Радарные спутники: общие вопросы

[carlos]

http://www.astronet.ru/db/msg/1172493
http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1169552
 :?:

[fagot]

Как я понимаю, каждый участок поверхности в процессе движения антенны облучается несколько раз под разными углами, и одновременная обработка отраженных сигналов позволяет построить его изображение с разрешением большим, чем при однократном облучении, при том же размере антенны.

[sleo]

Популярная статья в Успехах Физических Наук (УФН) за 1980 г.:
Г. Дженсен, Л. Грэхем, Л. Лорчелло, Э. Лейт, ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ РАДИОЛОКАТОРОМ БОКОВОГО ОБЗОРА
http://data.ufn.ru//ufn80/ufn80_6/Russian/r806d.pdf
18 стр = 3.5 МВ

[Дем]

Давно хотел узнать: что такое "синтезированная апертура"?

Апертура, как известно, переводится как "дырка"
А синтезированная апертура - это "виртуальная дырка".
Хороший пример из жизни - идя мимо забора с узкой щелью - можно увидеть всё, что находится за этим забором, как будто его нет. Даже если  размер щели не позволяет идентифицировать видимые через неё объекты в любой момент времени.

[Старый]

Как я понимаю, каждый участок поверхности в процессе движения антенны облучается несколько раз под разными углами,

Нет. Всё поле зрения антены (допустим 7000х7000 пикселов) облучается один-единственный раз, затем отражённый сигнал принимается, обрабатывается и получается изображение. Сразу всей картинуи 7000х7000 пикселов. Следующий импульс это уже следующая картинка, хотя возможно этой же самой местности.

и одновременная обработка отраженных сигналов позволяет построить его изображение с разрешением большим, чем при однократном облучении, при том же размере антенны.

Нет, это не одновременная обработка. Слово "когерентная"означает совсем другое, и хотя не буквально отражает принцип действия САР но имеет к нему прямое отношение.

[Старый]

Ну давайте задам наводящие вопросы:
-почему РЛС с САР бывает только бокового обзора?
-почему РЛСБО с САР работают только на движущихся объектах?

[fagot]

Ну давайте задам наводящие вопросы:
-почему РЛС с САР бывает только бокового обзора?

Для исключения неоднозначности принимаемых сигналов.
 

-почему РЛСБО с САР работают только на движущихся объектах?

Потому что она использует доплеровский эффект.

[Старый]

Для исключения неоднозначности принимаемых сигналов.

Вобщем то нет.
 

Потому что она использует доплеровский эффект.

О!
 Вот отсюда и следует разбираться дальше с её принципом действия. Кто продолжит?

[fagot]

Вобщем то нет.

Если антенна направлена вниз, слева и справа от трассы будут участки, имеющие одинаковую задержку сигнала и доплеровский сдвиг частоты, хотя и разную мощность сигнала, а если она смотрит вбок, сигналы от всех участков будут разными и по задержке и сдвигу можно определить, какому участку принадлежит сигнал, ну а мощность определяет в общем случае наклон поверхности этого участка.

[Старый]

Если антенна направлена вниз, слева и справа от трассы будут участки, имеющие одинаковый доплеровский сдвиг частоты,

Неправильно. Проблема не в этом.
 Хотя с временной задержкой вы сказали правильно.

хотя и разную мощность сигнала, а если она смотрит вбок, сигналы от всех участков будут разными и по задержке и сдвигу можно определить, какому участку принадлежит сигнал,

О! Ну вобщем то принцмп действия РЛСБО с САР озвучен.

ну а мощность определяет в общем случае наклон поверхности этого участка.

Нет. Мощность определяет радиояркость пиксела. Если б не она то пикселы были бы расставлены по полю зрения но все были бы одинаковые.

[fagot]

Неправильно. Проблема не в этом.
Хотя с временной задержкой вы сказали правильно.

Почему неправильно?
 

Нет. Мощность определяет радиояркость пиксела. Если б не она то пикселы были бы расставлены по полю зрения но все были бы одинаковые.

Тут я неправильно сформулировал, мощность не определяет, а определяется наклоном и отражательными свойствами поверхности, ну а по ней уже понятно определяется яркость пиксела.

[Старый]

Почему неправильно?

Потому что если смотреть строго вниз то доплеровский сдвиг от всех пикселов будет одинаковый. То есть будет не двузначность авообще не будет работать принцип. А двузначность будет если смотреть вперёд.

[carlos]

Всё поле зрения антены (допустим 7000х7000 пикселов) облучается один-единственный раз, затем отражённый сигнал принимается, обрабатывается и получается изображение. Сразу всей картинуи 7000х7000 пикселов. Следующий импульс это уже следующая картинка, хотя возможно этой же самой местности.

То есть как - вы хотите сказать, что радар работает в импульсном режиме, кадрами? А не просто "гребет" полосой, как бульдозер?

[Старый]

То есть как - вы хотите сказать, что радар работает в импульсном режиме, кадрами? А не просто "гребет" полосой, как бульдозер?

То что не полоской - это точно. По крайней мере точно не так как оптический спутник с ПЗС-линейкой.

[fagot]

Потому что если смотреть строго вниз то доплеровский сдвиг от всех пикселов будет одинаковый. То есть будет не двузначность авообще не будет работать принцип. А двузначность будет если смотреть вперёд.

Как это одинаковый, у нас разве луч толщиной в один пиксел? И почему мы должны рассматривать сдвиг независимо от задержки - в сочетании с задержкой как раз и получается двузначность.

[volod]

О! Ну вобщем то принцмп действия РЛСБО с САР озвучен.

Наверно от жары мозги заплыли, ничего не понял...
Старый, вас не затруднит в тезисно в одном месте сформулировать основы РЛСБО с САР?
Что то меня смущает, но пока не пойму что...

Если на КА с ФАР, то она формирует уж никак не широкую лопату, а какую- то сканирующую диаграмму. Можно и лопату, но зачем распылять мощность и как анализировать суперпозицию пришедших откликов... Должна быть какая то импульсность работы. За счет чего синтезируется апертура? Пока почитаю, может что и встанет на место...

[Дмитрий Тарасов]

Давно хотел узнать: что такое "синтезированная апертура"?

А вот это вам никто не объяснит.

Старый, похоже ты не прав... Я попрубую объяснить.
Хотя пока писал уже флейма понакидали...

Точнее попрубую описать как я сам эту штуку понимаю, без глубокого забура в теорию радиотехнических сигналов, верхнюю математику и прочие премудрые науки. Постараюсь писать максимально просто, чтобы было понятно даже далёким от радиотехники товарищам.

Как работает "обычный" радар. Передатчик генерирует импульсы СВЧ энергии, антенна их излучает и принимает отраженный эхо-сигнал, приёмник его обрабатывает, устройство отображения визуализирует и в результате получается картинка, например местности находящейся под носителем радара (спутником).
Отчего зависит разрешающая способность такого радара?.

1) Разшешающая способность по дальности зависит от вида зондирующего сигнала - непрерывный или импульсный, с внутриимпульсной модуляцией или без неё, и алгоритма обработки этого сигнала в приёмнике. Для "обычного" радара и радара с синтезированной апертурой это всё происходит идентично и в дальнейшем не рассматривается.

2) Разрешающая способность по угловым координатам в первую очередь зависит от ширины луча антенны. Ширина луча антенны зависит от отношения длины волны к размеру излучающей апертуры (размер зеркала для зеркальных антенн). Пренебрегая всякими краевыми эффектами, влиянием отклонения профиля зеркала от теоретического можно утверждать, что ширина луча обратно пропорциональна размеру апертуры. Хочешь удвоить разрешающую способность радара - будь добр удвоить размер антенны. (С учётом указанных эффектов несколько более чем удвоить). Это увеличение естественно имеет ограниченные возможности, в первую очередь по конструктивно-производственным причинам.

Для понимания принципа действия "синтезированной апертуры" поясню принцип действия антенной решетки (фазированной антенной решетки - ФАР). Что есть антенная решетка? Антенная решетка - представляет собой совокупность излучателей возбуждаемых сигналами с согласованными фазами и амплитудами. В принципе принцып её действия прост: "Если много китайцев возьмут маленькие китайские фонарики и посветят в одно место, то получится большой прожектор".

На рисунке (я использовал первый минимально подходящий из имеющихся под рукой книг) изображена примерная схема РЛС с антенной решеткой.

Зондирующий сигнал с передатчика распределяется по 9-ти излучателям, причем на каждый излучатель подаётся строго определённая доля мощности и задаётся строго определённый фазовый сдвиготносительно других излучателей. (На практике антенными решетками с 9-ю излучателями не заморачиваюся, а число излателей начинается с нескольких десятков или сотен). Излучённые каждым излучателем (китайским фонариком) сигналы в результате интерференции в пространстве сложатся только в одном направлении. Ораженные эхо-сигналы также принимается всеми излучателями и после их сложения в приёмном тракте, максимальную величину будет иметь сигнал пришедший с главного направления. Разрешаюая способность такой антенной решетки зависит от индивидуальных свойств единичного излучателя и их колличества. В конечном счёте она также как и у апертурной антенны зависит от отношения длины волны к размеру антенной решетки. И имеет те же конструктивно-производственные ограничения максимального размера.

А теперь главный фокус - переход от реальной апертуры к виртуальной (синтезированной).
Рисунки рисовать не буду, попрубию объяснить на словах. И приведённого ранее рисунка убираем все излучатели кроме одного - центрального.
Помещаем эту конструкцию в точку где был самый правый по рисунку излучатель. Излучаем зондирующий импульс. Принимаем отражённый эхо-сигнал. Записываем его в любой форме - аналоговой или цифровой. Перемещаем нашу РЛС влево, в точку где был второй излучатель. Повторяем излучение - приём - запись. Далее повторяем всё по всем оставшимся семи точкам.
После этого имеющиеся девять записей сигналов суммируем так, как это присходило бы в реальной девятиэлементной антенной решетке. В результате такой обработки получится такой сигнал какой был бы если бы использовалась девятиэлементная решетка расположенная в точке где находится средний элемент. Первая строка изображени готова. Далее перемещаем нашу РЛС в следующую 10-ю точку. Излучение - приём - запись. Запись первого сигнала как уже не нужная выбрасывается. 2-й и последующие записи сигналов обрабатываются аналогично. Получается вторая строка изображения. Далее процесс повторяется.

Получился очень примечательный результат. Имея одиночный излучатель который перемещается в пространстве и устройства позволяющее запомнить некоторое колличество эхо-сигналов и выполнить их сложение, можно получить эффект такой же как от применения антенной решетки состоящей из N излучателей, где N - число обрабатываемых сигналов.
Максимальное колличество обрабатываемых сигналов ограничено во-первых стабильностью фазы задающего генератора передатчика, во-вторых мощностью устройства хранения и обработки сигналов.

Подобный способ обработки нескольких эхо-сигналов полученных в разных точках пространства и получил название - синтезированние апертуры. А сама область пространства в пределах которой производится накопление сигналов для их последующей обработки - синтезированная апертура.

ЗЫ: sleo дал правильную ссылку. Там всё правильно, хотя несколько длинно. К тому же описанный там оптический способ когерентной обработки давно всем прогрессивным человечеством заменён на цифровой.

[Старый]

Если на КА с ФАР,

Нет, о КА с РЛСБО. Антена у неё не обязательно ФАР, может быть и параболическая и рупорная и какая угодно. Вы Венеру-15/16 и Магеллан видели?

то она формирует уж никак не широкую лопату, а какую- то сканирующую диаграмму.

У РЛСБО с САР нет никакого сканирования. Забудьте это слово.

Можно и лопату,

Не лопату а метлу. Луч круглой в сечении формы.

но зачем распылять мощность

Потому что таким способом можно получить разрешение на несколько порядков лучше чем ширина луча. То есть типа ширина диаграммы 1 градус а угловое разрешение - 1 секунда. Попробуйте добиться такого другим способом?

и как анализировать суперпозицию пришедших откликов...

Элементарно! Причём без компьютеров и крутой электроники. Наводящий вопрос: вы когда нибудь эквалайзер видели?

Должна быть какая то импульсность работы.

Ну...

За счет чего синтезируется апертура?

За счёт движния носителя.

Пока почитаю, может что и встанет на место...

Удачи!

[Старый]

Помещаем эту конструкцию в точку где был самый правый по рисунку излучатель. Излучаем зондирующий импульс. Принимаем отражённый эхо-сигнал. Записываем его в любой форме - аналоговой или цифровой. Перемещаем нашу РЛС влево, в точку где был второй излучатель. Повторяем излучение - приём - запись. Далее повторяем всё по всем оставшимся семи точкам.
После этого имеющиеся девять записей сигналов суммируем так, как это присходило бы в реальной девятиэлементной антенной решетке.

Ничего общего с действительностью.

Получился очень примечательный результат. Имея одиночный излучатель который перемещается в пространстве и устройства позволяющее запомнить некоторое колличество эхо-сигналов и выполнить их сложение, можно получить эффект такой же как от применения антенной решетки состоящей из N излучателей,

Нет. Это не имеет ничего общего с принципом действия ФАР. Принцип действия ФАР основан вовсе не на суммировании нескольких разных сигналов. Принцип действия ФАР основан на суммировании сигналов с излучателей с определённой задержкой по времени (фазе), это позволят принимать сигнал пришедший только с определённого направления. Именно на этом принципе формипуется диаграмма направленности ФАР. Ваша теория не имеет ничего общего с реальной антенной решёткой.

Подобный способ обработки нескольких эхо-сигналов полученных в разных точках пространства и получил название - синтезированние апертуры. А сама область пространства в пределах которой производится накопление сигналов для их последующей обработки - синтезированная апертура.

Вы перепутали. Это не синтезированная, это реальная апертура. Несколько пространственно разнесённых  да ещё и неподвижных антенн работающих совместно образуют одну обычную антену. Её угловое разрешение будет равно разрешению антены с апертурой равной расстоянию между этими отдельными антенами. Про интерферометр со сверхдлинной базой слышали?
 Но увы, к РЛСБО с САР всё изложеное вами не имеет никакого отношения.

[бобры]

Старый, напишите же, наконец, единственно правильное (на ваш взгляд) и доступное для понимания объяснение!