книги из ГПНТБ / Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций)

Таким образом, схемы определения параметров -поляризации для решения задач поляризационной селекции и распознавания легко сочетаются с системой когерентной обработки сигналов.

При этом различные преобразования сигналов, связанные с их по­ ляризационными свойствами, могут выполняться не в антенно-фи­ дерной системе РЛС, а в ее приемном тракте.

52

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

§ 4 . 1 . ПРИНЦИПЫ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ

Трудности когерентной обработки сигналов для формирования

радиолокационного изображения обусловлены необходимостью испол-

зования очень большого количества информации.

ки изображения необходимо запомнить, а затем проинтегрировать

позволяющим фиксировать сигналы при столь большом объеме ин­ формации, являются устройства с оптической записью. Сигнал 6

выхода приемника записывается на фотопленку аналогично тому,

с действительными очертаниями местности. Далее пленка просвечи­ вается световым потоком, который с помощью специальных оптиче­ ских устройств формирует на другой, вторичной пленке изображе­ ние обозреваемой местности.

Оптические устройства для обработки сигналов бывают двух типов. Одни из них работают по принципу коррел(метров, позво­ ляя получать функцию взаимокорреляции двух изображений. Другие-

преобразуют сигналы в спектр, или наоборот, и осуществляют оп­ тимальную фильтрацию сигналов, переносимых световым потоком, оптическими фильтрами.

53

В устройствах первого типа могут применяться источники све ­ т а , излучающие множество гармонических составляющих со случай­ ными фазовыми соотношениями. В соответствии с этим такие уст­ ройства оптической обработки называют некогерентными. Однако выполняемые ими преобразования могут учитывать фазовые соотно­ шения сигналов. Оптические устройства второго типа, называемые когерентными, используют дифракционные явления, и поэтому прин­ ципиально работают лишь с источниками монохроматического св ета .

I . Принцип действия некогерентного оптического коррелометра

Предположим, что в плоскости I —I , перпендикулярной оси ъ линзы, расположено светящееся изображение некоторой функции

и ( х , ц ) . Обычно это изображение представляет собой диапози­ тив (п ленку), который просвечивается равномерным световым по­ током ( р и с .4 .1 ) .

г

U(x,y) А(х,у)

Р и с .4 .1 . Схема оптического коррелометра

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля каждый элемент изображе­

ния является источником сферической волны, т . е . излучает свет

54

Когда пучок параллельных лучей, промодулированный функцией

U { x , y ) A { x , y )

функция А ( х , у ) имеет некоторый пространственный сд ви г, опре­

деляемый наклоном рассматриваемого пучка параллельных лучей.

Лишь для светового потока, направленного вдоль оси г , сдвиг между изображениями отсутствует.

Далее с помощью линзы, расположенной на пути светового по­

тока, каждый пучок параллельных лучей собирается в отдельную

точку фокальной плоскости. Яркость свечения каждой точки про­

порциональна суммарному потоку в данном направлении, т . е . про­ порциональна интегралу произведения функций V и А при

определенней сдвиге между ними.

Таким образом, распределение яркости в фокальной плоскости

Самая яркая точка в фокальной плоскости указывает взаимное смещение изображений, при котором они в наибольшей мере напо­ минают друг друга. Одинаковые и одинаково расположенные изобра­ жения дают наиболее яркую светящуюся точку в главном фокусе линзы.

2 . Принцип действия когерентных оптических

УСТРОЙСТВ

Оптические устройства обладают одним очень интересным и полезным свойством. Они позволяют простыми средствами осущест­ влять преобразования Фурье для. сложных сигналов. Рассмотрим,

как это преобразование производится обычной линзой.

Пусть плоский фронт волны монохроматического света падает на транспарант, который расположен в фоквльной плоскости I - I

линзы (рис. 4 . 2 ) . Транспарант представляет собой сетку затем -

55

56

светлые точки появляются только при наличии дифракционной ре­

Аналогичным образом можно пользоваться, понятием угловой про­

странственной частоты сох = ^ f-

Таким образом, задав распределение света в фокальной плос­

кости линзы, соответствующее амшштудно модулированному коле­

Каждая такая составляющая дает пару засветов во второй фокаль­ ной плоскости в соответствии с пространственной частотой данной

гармонической составляющей. Совокупность всех элементарных за­

Рис.4 .3 . Схема оптического преобразования сигнала в спектр

57

ходных сигналов приемника в функции перемещения РЛС и расстоя­ ний. Другой диапозитив с эталонным изображением сигнала одиноч­ ной точечной цели, воспроизведенным для различных элементов

Р и с ,4 Л . Последовательные преобразования "сигнал-спектр"

оба диапозитива, пропорционален произведению нанесенных на них функций; фокусировка этого потока в одну точку соответствует операции интегрирования.

Диапозитив-фильтр может по-разному размещаться в оптической

систем е. Если он располагается в плоскости, где формируется изображение, воспроизводящее непосредственно сигнал, то он дол­ жен соответствовать априорному значению сигнала одиночной цели.

Световой поток, собранный линзой, распределяется в фокальной плоскости в соответствии с выражением ( 2 . 8 ) .

Если диапозитив-фильтр установлен в плоскости, где форми­

руется спектр сигнала, то нанесенное на нем изображение должно соответствовать спектру сигнала одиночной точечной цели. Такая

равноценны. Отличаются они лишь видом используемого оптическо­ го фильтра и местом его расположения.

58

Целесообразность применения устройства того или иного вида зависит от сложности фильтра. Очень часто оптимальным фильтром для одной из фокальных плоскостей может служить небольшое от­ верстие или щель в непрозрачном экране. В то же время в другой фокальной плоскости требуется применять фильтр очень сложного вида. Этим и определяется выбор рациональной схемы оптической обработки.

Для формирования радиолокационного изображения в РСА можно применять как когерентные оптические системы, так и корреломет­ ры с некогерентнын источником. Однако преимущество бесспорно следует отдать первым.

Дело в том, что при использовании некогерентного источника на диапозитиве нельзя воспроизводить изображение с очень мел­ кой структурой. Такое изображение будет действовать как дифрак­ ционная решетка, по-разному преломляя лучи с разной длиной волны. В то же время по указанным ранее причинам первичная пленка должна быть до предела заполнена информацией. Этим и определяется необходимость применять для формировании радиоло­ кационного изображения земной поверхности оптические устройства дифракционного типа, работающие с монохроматическим когерентным источником св ета .

§ 4 . 2 . ПРИНЦИП ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Рассмотрим, как дифракционные принципы преобразования сиг­ налов используются для формирования радиолокационного изображе­ ния. Предварительно, для того чтобы охарактеризовать вид изо­ бражения сигналов, поступающего на систему оптической обработ­ ки, еще раз напомним, как производится запись на первичной пленке.

На экране электронно-лучевой трубки прочерчивается строка развертки дальности; яркость свечения экрана модулируется в соответствии с выходными сигналами приемника. Линия развертки проектируется оптической системой на фотопленку, которая про­ тягивается пропорционально движению носителя РЛС.

После химической обработки на пленке остается запись в виде примыкающих друг к другу строк дальности. Вдоль пленки воспро­ изводится перемещение РЛС, в поперечном направлении - расстоя­ ние до цели. При наблюдении одиночного объекта распределение

59

яркости в направлении, перпендикулярном строкам, воспроизводит

закон изменения сигнала в функции перемещения РЛС.

Характерная особенность записи сигналов фотографическим

способом состоит в том, что фотоизображение воспроизводит лишь однополярную записываемую величину. Прозрачность пленки или,

наоборот, количество отложившегося в ней темного слоя серебра изменяется от нуля в одном направлении. В то же время сигналы

когерентных РЛС и в том числе сигналы на выходе фазового де­ тектора дцуполярны.

Поэтому некоторое значение яркости фотоизображения условно

принимается за нуль. Более высокие уровни яркости считаются

положительными, меньшие - отрицательными.

К сигналам ( 2 .6 ) и (2 .7 ) на выходе фазовых детекторов до­

бавляется некоторая постоянная составляющая, т . е . записывается сигнал

Эти временные функции превращаются в пространственную пере­ менную, определяющую коэффициент пропускания света в текущей точке пленки. Для данного элемента дальности, где расположена цель, эта функция выражается*)

ВМ ) - kUe+ к Uco{xMx) cos у ( х М х )

или

8s(x)=kUQ+ kU$o(xMx)sin y ( х M J ,

гд е к - коэффициент передачи устройства записи;

Мх - масштаб записи сигнала на фотопленке в направлении

протяжки.

Пространственная частота колебаний прозрачности пленки

F[x) =

При отсутствии специальной амплитудной коррекции яркость зэсветов пропорциональна мощности сигнала, так как количество разложившегося химического вещества фотопленки пропорционально энергии светового облучения.