение радиометрических характеристик по изображению градационной миры

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0-30

-20

-10

0

10

20

30

УЭПР, дБ

Ра

ди

око

нтр

аст,

дБ

Pdet=0.66

N=1N=4N=16

x

y

D16

D4

D1

16.эшэ4.эшэ

шэ-6 -4

-3

-2

-1

0

1

2

3

x

y

1.C

4.C

16.C

13

Выводы На основе метода цифровой имитации отражённых сигналов

разработаны и практически опробованы методики и программное обеспечение для автоматизированного определения сквозных характеристик РСА по радиолокационному изображению тестового объекта.

Идеология построения методик формирования входных воздействий для измерения пространственного разрешения и радиометрических характеристик РСА является универсальной, что даёт возможность применения единых методик на наземных, лётных и валидационных испытаниях.

Активный транспондер с функциями имитации произвольных фоно-целевых обстановок позволит применить методики определения пространственного разрешения, динамического диапазона и радиометрического разрешения на этапе лётных и валидационных испытаний, что особенно актуально в связи с проведением лётных испытаний РСА «Кондор-Э».

14

15