Радарные спутники: общие вопросы

[Старый]

Кстати запись принятого сигнала РЛСБО с САР называется "радиоголограмма".

[Андрей Суворов]

Не сколь угодно сложным, а оптимальным.
Таким, который можно реализовать в железе.
Например, свёртка. Это такой красивый интеграл средне-зубодробительного вида.
Но спектр свёртки двух сигналов есть произведение их спектров, а спектр произведения сигналов есть свёртка спектров.
Первую функцию делает просто фильтр.
Вторую - балансный модулятор.

А свёртка позволяет переходить из  временной области в спектральную область и наоборот, тогда, когда нам удобно.

Больше того, фотоплёнка позволяет реализовать функцию накопления и без повторного экспонирования. Для этого нужно только запечатлённые рядом сигналы осветить когерентным светом лазера и посмотреть на образовавшуюся ОБЪЁМНУЮ картинку. Она будет изображать снятую радаром местность в масштабе лямбда1/лямбда2, где лямбда1 - длина волны лазера, а лямбда2 - длина волны локатора.

[Старый]

В те времена человечество ещё не знало слова "лазер". Кажись.

[Андрей Суворов]

Лазер был изобретён в 1960 году.
Голография же - несколько раньше, Денисюк пользовался ртутной лампой, оснащённой интерференционным фильтром, пропускавшим только зелёный триплет.

[sleo]

Лазер был изобретён в 1960 году.
Голография же - несколько раньше, Денисюк пользовался ртутной лампой, оснащённой интерференционным фильтром, пропускавшим только зелёный триплет.

О голографии в САР:
http://bsfp.media-security.ru/school4/09.htm

МЕТОД КОГЕРЕНТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ

Г.Б.Семенов

Процесс образования изображения в радиолокационных станциях с синтезированной апертурой рассматривается на основе эквивалентной голографической модели. Дан обзор некоторых схем когерентных оптических устройств радиолокационных станций с синтезированной апертурой, разработанных в США.

Метод синтезированной апертуры, позволяющий искусственно увеличить размер антенны РЛС *, установленной на движущемся носителе и повысить тем самым разрешающую способность станции, представляет интерес для специалистов, работающих в области голографии. Этот интерес обусловлен прежде всего тем, что метод синтезированной апертуры является, по существу, разновидностью голографического метода регистрации волновых фронтов. Интересно также отметить, что разработчики этого метода - группа американских радиоинженеров, не были знакомы с принципами голографии и пришли к голографическому методу, пытаясь усовершенствовать РЛС, установленные на самолетах. При этом Лейтом и Упатниексом была предложена схема регистрации голограмм с внеосевым референтным пучком и получены высококачественные голограммы в оптическом диапазоне спектра. Эти результаты, в свою очередь, способствовали повышению интереса к голографии и бурному ее развитию.

[Дмитрий Тарасов]

Поскольку консенсуса в дебатах так и не достигнуто, приведу ещё два описания работы РЛС с СА.

Первое из статьи Б.Степанова "РСА изучает Землю", опубликована в журнале «Радио» №6, 1992г, стр. 3-5. Статя посвещена работе ИСЗ Космос-1870 (зап 25.07.1987) и Алмаз-1 (зап 31.03.1991). Даются только фрагменты касающиеся принципа действия антенны с синтезированной апертурой.

Второе описание из книги "Радиоэлектронное оборудование", Под ред. дтн, проф. В.М. Сидорина. — Воениздат, 1990, параграф 7.12 "РЛС разведывательных комплексов", полностью.

[Дмитрий Тарасов]

Б.Степанов, "РСА ИЗУЧАЕТ ЗЕМЛЮ", «Радио» №6 1992г. стр.3-5

.....
В истории создания космического радиолокатора с синтезированной аппертурой (РСА) есть не только взлет творческой мысли и радость решения поставленной задачи, но и настоящая трагедия для ее создателей. О том, что такое синтезированная аппертура и как создавался РСА, рассказали корреспонденту журнала "Радио" сотрудники НПО "Вега-М" - первый заместитель генерального директора В.Карпеев, заместитель главного инженера Ю.Крылов, главный конструктор И.Осипов и заместитель главного конструктора Л.Неронский.
.....
Дело в том, что разрешающая способность космического радиолокатора при использовании традиционных решений ограничена. Она в первую очередь определяется размерами его антенны, а точнее - отношением длины волны, на которой работает радиолокатор, к характерному размеру антенны.

Влияет, конечно, и расстояние до исследуемой   поверхности, но для аппаратуры, установленной на ИСЗ, этот параметр уменьшать ниже некоторого предела (примерно 250 км) нельзя. Очевидно, что нельзя и беспредельно увеличивать размеры бортовой антенны. На "Космосе-243" она имела в раскрытом виде размеры 10x0,5 м., что могло обеспечить разрешающую способность примерно 1,5...2 км.  Для решения многих задач (как гражданских, так и военных), которые побуждают создавать подобные орбитальные радиолокаторы, этого было явно недостаточно. Преодолеть эти принципиальные ограничения позволило введение в радиолокатор синтеза искуственной аппертуры антенны.

Произошел он, надо полагать, от так называемых "синфазных антенных решеток". Эти антенны применяют на Земле не только профессионалы, но и радиолюбители (например, для радиосвязи на УКВ или дальнего приема телевидения). Чаще всего они представляют собой расположенные в одной плоскости отдельные элементарные вибраторы (диполи), сигналы с которых по кабелям поступают в суммирующее устройство, а с него - в приемник. Длины соединительных кабелей подобраны так, чтобы обеспечить строго определенную задержку сигнала от каждого из вибраторов. Это позволяет подавить сигналы, приходящие на антенну с нежелательных нап-равленией, и усилить полезный сигнал, который поступает с заданного направления (иными словами - формировать диаграмму направленности антенны). Более того, изменяя задержки сигналов в кабелях тем или иным способом, можно даже "поворачивать" диаграмму направленности неподвижной антенны!

Суммирование сигналов в такой антенне чисто аналоговое, и происходит оно, как принято говорить в таких случаях, в реальном масштабе времени. Но ведь тот же самый эффект можно получить, если запомнить каким-то способом основную информацию о сигнале (его амплитуду и фазу) при одном расположении антенны, а затем, переместив ее в другую точку, получить новую информацию о нем. Запомнив таким образом данные о сигнале в нескольких точках, мы имеем возможность затем спокойно их просуммировать по определенному закону. Для получения положительного эффекта, правда, необходимо выполнить два условия: за время, в течение которого перемещается антенна и накапливается информация, не должна изменяться фаза гетеродина приемника (для радиолокатора - еще и передатчика), должна быть точно известна траектория перемещения антенны по отношению к исследуемому объекту, ну и, конечно, обеспечено точное запоминание и последующая обработка информации о сигнале. Приведем такой пример: для запоминания кадра изображения размером 25x25 км с разрешением около 15 м необходимо иметь объем памяти на борту в несколько сотен мегабит, а для его обработки осуществить несколько миллиардов арифметических операций.

Эффективный размер "синтезированной" антенны (существующей лишь как результат обработки сигналов из запоминающего устройства) становится равным расстоянию между крайними точками траектории перемещения относительно небольшой "физической" антенны (существующей на самом деле и обладающей реальными характеристиками).

Разрешающая способность РСА, установленной на ИСЗ, определяется протяженностью участка траектории, на котором   идет  накопление  информации. Если она составляет примерно 2 км (для скорости перемещения ИСЗ это всего лишь доли секунды), то разрешающая способность и будет около 15 м. Дальнейшее увеличение разрешающей способности РСА в принципе возможно, хотя это уже и не дается, как говорится, "малой кровью". Для сегодняшнего уровня развития техники реально разрешение около 1 м.
.....

[Дмитрий Тарасов]

Радиоэлектронное оборудование /В.А. Болдин, Г.И. Горгонов, В.Д. Коновалов и др.; Под ред. доктора технич. наук, проф. В.М. Сидорина. — М.: Воениздат, 1990.— 288 с: ил.— (Боевая авиационная техника).

7.12. РЛС РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Основным требованием, предъявляемым к РЛС разведывательного комплекса, является высокое линейное разрешение на дальностях, превышающих радиус действия системы ПВО противника. В панорамных РЛС такое разрешение можно получить по дальности за счет применения сложных зондирующих сигналов и индикаторов с высоким качеством фокусировки, но практически невозможно по азимуту, что ограничивается размерами авиационных антенн.

Разрешающая способность по азимуту у РЛС бокового обзора с вдольфюзеляжными антеннами в 8... 10 раз лучше, чем панорамных РЛС, но и она не удовлетворяет указанным требованиям. Поэтому в авиационных разведывательных комплексах стали широко применяться РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой (РСА). Они существенно сложнее РЛС другого типа, зато обеспечивают разведку до 80 ... 100 км с разрешением 3—5 м при полете над своей территорией [15].

РСА представляет собой когерентную импульсную РЛС, антенна которой размером dA[/size], установлена неподвижно под углом 90° к линии пути самолета х (рис. 7.8). В этой РЛС обзор по боковой дальности Д осуществляется за счет распространения зондирующих импульсов, а по путевой дальности х (по азимуту) — за счет полета самолета. Высокое разрешение по дальности обеспечивается применением зондирующих импульсов малой длительности, а по азимуту — когерентного накопления отраженного сигнала большой длительности с линейной частотной модуляцией за счет доплеровского эффекта. Более просто высокое качество изображения получается при горизонтальном прямолинейном полете с постоянной путевой скоростью Vn[/size].

Принцип работы РСА состоит в следующем. РСА перемещается вдбль оси х и излучает радиоимпульсы в точках 1, 2, 3, ..., N. Расстояние между этими точками одинаково и равно Vn[/size]Tn[/size]. Облучение цели начинается в момент входа ее в луч антенны (антенна в точке 1) и заканчивается при ее выходе из луча антенны (антенна в точке N). В течение всего времени Тобл[/size] радиоимпульсы, которыми облучается цель, должны иметь одинаковые несущие частоты и начальные фазы, т.е. быть когерентными. Отраженные от цели (точка Ц) радиоимпульсы принимаются этой же антенной практически в тех же точках 1, 2, 3, ..., N.

За счет изменения расстояния R между целью и РЛС начальная фаза отраженных импульсов от периода к периоду меняется по известному квадратичному закону. Выходные сигналы приемника поступают в запоминающее устройство. Запомненные сигналы суммируются в каждом периоде в устройстве когерентной обработки с учетом известного изменения фазы принимаемых импульсов, обусловленного перемещением антенны относительно цели. В результате на выходе этого устройства образуется узкий импульс, достигающий максимума в момент приема N-гo отраженного от цели импульса. Длительность этого выходного импульса тВых[/size] получается такой, как если бы вместо реальной антенны размером dA[/size] использовалась ФАР, длина (апертура) которой равна L. Дело в том, что для ФАР нет принципиальной необходимости принимать сигнал от цели одновременно всеми ее элементами. Можно иметь только один элемент, который поочередно помещается в точки 1, 2, 3, ..., N, но при этом необходимо запоминающее устройство. Расстояние L, которое пролетает самолет за время облучения цели, называют синтезированной апертурой.  При этом  ширина диаграммы направленности синтезированной ФАР



То есть угловая разрешающая способность РСА по азимуту обратно пропорциональна дальности до цели. А линейная разрешающая  способность по  азимуту  (по путевой дальности х)



и не зависит от дальности. Время Тобл[/size] = Тс[/size] называют временем синтезирования. На практике обычно Тобл[/size] << Тс[/size] и равно отрезку времени, на котором параметры зондирующих импульсов можно считать постоянными. При синтезированной апертуре Хс[/size] = Vn[/size]·Тс[/size] получается  разрешающая способность по азимуту



Для получения высококачественного радиолокационного изображения в полосе разведки ?ДР[/size] (рис. 7.8) необходимо выполнять когерентное суммирование для каждого элемента дальности. Поэтому запоминающее устройство и устройство когерентной обработки (УКО) должны быть многоканальными по дальности. В качестве запоминающего устройства могут использоваться запоминающие ЭЛТ или цифровые элементы при электронном УКО и фотопленка при оптическом УКО. При этом независимость ?x от дальности обеспечивается изменением величины Хc[/size] как при перемещении полосы разведки ?ДР[/size], так и внутри полосы.

[Старый]

Б.Степанов, "РСА ИЗУЧАЕТ ЗЕМЛЮ", «Радио» №6 1992г. стр.3-5

На "Космосе-243" она имела в раскрытом виде размеры 10x0,5 м.,...

А это точно что на Космосе-243 была РЛС?

Произошел он, надо полагать...

Достаточно.

[Старый]

По второму случаю вот это:

Радиоэлектронное оборудование /В.А. Болдин, Г.И. Горгонов, В.Д. Коновалов и др.; Под ред. доктора технич. наук, проф. В.М. Сидорина. — М.: Воениздат, 1990.— 288 с: ил.— (Боевая авиационная техника).

7.12. РЛС РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Для получения высококачественного радиолокационного изображения в полосе разведки ?ДР[/size] (рис. 7. необходимо выполнять когерентное суммирование для каждого элемента дальности. Поэтому запоминающее устройство и устройство когерентной обработки (УКО) должны быть многоканальными по дальности. В качестве запоминающего устройства могут использоваться запоминающие ЭЛТ или цифровые элементы при электронном УКО и фотопленка при оптическом УКО. При этом независимость ?x от дальности обеспечивается изменением величины Хc[/size] как при перемещении полосы разведки ?ДР[/size], так и внутри полосы.

правильно.
А в начале товарищ чтото намудрил.

[Старый]

Да, и вот по этому поводу:

Приведем такой пример: для запоминания кадра изображения размером 25x25 км с разрешением около 15 м необходимо иметь объем памяти на борту в несколько сотен мегабит, а для его обработки осуществить несколько миллиардов арифметических операций.

надо иметь в виду что квадратик 25х25 км с разрешением 15 м это примерно три мегапиксела, так что гдето сотня бит на пиксел это довольно, особенно с учётом того что это ж необработаный снимок и нужно хранить информацию не только о яркости пикселов но и частоте и времени для каждого из них. Причём значений и того и другого получается примерно 1700 так что на каждый из этих параметров потребуется как минимум по 11 бит.

[Андрей Суворов]

По второму случаю вот это:

Для получения высококачественного радиолокационного изображения в полосе разведки ?ДР[/size] (рис. 7. необходимо выполнять когерентное суммирование для каждого элемента дальности. Поэтому запоминающее устройство и устройство когерентной обработки (УКО) должны быть многоканальными по дальности. В качестве запоминающего устройства могут использоваться запоминающие ЭЛТ или цифровые элементы при электронном УКО и фотопленка при оптическом УКО. При этом независимость ?x от дальности обеспечивается изменением величины Хc[/size] как при перемещении полосы разведки ?ДР[/size], так и внутри полосы.

правильно.

Когерентное суммирование - это и есть обработка с накоплением. Так что или крестик снять, или трусы надеть.

А в начале товарищ чтото намудрил.

Да нет, Старый, это ты намудрил.

[Старый]

Когерентное суммирование - это и есть обработка с накоплением. Так что или крестик снять, или трусы надеть.

"Когерентное суммирование" это построение изображения из пикселов полученых с помощью т.н. "когерентной обработки сигнала". А "когерентная обработка сигнала" это какраз вычисление доплеровского сдвига путём сравнения ппринятого сигнала с излучённым когерентным.

[feraj]

Ну как ты не понимаешь? Ну нельзя упрощать настолько! ТАК оно не работает!

вот, смотри. Все мы знаем "принцип работы" атомной бомбы. У плутония-239 критмасса 7 килограмм. Если взять в каждую руку (руки в резиновых перчатках) полусферу из плутония массой 4 кг и очень быстро свести руки, будет ядерный взрыв, или нет?

И тем не менее принцип действия атомной бомбы основан именно на быстром сведении частей критической массы. И если надо его объяснить человеку который не имеет об этом понятия то объяняют именно так. Руками или взрывом их сдвигают это уже техническая реализация и принципа она не меняет.
 РЛСБО с САР работает именно на том что развёртка по дальности осуществляется по времени а по азимуту - по доплеровскому сдвигу.

На "быстром"  сведении- это со скоростью около 12 км/с? Плутоний так не подрывается. Если "сводить" медленнее, то куски не слипнутся, а начнут оплавляться. Для урана скорости меньше, 2-3 к/с (потому что лучше получается выделять оружейный изотоп U-235), они достигается подрывом зарядов в атомной бомбе. Поэтому уран так можно подорвать. А плутоний нет, потому что взрывчаткой не обеспечишь необходимых скоростей сближения. Так что плутоний подрывается цельным куском через обжатие с переходом из одного фазового состояния в другой и увеличением плотности куска металла.

[Старый]

Так что плутоний подрывается цельным куском через обжатие с переходом из одного фазового состояния в другой и увеличением плотности куска металла.

Вот стало быть масса не бывшая критическойи сводится к одной точке и становится критической. Только это надо в теме про ликбез обсуждать.

[Дмитрий Тарасов]

А это точно что на Космосе-243 была РЛС?

На самом "Космосе-243" РЛС не было. А вот с ним за компанию летел ещё один аппарат, у Макдауэла называемый "Kapsula Kosmosa-243 Nauka". Советский ТАСС приписал все эти работы основному "фотошпиону" «Зенит».

Выведенный на орбиту 23 сентября ИСЗ «Космос-243» представлял собой автоматическую радиоастрономическую обсерваторию в космосе. На спутнике впервые в мире был осуществлен глобальный эксперимент по измерению теплового радиоизлучения Земли и ее атмосферы. Научная аппаратура спутника включала чувствительные приемники теплового радиоизлучения в диапазоне волн от 8 мм до 9 мм с антеннами, направленными на Землю. Приемники и антенны во многом аналогичны наземным радиотелескопам и отличаются от них полной автоматизацией. На спутнике был установлен также узкополосный приемник инфракрасного излучения. Наклонение орбиты к плоскости экватора позволяло обследовать полярные районы земного шара вплоть до 71° с. и ю. ш. Результаты измерений накапливались в запоминающем устройстве и передавались на Землю радиотелеметрической системой при прохождении спутника над территорией СССР. Измерения теплового радиоизлучения весьма важны для определения параметров атмосферы.

.....

Наиболее полные данные по определению параметров атмосферы были получены при полете спутника над океанами. Это обстоятельство особенно ценно, так как сведения об атмосфере именно над океанами в настоящее время весьма скудны. Между тем роль излучаемой океанами энергии в образовании гигантских циклонов, определющих погоду на планете, очень велика. Кроме того, по собственному радиоизлучению над океаном легко определить наличие льда на поверхности воды.

За первые сутки полета ИСЗ «Космос-243» надежно определил границу сплошных льдов вокруг Антарктиды. За короткий срок были получены меридиональные разрезы температуры поверхности воды в Тихом океане от Берингова моря до Антарктиды. Одновременное измерение излучения на различных волнах сантиметрового и миллиметрового ради о диапазонов и использование инфракрасного излучения позволили получить весьма обширные данные об атмосфере и поверхности Земли.

Проведенный на спутнике «Космос-243» эксперимент свидетельствует, что в недалеком будущем измерения теплового радиоизлучения Земли будут широко использоваться для исследования процессов, происходящих в атмосфере, в океанах, при анализе метеорологической обстановки - при долгосрочном прогнозировании погоды и состояния моря.

Так что прибор, позволяющий построить картинку по собственному радиоизлучению Земли там был. И оченить разрешающую способность при осуществлении радиолокационной съёмки такими аппаратными средствами можно.

[Старый]

Так что прибор, позволяющий построить картинку по собственному радиоизлучению Земли там был. И оченить разрешающую способность при осуществлении радиолокационной съёмки такими аппаратными средствами можно.

Вобщето это был микроволновой радиометр. К радиолокации - никакого отношения.

[Дмитрий Тарасов]

Вобщето это был микроволновой радиометр. К радиолокации - никакого отношения.

С чего бы это никакого отношения к радиолокации?

[Андрей Суворов]

Когерентное суммирование - это и есть обработка с накоплением. Так что или крестик снять, или трусы надеть.

"Когерентное суммирование" это построение изображения из пикселов полученых с помощью т.н. "когерентной обработки сигнала".

Старый. Суммирование - это накопление. Обработка - это более широкий термин, но в случае РБО накопление обязательно. Когерентная - это, значит, с учётом фазы и поляризации, причём, при условии, что этот учёт имеет смысл, т.е. мы имеем достоверный опорный сигнал. Длина когерентности солнечного света (совсем некогерентного) - порядка нескольких (меньше десяти) длин волн, и поэтому интерференционная картинка возникает, только если разность хода двух лучей не превышает единиц микрон. У лазера длина когерентности, в зависимости от конструкции и т.д. может быть от миллиметра до 50 км. У радиолокатора длина когерентности определяется стабильностью частоты и фазы передатчика, и размер синтезированной апертуры определяется как раз тем, что в крайних точках этой апертуры разность хода лучей до исследуемого объекта не превышает длины когерентности.
Старый, в аналоговом устройстве когерентной обработки нет никаких пикселей, никаких! Не важно, на фотоплёнке оно или на запоминающей осциллографической трубке. Больше того, если там даже есть различимые ЛИНИИ (не пиксели, не строки, а линии), они не являются деталями картинки, а только деталями голограммы, по которой восстанавливается НЕПРЕРЫВНОЕ изображение исходной местности, безо всякого деления на строки и столбцы.

А "когерентная обработка сигнала" это какраз вычисление доплеровского сдвига путём сравнения ппринятого сигнала с излучённым когерентным.

Старый, если ты скажешь, что теорема Пифагора - это о том, что сумма углов треугольника равна 180 градусам, тебе может поверить тот, кто напрочь забыл весь курс геометрии.
А тут вопрос более специальный. "Когерентной обработкой" может называться всё, что угодно, что учитывает не только амплитуду, но и фазу и поляризацию, но, когда речь идёт о когерентом суммировании, тут никакое истолкование невозможно.

[Старый]

Вобщето это был микроволновой радиометр. К радиолокации - никакого отношения.

С чего бы это никакого отношения к радиолокации?

Потому что радиолокация это излучение сигнала и приём его отражения. А приём собственного мзлучения тел это не радиолокация.