На рис.5-8 азимутальное направление показано сверху вниз, а по наклонной дальности - слева направо. Разрешение по наклонной дальности дециметрового локатора 22,5 м, а по азимуту примерно 10 м.
В частности, в результате применения адаптивной коррекции радиоизображения повтор объекта 1 на рис.5 и 6 отсутствует. Периодическая структура, отмеченная цифрой 2 на обоих рисунках, осталась практически без изменения. При вычислении корректирующих коэффициентов использовалась спектральная оценка, показанная на рис.3.
На рис. 7 и 8 показано применение адаптивной коррекции изображения когерентного самолетного локатора метрового диапазона длин волн ( м.). Элемент разрешения для изображений рис.7 и 8 составляет 15х37.5 м.
Рис.7. Фрагмент радиоизображения местности без коррекции
Рис.8. Фрагмент радиоизображения местности после обработки алгоритмом с коррекцией траекторных ошибок
Отклики периодической структуры, обозначенные на рис.7 цифрой 1, на участке, где самолет изменял параметры полета, размазаны в азимутальном направлении. На рис.8 показан этот же участок местности при синтезировании с алгоритмом адаптивной коррекции параметров полета. Как видно из рис.8, отклики от целей на участке 1 приняли форму, аналогичную откликам на участке 2. Кроме того, яркие сплошные линии, представляющие собой отклики от лесополос, прорисованы на рис.8 с более высокой детализацией чем на рис.7.
Кроме визуальной оценки синтезированных изображений подстилающей поверхности в качестве оперативного критерия можно предложить сравнительный анализ радиолокационных контрастов вдоль строки записи сигнала на протяжении всего сеанса работы. (Здесь под строкой понимается запись траекторного сигнала вдоль линии полета.) Так, на рис. 9 показан результат синтезирования одной строки стандартным алгоритмом без коррекции и на рис. 10 ? с учетом коррекции траекторных ошибок.
Рис. 9. Результат синтезирования 208-го строба дальности дециметрового локатора стандартным алгоритмом
Рис. 10. Результат синтезирования 208-го строба дальности дециметрового локатора с учетом коррекции траекторных ошибок
Для удобства сравнения масштаб амплитуд откликов от целей по оси ординат на рис.9 и рис.10 линейный, и амплитуды откликов нормированы к максимуму на рис.10. Общее время записи составляло 300 с при скорости самолета 487 км/час. Наклонная дальность до выбранного строба составляла 13680 м, а интервал синтезирования ? 1,8 с. Применение алгоритма адаптивной коррекции практически на всем протяжении полета приводит к увеличению радиолокационных контрастов на 10 - 20 %, а по отдельным целям (например рис.10, цель в интервале между 70 и 90 с полета) амплитуда отклика от одиночной цели возрастает почти 1,5 раза.
Обобщенная структурная схема алгоритма адаптивной коррекции показана на рис.11. Процедура обработки искаженных участков радиоизображений подстилающей поверхности состоит в том, что исходная когерентная запись траекторного сигнала подвергается предварительному Фурье анализу, и одновременно отсчеты траекторного сигнала сохраняются в элементах памяти. В частности, при создании спецпроцессоров бортовой обработки РСА сигналов это могут быть сдвиговые регистры, а при наземной - накопители на жестких дисках, имеющие соответствующий объем памяти.
Рис.11. Структурная схема алгоритма коррекции траекторных ошибок
Затем с целью снижения дисперсии флуктуационной составляющей спектральных отсчетов выполняется усреднение по нескольким соседним стробам дальности. Полученную таким образом спектральную оценку подвергают полиномиальной аппроксимации, и результирующий полином исследуют на экстремум при помощи рекуррентной двухшаговой процедуры. Выбор двухшаговой рекуррентной процедуры обусловлен необходимостью компромисса между скоростью сходимости и объемом вычислений, приходящихся на одну итерацию.
Выводы
Таким образом, путем увеличения вычислительных затрат (примерно на 30% на каждый интервал синтезирования) на анализ траекторного сигнала и вычисление корректирующих коэффициентов опорной функции удается построить автономный адаптивный алгоритм коррекции траекторных ошибок, обусловленных маневром носителя РСА. Как показала практика, применение такого алгоритма позволяет повысить амплитуду отклика от отражателей на поверхности до 1,5 раз и повысить разрешающую способность на отдельных участках почти вдвое по сравнению с традиционным алгоритмом синтезирования. Скорость сходимости рекуррентной процедуры вычисления траекторных ошибок пропорциональна геометрической прогрессии и в каждом конкретном случае зависит от величины начального смещения экстремума от нуля и в общем случае от дисперсии флуктуационной компоненты. Для представленных в работе реальных записей сигнала алгоритм аппроксимации давал приемлемые в смысле визуального качества коррекции изображений оценки смещений скорости и ускорения за 30-40 итераций. Ускорить процедуру можно путем оптимизации параметров в алгоритме (8).
Литература
1. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / Под ред. В.Т. Горяинова - М.: Радио и связь, 1988 - 304с.
2. Томиясу К.. Радиолокационные станции с синтезированием апертуры и их применение для отображения поверхности океана // Тр. ин-та инж. по электротехнике и радиоэлектронике. - 1978. - 66, № 5. - С.40 - 67.
3. Ицхоки Я.С., Сазонов Н.А., Толстов Е.Ф. Основные характеристики РСА при произвольном движении летательного аппарата // Радиотехника и электроника. - 1984.-29, №11. -С.2164-2172.
4. Hounam D. Motion Errors and Compensation Possibilities // AGARD Lecture Series 182. Fundamentals and Special Problems of Synthetic Aperture Radar (SAR). -1992. - P. 31 - 42.
5. Moreira J.A. A New Method of Aircraft Motion Error Extraction from Radar Raw Data for Real Time SAR Motion Compensation. // Proc., IGARSS Symposium, Vancover, Canada. -1999. - Р. 1- 7.
6. Сытник О.В., Кабанов А.В., Ефимов В.Б. и др. Критерий качества радиолокационного изображения когерентных систем дистанционного зондирования // «Космічна наука і технологія». :Тез. Докл. 2002.- 8, №2/3. - С.287 - 288.
7. Cumming I., Wong F., Hawkins R. RADARSAT-1 Doppler Centroid Estimation Using Phase Based Estimators // Proc., IGARSS Symposium, -2002. - Р. 1-3.
8. Sharif A. H. A., Cumming I. Centroid Estimation for Azimuth-Offset SARs // Proceedings of the IEEE National Aerospace and Electronics Conference, NAECON'95,- 1995, Dayton, Ohio, May 22-26,- P. 134-139.
9. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / Пер. с англ. Под ред. С.И. Рыжака- М.: Мир, 1990. - 584 с.
10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Наука, 1981. - 720 с.
11. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию. - М.: Наука, 1983. - 384 с.
12. Hounam D. Motion Errors and Compensation Possibilities // AGARD Lecture Series 182. Fundumentals and Special Problems of Synthetic Aperture Radar -- August 1992. - pp. 3.1-3.11.