У першому розділі наведено короткий огляд стану і обґрунтування застосування ВФ у різних задачах, які вирішуються за допомогою РТС. Даний розділ містить також основну теоретичну інформацію, необхідну для досягнення мети роботи і вирішення поставлених задач. Розглянуто основні поняття теорії АФ.

Показані особливості застосування ВФ в оптимальних алгоритмах просторово-часової обробки сигналів і формування зображень за допомогою РСА. Так, використання вагової обробки ЗС забезпечує зниження рівня бічних пелюсток (РБП) відгуку фільтра оптимальної обробки та відповідне підвищення ймовірності виявлення сигналів із великим динамічним діапазоном амплітуд, а формування АР поля в апертурах реальної та синтезованої антен у вигляді ВФ дозволяє отримати задану форму ДС РСА (наприклад, забезпечити мінімальний РБП у заданих напрямках для зменшення рівня проникних завад). Незважаючи на широке застосування вікон у цих алгоритмах, потенціальні можливості підвищення якісних показників таких систем шляхом удосконалення ВФ практично мало досліджені. Тому для визначення місця вікон в оптимальних алгоритмах проведено опис оптимізаційних задач обробки сигналів у класичних і модифікованих РСА. У дисертаційній роботі розглянуто окремо класичний і модифікований алгоритми обробки сигналів РСА. Головна відмінність між ними полягає у вихідному ефекті, який у першому випадку формує як РЛЗ оцінку комплексного коефіцієнта розсіювання (у вигляді реальної й уявної частин вихідного ефекту, його модуля або квадрата модуля), а у другому - питому ефективну площу розсіювання (при цьому в алгоритм формування вихідного ефекту РСА включено операцію декореляції вхідної послідовності) підстильної поверхні. На основі аналізу отриманих алгоритмів побудовані структурні схеми РСА, в яких визначено місце ВФ.

Наведено огляд та аналіз класичних вікон й існуючих ВФ, створених на основі класичних, а також на основі класичних і АФ (ВФ отримані з використанням АФ відносять до вікон Кравченка). Подано класифікацію ВФ за способом їх формування, у якій вікна поділяють на класичні з явним аналітичним описом і сконструйовані, що, у свою чергу, розділені на комбіновані з явним аналітичним описанням та алгоритмічні. До останніх запропоновано віднести ВФ, отримання яких базується на визначеному алгоритмі (наприклад, введення порога з подальшим згортанням самих із собою чи з іншими ВФ). Такі вагові вікна не завжди можна описати за допомогою простих аналітичних виразів. Але, як показав аналіз літератури та розрахунки, проведені у дисертаційній роботі, вони можуть забезпечити високі якісні показники роботи РТС.

У розділі було розглянуто конкретні приклади задач, вирішення яких потребує застосування ВФ і алгоритмів ковзного згладжування зображень, які формуються за допомогою РТС. При цьому аналіз впливу вікон, які застосовують у віконному перетворенні Фур'є, на якість визначення складових спектра одновимірних і багатовимірних сигналів (полів) виконаний у рамках задач непараметричного гармонічного аналізу. Проаналізовано також метод згладжування оцінок спектральних густин потужності завадових випадкових процесів, а також первинних РЛЗ на етапі вторинної обробки шляхом застосування методів, які базуються на перетворенні Фур'є.

Другий розділ дисертації присвячений розробці узагальнюючого алгоритму формування ВФ із застосуванням АФ, створенню на його основі нових вікон і визначенню їх параметрів. Побудовано таблицю цих ВФ та їх параметрів і проведено порівняльний аналіз із параметрами існуючих ВФ, за результатами якого обґрунтовано доцільність формування нових вікон шляхом застосування порогових і степеневих перетворень до АФ і АФ у комбінаціях з класичними ВФ. Однак аналіз показав, що таблиці для виявлення усіх особливостей вікон недостатньо, тому необхідно мати можливість їх візуального порівняння (наприклад, часто необхідно знати поведінку бічних пелюсток на усьому інтервалі частот). У роботі вибірково показані ВФ та їх Фур'є-образи, які дозволяють отримати вичерпну інформацію про особливості вагових вікон. Деякі з них - , та - показані на рис.1-3. Ці ВФ отримані шляхом перемноження класичних вікон Дольфа-Чебишева (Ч) з різними РБП, Хеммінга та АФ сім'ї , взятих на п'єдесталі та зведених до ступенів.

Із рис.1 випливає, що ВФ дозволяє зменшити РБП, а саме - першого на 9 дБ (з -46 до -55 дБ) у порівнянні з функцією Хеммінга, загальний РБП знижується на 3,5 дБ, а головна пелюстка розширюється на 2%. Порівнюючи вагові вікна та з функцією Чебишева (РБП -43 дБ) (рис.2 та 3), можна відзначити, що для першої спостерігається зниження бокових пелюсток починаючи з першої відповідно на 6, 3, 1,2 і 0,8 дБ, а рівень усіх наступних бічних пелюсток нижче приблизно на 0,5 дБ при розширенні головної пелюстки на 1,6. Для другої - розширення головної пелюстки становить 5,6%, однак перша пелюстка знижується до рівня -56 дБ, потім РБП досягає значення -44 дБ і швидко знижується до -55 дБ.

У розділі проаналізовано вплив розроблених ВФ на якість вирішення задач картографування поверхні за допомогою РСА. Для цього було потрібно попередньо визначити місце ВФ в оптимальних і квазіоптимальних алгоритмах синтезування апертури. Показано, що за деякими обмеженнями алгоритм класичного синтезування може бути представлений у вигляді

(1)

де - ДС бортової антени, перерахована до координат поверхні; - результат внутрішньоімпульсної обробки (узгодженої) -го прийнятого імпульсу; - період проходження імпульсів; - комплексна обвідна -го імпульсу; - адитивна суміш сигналу і завади на вході приймального тракту РСА (рівняння спостереження).

У результаті аналізу виразу (1) визначено, що ВФ можна вводити в алгоритми роботи РСА таким чином:

а) перемножити з опорним сигналом під знаком інтеграла при формуванні

,

де ВФ;

б) перемножити на функцію вікна і ЗС і опорний сигнал в (1);

в) перемножити на функцію вікна (1) ДС , яка бере участь у міжперіодному накопиченні імпульсів, що відповідає зміні обвідної азимутальної пачки імпульсів

;

г) перемножити на функцію вікна і АР бортової антени і опорний сигнал під знаком суми у (1). При цьому добуток функції вікна у функції має відповідати результуючому АР (як образи Фур'є).

Оптимальними за методом максимуму правдоподібності будуть операції б і г.

При використанні модифікованого синтезування апертури оптимальний вихідний ефект у рамках методу максимуму правдоподібності може бути описаний за допомогою виразу

(2)

де

- опорний сигнал;

- комплексна обвідна рівняння спостереження;

- енергія опорного сигналу;

- обернена автокореляційна функція завад;

- функція невизначеності (ФН) РСА;

- спектральна густина потужності завад.

Методика введення вагових вікон при цьому залишається такою ж, як і раніше при аналізі класичного синтезу апертури.

В розділі наведені результати моделювання процесу картографування поверхні з використанням класичних і модифікованих РСА при застосуванні вагової обробки класичними та розробленими ВФ на основі АФ ЗС та АР реальних і синтезованих апертур (відповідно до операцій б і г). Для цього був розроблений алгоритм формування РЛЗ, який відповідає фізичній суті формування реальних РЛЗ.

На рис. 4 та 5 показані результати моделювання РЛЗ із використанням класичної та модифікованої РСА при однакових вихідних даних, а саме ЗС - сигнал з лінійною частотною модуляцією (коефіцієнт стиснення ), обвідна у вигляді вікна , АР полів у реальній та синтезованій апертурі - , висота польоту РСА - м; огляд у боковому напрямку; довжина вздовжфюзеляжної антени м; довжина хвилі м; тривалість ЗС нс.

На рис. 5 і 6 зверху вниз зображено: ФН РСА, первинне РЛЗ та його зріз по азимуту, фільтроване РЛЗ та його зріз по азимуту.

Узагалі під час моделювання використано 24 різні комбінації вагових вікон. Порівняння результатів обробки здійснювалося за критеріями середньомодульного () та середньоквадратичного відхилень () від тестового зображення, а також порівняння у нормі просторів Соболєва за дальністю та азимутом . Разом з аналізом вказаних критеріїв виконувалося і візуальне порівняння. У результаті виявлено, що застосування вагової обробки ЗС та АР полів реальної та синтезованої антен призводить до погіршення роздільної здатності РЛЗ. Однак динамічний діапазон РЛЗ, отриманих із використанням вагової обробки в алгоритмах РСА, збільшується, що приводить до поліпшення якості візуального сприйняття зображень. При аналізі результатів моделювання обґрунтовано доцільність застосування модифікованого синтезу апертури з використанням вагової обробки вікнами на основі АФ. Так, у випадку застосування ЗС з лінійною модуляцією (коефіцієнт стиснення - 10) і АР відповідно у вигляді вікон та , використання алгоритмів модифікованого синтезу апертури дозволяє зменшити на 28%, а і - більш ніж на 53% у порівнянні з показниками, отриманими при застосуванні класичного синтезу апертури.

У третьому розділі дисертаційної роботи досліджені якісні показники селекції повітряних і підповерхневих об'єктів у середовищах з високою проникною здатністю за допомогою трикоординатних багатопроменевих РТС із синтезом апертури. До таких середовищ, зокрема, відносяться льодові покриви Антарктиди, дослідження яких методами ДЗ виконувалися відповідно до НДР «Методи й технології дистанційного дослідження поверхневих і підповерхневих середовищ із підвищеною проникною здатністю для радіохвиль» Д 501-40/2006 (№Д/Р 0106U001067).

Показано, що застосування розроблених ВФ в алгоритмах підповерхневого картографування (ППК) чи селекції повітряних цілей (СПЦ) на фоні пасивних завад дозволяє підвищити ступінь виділення заданого середовища. Для оцінювання місця ВФ у трикоординатних багатопроменевих РСА необхідно було вирішити оптимізаційні задачі синтезу алгоритмів просторово-часової обробки сигналів, відбитих від поверхневого та підповерхневих середовищ, а також для випадку, коли верхній шар є завадовим.

Вагова обробка АР необхідна для зниження високого РБП парціальних ДС. Для вирішення задачі зниження бічних пелюсток відгуку узгодженого фільтра при використанні сигналу з лінійною частотною модуляцією також використовують вагову обробку ЗС РЛС. Відповідно на приймальній стороні в процедуру оптимальної обробки (узгоджений фільтр або кореляційний приймач) вводять вагову обробку опорного сигналу функціями, що використані як обвідна ЗС. На заключному етапі формування синтезованого променя для зниження РБП синтезованої ДС вводять вагову обробку траєкторного сигналу.

При використанні ВФ як обвідних ЗС, траєкторних сигналів і АР поля в апертурі антени оптимальний вихідний ефект системи в рамках методу максимуму правдоподібності може бути записаний у вигляді

де - ВФ, яка описує форму обвідної траєкторного сигналу; комплексна обвідна опорного сигналу ; комплексна обвідна рівняння спостереження ; и - ВФ, які використовують як обвідні ЗС і АР поля в апертурі реальної антени.

Оптимальний вихідний ефект модифікованого синтезу апертури при ППК можна навести у такому вигляді:

(5)

Структурна схема РЛС, в якій реалізовано алгоритм (5), показана на рис. 6, яка включає в себе антенну решітку (АнР), блок вагової обробки АР для формування заданої форми ДС реальних антен, блок просторової компенсації завад (БПКЗ), у якому здійснюється просторове вибілювання перешкод оператором . Це блок матричного множення матриці на вектор комплексних амплітуд прийнятого поля . Результуючі сигнали надходять у діаграмостворюючу схему (ДСС), що виконує просторове дискретне перетворення Фур'є. У ДСС також здійснюється паралельний або послідовний огляд поверхні шляхом формування сім'ї променів, що покриває заданий сектор огляду або шляхом сканування. Це операції фокусування, в результаті якого формується ДС, максимуми яких спрямовані на елементи з координатами , а мінімуми (провали) - на елементи з координатами верхньої кромки поверхні.

У блоці часової компенсації завад (БЧКЗ) здійснюється регулювання коефіцієнтів підсилення приймачів або їх стробування, яке різко знижує коефіцієнт підсилення або замикає приймач у моменти приходу імпульсів від верхнього покриву поверхні. У блоці узгодженої фільтрації за дальністю (БУФД) здійснюється накопичення імпульсів дальності з урахуванням вагової обробки за допомогою вагових функцій із БВФ ЗС. У блоці часової селекції сигналів (БЧСС) сигнали, відбиті від заданого шару, групуються по дальностях, які відповідають заданій глибині підповерхневого шару. Ці дальності визначаються формулою , де - висота польоту літака. У БУФА здійснюється синтез апертури по кожному променю в режимі паралельного огляду або синхронно зі скануванням у режимі послідовного огляду поверхні. При виконанні операції узгодженої фільтрації по азимуту для зниження РБП синтезованої ДС вводять операцію вагової обробки траєкторних сигналів, для чого на вхід блока узгодженої фільтрації по азимуту (БУФА) надходять вагові коефіцієнти із блока вагових фільтрів траєкторного сигналу (БВФ ТС). Дані вимірника висоти необхідні для визначення дальностей до точок верхнього покриву земної поверхні, який є джерелом відбитих завадових сигналів, а також дальності до підповерхневого шару, розташованого на глибині .

Далі у роботі як кількісну оцінку ступеня селекції заданого шару при ППК чи повітряного об'єкта при СПО використано коефіцієнт контрасту (КК), який являє собою відношення потужності сигналу до потужностей пасивних завад, обумовлених відбиттями від верхнього шару поверхні, на виході радіолокаційної системи після відповідної обробки. КК можна подати у факторизованому вигляді

Страницы: 1, 2, 3