სინთეტიკური დიაფრაგმის რადარი. რადარის დანიშნულება და მშენებლობა სინთეზური დიაფრაგმის ანტენით

სინთეტიკური დიაფრაგმის რადარი (SAR)- ეს არის მეთოდი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ დედამიწის ზედაპირისა და მასზე მდებარე ობიექტების სარადარო გამოსახულებები, მიუხედავად მეტეოროლოგიური პირობებისა და ტერიტორიის ბუნებრივი განათების დონისა, აეროფოტოსურათებთან შედარებული დეტალებით.

რადარის გამოსახულების მიღების მახასიათებლები

ტერიტორიის რადარის გამოსახულების (RL) მისაღებად უმარტივესი გზაა რეალური სხივის რეჟიმის გამოყენება, როდესაც გადამზიდავ თვითმფრინავზე დამონტაჟებული რადარი ამოწმებს დედამიწის ზედაპირს ანტენის ჰორიზონტალურ სიბრტყეში სკანირებით, მაგალითად, სექტორში. ±90° სიჩქარის ვექტორის მატარებელთან შედარებით. ამ შემთხვევაში რელიეფის გამოსახულება დათვალიერების ზონაში შეიმჩნევა სექტორის სახით ±90°, მაქსიმალური რადიუსით რადარის დიაპაზონის ტოლი. ამ რეჟიმის მთავარი მინუსი არის აზიმუტის დაბალი გარჩევადობა, რომელიც არათანმიმდევრული დამუშავების დროს განისაზღვრება ჰორიზონტალურ სიბრტყეში რეალური ანტენის რადიაციული ნიმუშის (RP) სიგანით. DN სიგანე $(\Theta)_(az)$ დამოკიდებულია ანტენის ჰორიზონტალურ ზომაზე $დ$ (დიფრაგმა) და რადარის მიერ გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური რხევების ტალღის სიგრძე: $(\Theta)_(az)=\ლამბდა / დ$ . ამავდროულად, ხაზოვანი აზიმუტის გარჩევადობა იზრდება დახრილი დიაპაზონის პროპორციულად. მაგალითად, ტალღის სიგრძეზე $\ლამბდა=3$ სმ და ანტენის ზომა 150 სმ სხივის სიგანე $(\თეტა)_(აზ)=1,15$ ° და 120 კმ დიაპაზონში ხაზოვანი გარჩევადობა იქნება დაახლოებით 2,5 კმ. ასეთი დაბალი გარჩევადობა იწვევს იმ ფაქტს, რომ გამოსახულებაში მხოლოდ დიდი ობიექტების ნიშნები (ხიდები, დასახლებები, გემები) შეინიშნება.

მაღალი აზიმუტის გარჩევადობის მისაღებად საჭიროა ანტენის გამოყენება დიდი დიაფრაგმის ზომით. თვითმფრინავზე დიდი ანტენების განთავსება შეუძლებელია, ამიტომ აზიმუტის გარჩევადობის უზრუნველსაყოფად, ვიდრე რეალური ანტენის სხივის სიგანით განსაზღვრული, გამოიყენება თანმიმდევრული მუშაობის რეჟიმები, რაც შესაძლებელს ხდის შექმნას უფრო დიდი (1000) სინთეზირებული დიაფრაგმა. ან მეტჯერ) ზომა.

SAR-ის არსი

დაწერეთ მიმოხილვა სტატიაზე "რადარის დიაფრაგმის სინთეზი"

ლიტერატურა

მრავალფუნქციური თვითმფრინავების სარადარო სისტემები. T.1. რადარი არის საინფორმაციო საფუძველი მრავალფუნქციური თვითმფრინავების საბრძოლო მოქმედებებისთვის. რადარის სიგნალების პირველადი დამუშავების სისტემები და ალგორითმები / ედ. A.I. Kanashchenkova და V.I. - მ.: რადიოინჟინერია, 2006. - 656გვ. - ISBN 5-88070-094-1.
კონდრატენკოვი, გ.ს.დედამიწის კვლევის რადარები / G. S. Kondratenkov, V. S. Potekhin [და სხვ.]. - მ.: რადიო და კომუნიკაცია, 1983. - 272გვ.
ანტიპოვი, ვ.ნ.სარადარო სადგურები ანტენის დიაფრაგმის ციფრული სინთეზით / V. N. Antipov, V. T. Goryainov [და სხვ.]. - მ.: რადიო და კომუნიკაცია, 1988. - 304გვ. - ISBN 5-256-00019-5.
დუდნიკი, პ.ი.მრავალფუნქციური სარადარო სისტემები: სახელმძღვანელო. სახელმძღვანელო უნივერსიტეტებისთვის / P. I. Dudnik, A. R. Ilchuk [და სხვ.]. - M.: Bustard, 2007. - 283გვ. - ISBN 978-5-358-00196-1.
- 2010

ბახრახ ლ.დ.ახლო ზონაში რადიაციული სისტემების პარამეტრების გაზომვის მეთოდები / Bakhrakh L.D - Leningrad: Nauka, 1985. - 272 გვ.

საფრონოვი გ.ს.შესავალი რადიოჰოლოგრაფიაში. - მ.: სოვ. რადიო, 1973. - 288გვ.

ბმულები

ამონაწერი, რომელიც ახასიათებს რადარის დიაფრაგმის სინთეზს

ნაპოლეონმა 25 აგვისტოს მთელი დღე, როგორც მისი ისტორიკოსები ამბობენ, ცხენზე გაატარა, ათვალიერებდა ტერიტორიას, განიხილავდა მარშლების მიერ მისთვის წარდგენილ გეგმებს და პირადად აძლევდა ბრძანებებს თავის გენერლებს.
რუსული ჯარების თავდაპირველი ხაზი კოლოჩას გასწვრივ დაირღვა და ამ ხაზის ნაწილი, კერძოდ, რუსული მარცხენა ფლანგი, უკან დაიხიეს 24-ში შევარდინსკის რედუტის დაკავების შედეგად. ხაზის ეს ნაწილი არ იყო გამაგრებული, აღარ იცავდა მდინარეს და მის წინ მხოლოდ უფრო ღია და თანაბარი ადგილი იყო. ყველა სამხედრო და არასამხედრო პირისთვის ცხადი იყო, რომ ხაზის ამ ნაწილს ფრანგები უნდა დაესხნენ თავს. როგორც ჩანს, ამას ბევრი მოსაზრება არ სჭირდებოდა, არ იყო საჭირო იმპერატორისა და მისი მარშალების ასეთი ზრუნვა და უბედურება, და საერთოდ არ იყო საჭირო ის განსაკუთრებული უმაღლესი უნარი, რომელსაც გენიოსობა ჰქვია, რომელიც ასე მოსწონთ ნაპოლეონს მიაწერონ; მაგრამ ისტორიკოსები, რომლებმაც მოგვიანებით აღწერეს ეს მოვლენა, და ნაპოლეონის გარშემო მყოფი ხალხი და თავად ის, სხვაგვარად ფიქრობდნენ.
ნაპოლეონმა მანქანით გაიარა მოედანი, დაფიქრებულმა შეხედა ტერიტორიას, თავი დაუქნია თავის თავს მოწონების ან ურწმუნოების ნიშნად და ისე, რომ არ აცნობა მის გარშემო მყოფ გენერლებს გააზრებული ნაბიჯის შესახებ, რომელიც ხელმძღვანელობდა მის გადაწყვეტილებებს, მათ მხოლოდ საბოლოო დასკვნები გადასცა ბრძანებების სახით. . მოისმინა დავაუთის წინადადება, რომელსაც ეკმულის ჰერცოგი ეძახდნენ, რუსეთის მარცხენა ფლანგის გვერდის ავლით, ნაპოლეონმა თქვა, რომ ამის გაკეთება არ იყო საჭირო, იმის ახსნის გარეშე, თუ რატომ არ იყო საჭირო. გენერალ კომპანის წინადადებაზე (რომელიც უნდა დაესხას ფლაშებს) თავისი დივიზიის ტყის გავლით წარმართვა, ნაპოლეონმა გამოთქვა თანხმობა, მიუხედავად იმისა, რომ ელჩინგენის ე.წ. ტყეში მოძრაობა სახიფათო იყო და შეიძლება დაარღვიოს დივიზია.
შევარდინსკის რედუქტის მოპირდაპირე ტერიტორიის დათვალიერების შემდეგ ნაპოლეონმა ცოტა ხანი იფიქრა ჩუმად და მიუთითა ისეთ ადგილებზე, სადაც ხვალისთვის ორი ბატარეა უნდა დადგმულიყო რუსული სიმაგრეების წინააღმდეგ სამოქმედოდ და ის ადგილები, სადაც საველე არტილერია უნდა განლაგებულიყო. მათ.
ამ და სხვა ბრძანებების გაცემის შემდეგ, იგი დაბრუნდა თავის შტაბში და ბრძოლის განკარგულება დაიწერა მისი კარნახით.
ეს განწყობა, რომელზეც ფრანგი ისტორიკოსები ხალისით საუბრობენ, ხოლო სხვა ისტორიკოსები ღრმა პატივისცემით, ასეთი იყო:
„გათენებაზე, ორი ახალი ბატარეა, რომელიც აშენდა ღამით, ეკმულის პრინცის მიერ ოკუპირებულ დაბლობზე, ცეცხლს გაუხსნის მოწინააღმდეგე მტრის ორ ბატარეას.
ამავდროულად, 1-ლი კორპუსის არტილერიის უფროსი, გენერალი პერნეტი, კომპანის დივიზიის 30 იარაღით და დესისა და ფრანტის დივიზიების ყველა ჰაუბიცით, წინ მიიწევს, გახსნის ცეცხლს და დაბომბავს მტრის ბატარეას ყუმბარებით. რომელსაც ისინი იმოქმედებენ!
24 მცველი საარტილერიო იარაღი,
კომპანის დივიზიის 30 თოფი
და Friant და Dessay დივიზიების 8 იარაღი,
სულ - 62 იარაღი.
მე-3 კორპუსის არტილერიის უფროსი, გენერალი ფუში, მე-3 და მე-8 კორპუსების ყველა ჰაუბიცას, სულ 16, დააყენებს ბატარეის ფლანგებზე, რომელსაც ენიჭება მარცხენა საფორტიფიკაციო დაბომბვა, რომლის წინააღმდეგ სულ 40 იარაღი იქნება. ის.
გენერალი სორბიერი პირველივე ბრძანებით მზად უნდა იყოს გვარდიის არტილერიის ყველა ჰაუბიცით ამა თუ იმ ფორტიფიკაციის წინააღმდეგ წასასვლელად.
აგრძელებს ჭავლს, პრინცი პონიატოვსკი გაემართება სოფლისკენ, ტყეში და გვერდის ავლით მტრის პოზიციას.
გენერალი კომპანი გადავა ტყეში, რათა დაეუფლოს პირველ გამაგრებას.
ამ გზით ბრძოლაში შესვლისას ბრძანებები გაიცემა მტრის მოქმედებების მიხედვით.
მარცხენა ფლანგზე ქვემეხი დაიწყება როგორც კი მარჯვენა ფრთის ჭავლი გაისმის. მორანის დივიზიისა და ვიცე-მეფის დივიზიის მსროლელები ძლიერ ცეცხლს გაუხსნიდნენ, როდესაც დაინახავდნენ მარჯვენა ფრთის შეტევის დაწყებას.
ვიცე-მეფე დაიპყრობს სოფელს [ბოროდინს] და გადაკვეთს მის სამ ხიდს, იმავე სიმაღლეზე მიჰყვება მორანდისა და ჟერარდის დივიზიებს, რომლებიც მისი ხელმძღვანელობით გაემართებიან რედუტისკენ და შევლენ ხაზში დანარჩენებთან ერთად. არმია.

ანტენის დიაფრაგმის სინთეზი რადარის განვითარების ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული სფეროა, რომელიც გამოჩნდა 50-იანი წლების ბოლოს და მაშინვე მიიპყრო ფართო ყურადღება. ამ მიმართულების მთავარი უპირატესობა არის რადარის კუთხური გარჩევადობის მრავალჯერადი (1000 ან მეტჯერ) ზრდა. ეს უზრუნველყოფს რადარის ობიექტების რადიო ხედვისა და მცირე ობიექტების გამოვლენის შესაძლებლობას, ზრდის სამიზნე აღნიშვნის სიზუსტეს და რადარის ხმაურის იმუნიტეტს. ამ ტერიტორიის განვითარების პირველ ეტაპზე მთავარი წარმატებები მიღწეული იქნა საჰაერო და კოსმოსური დაზვერვის ეფექტურობის მნიშვნელოვნად გაზრდის საქმეში. შემდგომში, დიაფრაგმის სინთეზის მეთოდების გამოყენება დაიწყო სადაზვერვო და დარტყმის კომპლექსებში, მრავალფუნქციური თვითმფრინავის რადარებში მცირე და ჯგუფური სამიზნეების აღმოსაჩენად და მათზე მართვადი იარაღის მითითებით, დაგეგმილ სათვალთვალო რადარებში, ელექტრონული დაზვერვისა და სანავიგაციო სისტემებში.

თეორიისა და პრაქტიკის განვითარებაში ორი ეტაპი იყო რადარიდან რადიომხედველობამდე.

პირველ ეტაპზე, ფართოზოლოვანი (100 MHz ან მეტი) გამოკვლევის სიგნალების გამოყენების წყალობით, შესაძლებელი გახდა მაღალი გარჩევადობის უზრუნველყოფა სიგნალის დაყოვნებაში და, შედეგად, მაღალი გარჩევადობის დიაპაზონში (რამდენიმე მეტრი ან უკეთესი). დიაპაზონის გარჩევადობა მოცემულია

საცდელი სიგნალის სპექტრის სიგანე.

- რადარის ტალღის სიგრძე; c 1 - ანტენის ზომა,

რეალური ანტენის ნიმუშის ფორმირება. დიაფრაგმის სინთეზის პრინციპის ასახსნელად, პირველ რიგში განვიხილავთ რეალური ანტენის რადიაციის ნიმუშის ფორმირებას, რომელიც განსაზღვრავს გარჩევადობას ჩვეულებრივი რადარის კუთხური კოორდინატის გასწვრივ.

იყოს d ზომის წრფივი ანტენის დიაფრაგმა, რომელზეც სიბრტყის ელექტრომაგნიტური ტალღა ეცემა 0 კუთხით (ნახ. 2.1), ე.ი. ანტენა იღებს.

დიაფრაგმით (გახსნით) ვგულისხმობთ ანტენის იმ ნაწილს, რომელიც მონაწილეობს ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივებაში ან მიღებაში. ტალღის ფრონტი თანაბარი ფაზების ზედაპირია. განსახილველ შემთხვევაში ეს არის თვითმფრინავი. ელექტრომაგნიტური ტალღის ფაზა დიაფრაგმის გასწვრივ (X ღერძი) განისაზღვრება ტალღის ფრონტის დაყოვნებით დიაფრაგმის ცენტრთან მიმართებაში:

სადაც r(x) არის მანძილი ტალღის ფრონტიდან x წერტილამდე დიაფრაგზე.

გამოსხივების ნიმუში იქმნება დიაფრაგზე ელექტრომაგნიტური ტალღის ინციდენტის ფაზაში შეჯამების შედეგად:

ელექტრომაგნიტური ტალღის ინტენსივობა.

ნორმალიზებული გამოსხივების ნიმუში ამ შემთხვევაში ტოლია

0.7 დონეზე ან, რაც იგივეა, 0.5 სიმძლავრის დონეზე:

როდესაც ერთი ანტენა მუშაობს არა მხოლოდ მიღებისთვის, არამედ გადაცემისთვის, ნიმუში განისაზღვრება როგორც

და სხივის ექვივალენტური სიგანე გადაცემისა და მიღებისთვის

უფრო ზოგად შემთხვევაში, ანტენის დიაფრაგმა განსაზღვრავს გაანალიზებული სივრცე-დროის სიგნალის მოცულობას, რაც წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური ველის სიძლიერის, ფაზის და პოლარიზაციის დამოკიდებულებას სივრცულ კოორდინატებსა და დროს. ამრიგად, დიაფრაგმა ახასიათებს ელექტრომაგნიტური ტალღის გაანალიზებული მოცულობის გეომეტრიული ზომები, ანალიზის დრო, პოლარიზაცია და სიხშირის პარამეტრები. ამ შემთხვევაში, გარჩევადობა კუთხოვანი კოორდინატის გასწვრივ განისაზღვრება ანტენის დიაფრაგში სივრცე-დროის სიგნალის ცვლილებით, რაც დამოკიდებულია ელექტრომაგნიტური ტალღის წყაროს კუთხური პოზიციის მიხედვით.

ასეთი სივრცე-დროის სიგნალის ცნობილი მაგალითებია მოცულობითი ჰოლოგრაფიული ლინზები და სინთეზირებული დიაფრაგმები.

დიაფრაგმის სინთეზი. მთავარი განსხვავება სინთეზირებულ (ხელოვნურ) დიაფრაგმებსა და ჩვეულებრივ (რეალურ) ანტენის აპერტურებს შორის არის ის, რომ სინთეტიკური დიაფრაგმა (SA) ფორმირდება თანმიმდევრულად დროში. ნებისმიერ მომენტში, ელექტრომაგნიტური ტალღის მიღება ხორციელდება რეალური დიაფრაგმით, ხოლო სინთეზირებული დიაფრაგმა არის ელექტრომაგნიტური ტალღის დროითი თანმიმდევრული მიღების შედეგი რეალური დიაფრაგმის მიერ მის განსხვავებულ პოზიციაზე, წყაროსთან შედარებით. ელექტრომაგნიტური ტალღა. განვიხილოთ სინთეზის პროცესი სწორხაზოვანი SAR დიაფრაგმის ფორმირების მაგალითის გამოყენებით (ნახ. 2.2).

მისი მიღების გამოსხივების ნიმუში განისაზღვრება ისევე, როგორც რეალური დიაფრაგმის ნიმუში. ტალღის ფაზის შეჭრა რეალური ანტენის ორ პოზიციას შორის ტრაექტორიაზე

ორჯერ უფრო დიდი ვიდრე ჩვეულებრივი დიაფრაგმა, რაც განპირობებულია ელექტრომაგნიტური ტალღის ორმაგი გავლის გამო r მანძილზე (გადაცემის და მიღების დროს). შედეგად, ამ ტიპის სინთეზირებული SAR დიაფრაგმის რადიაციის ნიმუშის სიგანე უფრო მცირეა, ვიდრე იგივე ზომის რეალური დიაფრაგმის:

დიაფრაგმის სინთეზის მთავარი შედეგია ის, რომ დიაფრაგმის ზომა გაიზარდა N-ჯერ რეალური დიაფრაგმის ზომასთან შედარებით.

შედეგად ჩამოყალიბდა სინთეზირებული დიაფრაგმა

რეალური ანტენის გადატანა. ამ შემთხვევაში ეფექტი მიიღწევა გაანალიზებული ველის მოცულობის გაზრდით სივრცეში და დროში.

სინთეზირებული დიაფრაგმის ძირითადი თვისებები. განვიხილოთ სინთეზირებული დიაფრაგმის ძირითადი თვისებები.

საბორტო თვითმფრინავებისა და კოსმოსური სისტემებისთვის. ტიპიური მნიშვნელობები სხვადასხვა სისტემის დიაფრაგმების ფარდობითი ზომისთვის შემდეგია:

SAR დიაფრაგმის დიდი ზომის გამო, შესაძლებელია მაღალი წრფივი გარჩევადობის მიღება კუთხური კოორდინატებში დიდ დიაპაზონში:

სინთეზირებული დიაფრაგმა წარმოიქმნება სამიზნედან ასახული სიგნალების მიღებისა და დამუშავების შედეგად, ე.ი. სინთეზირებული დიაფრაგმა განსაზღვრავს შაბლონს მხოლოდ მიღებისთვის. დიაფრაგმის სინთეზის დროს გადაცემის სქემა განისაზღვრება რეალური ანტენის ნიმუშით. SA-ის პოლარიზაციისა და სიხშირის თვისებები ასევე განისაზღვრება რეალური ანტენით.

დიაფრაგმის სინთეზირებისას, ანტენის მხოლოდ ერთ ელემენტს (რეალურ ანტენას) შეუძლია ერთდროულად იმუშაოს (გამოსხივება, მიღება). ამ შემთხვევაში, ელექტროდინამიკური პრობლემები არ წარმოიქმნება მთელი დიაფრაგმის ფორმირებისას, რადგან ელექტრომაგნიტურ ველში არ არის ელემენტების ურთიერთქმედება. დიაფრაგმის სინთეზისა და რადიაციული ნიმუშის ფორმირების ამოცანა რეალურად მოდის ალგორითმების შემუშავებაზე და მათ განხორციელებაზე ტრაექტორიული სიგნალის დამუშავების პროცესორის მიერ. რაც შეეხება რეალურ ანტენას, სინთეზირებული დიაფრაგმის ნიმუში არის პროცესორის გამომავალი სიგნალის დამოკიდებულება გამოსხივების წერტილის წყაროს კუთხურ კოორდინატზე ან ხელახალი ემისია (აქტიური SAR-ის შემთხვევაში).

ნიმუში შეიძლება იყოს ერთი სხივი, მრავალსხივი, მონოპულსური, ადაპტური და ა.შ.

SAR დაკვირვების ობიექტები უმეტეს შემთხვევაში განლაგებულია დიაფრაგმის შუა ზონაში (ფრესნელის ზონაში) და არა შორეულ ზონაში, როგორც უძრავი ანტენების უმეტესობაში. შორეული ველის მიღებისთვის, ტალღის ფრონტი დიაფრაგზე მიჩნეულია ბრტყლად. დიაფრაგმის ზომის მატებასთან ერთად (ან ობიექტამდე მანძილი მცირდება), ტალღის ფრონტის სფერულობა აღარ შეიძლება იყოს უგულებელყოფილი. როგორც წესი, შორეული ველის მდგომარეობა იწერება როგორც

რეალური ბორტზე სარადარო ანტენისთვის, შორეული ზონის საზღვარი არის დაახლოებით 100 მ, ხოლო სინთეზირებისას ის ათასობით კილომეტრს შეადგენს. ამიტომ, SAR-ში, ტრაექტორიის სიგნალის დამუშავებისას, აუცილებელია გავითვალისწინოთ ელექტრომაგნიტური ტალღის ფაზის ფრონტის სფერულობა. უმარტივეს SAR-ში, როდესაც SA ზომა მცირეა, ელექტრომაგნიტური ტალღის ფრონტის გამრუდება არ არის გათვალისწინებული. ამ რეჟიმს ეწოდება დოპლერის სხივის შევიწროება (DBT), ხოლო გარჩევადობის ზრდა მცირეა (10...30) ჯერ.

ტრაექტორიის სიგნალის დამუშავებისას ტალღის ფრონტის სფერულობის გათვალისწინებით, ფოკუსირება ეწოდება, ხოლო დიაფრაგმას, შესაბამისად, ფოკუსირებული დიაფრაგმა. ნახ. ნახაზი 2.3 გვიჩვენებს არაფოკუსირებული (DOL) (a) და ფოკუსირებული (ბ) დიაფრაგმების ველის განაწილებას ნიმუშის შუალედურ და შორეულ ზონებში.

ფოკუსირების მანძილზე, ე.ი. იგივეა, რაც ჩვეულებრივი შორეული ველის ანტენა. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ფოკუსირების პროცესი დიაფრაგმის მიმართულების თვისებებს შორეული ზონიდან შუალედურ ზონაში გადასცემს.

ვინაიდან ტალღის ფრონტის სფერულობა დამოკიდებულია ობიექტამდე მანძილზე, სხვადასხვა დისტანციისთვის საჭიროა ფოკუსირების განსხვავებული კანონი, ე.ი. SA-ს ფოკუსირების უზრუნველსაყოფად, საჭიროა მრავალარხიანი დიაპაზონის ალგორითმი ტრაექტორიის სიგნალის დასამუშავებლად.

ფოკუსირების წყალობით, SA უზრუნველყოფს არა მხოლოდ კუთხურ, არამედ დიაპაზონის გარჩევადობას შუა ზონაში, თუნდაც მოდულირებული სიგნალით. თუმცა, ის ჩვეულებრივ მცირეა და დიაპაზონის გარჩევადობა უზრუნველყოფილია საცდელი სიგნალის მოდულირებით.

შეცდომების ძირითადი წყაროები - ტრაექტორიის სიგნალის არათანმიმდევრულობა - არის გადამცემის მოდულების ფაზური არასტაბილურობა, SAR მატარებლის ტრაექტორიული არასტაბილურობა და ელექტრომაგნიტური ტალღის გავრცელების საშუალების არასტაბილურობა. ამრიგად, ანტენის ტრაექტორიის ცოდნის დასაშვები შეცდომა უდრის რამდენიმე მილიმეტრს (ელექტრომაგნიტური ტალღის სანტიმეტრის დიაპაზონში). ეს მოითხოვს სპეციალურ ზომებს ამ შეცდომების კომპენსაციისთვის მიკრონავიგაციის სისტემებისა და ავტოფოკუსის ალგორითმების გამოყენებით.

SA-ის ენერგეტიკული მახასიათებლები (სიგნალი/შიდა ხმაურის თანაფარდობა) განისაზღვრება რეალური ანტენის გაზრდით და სინთეზის დროით, ე.ი. სიგნალების თანმიმდევრული დაგროვების დრო. ხმაურის იმუნიტეტი გარე აქტიური და პასიური ჩარევისგან განისაზღვრება როგორც რეალური ანტენის ნიმუშით, ასევე SA-ის მიმართულების თვისებებით, ე.ი. ჩარევის სივრცითი შერჩევა.

მართლაც, ანტენის თითოეულ პოზიციაზე დიაფრაგმის სინთეზის დროს, მიღებული სიგნალის სიმძლავრე განისაზღვრება გამოსხივების სიმძლავრით და ანტენის მომატებით, და ამ სიგნალების ფაზაში დამატება სინთეზის დროს უდრის სიგნალის ენერგიის დაგროვებას სინთეზის დროს შიდა ხმაურის მუდმივი სპექტრული ძალა. გარდა ამისა, კუთხური შერჩევა შესაძლებელია გარე ჩარევის წყაროებთან მიმართებაში, რომლის ეფექტურობა დამოკიდებულია რეალური და სინთეზირებული დიაფრაგმების ნიმუშებზე.

ანტენის ფარდობითი მოძრაობა და SA-ის ფორმირებისთვის საჭირო ობიექტი შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა მეთოდით. სტაციონარული ობიექტთან ანტენის გადაადგილების შედეგად SA-ის წარმოქმნას პირდაპირი სინთეზი ეწოდება, ხოლო SA-ის წარმოქმნას ობიექტისა და სტაციონარული ანტენის მოძრაობის შედეგად – ინვერსიული სინთეზი. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია ობიექტის ბრუნვის შედეგად SA-ის ჩამოყალიბება, რაც ობიექტის გარშემო ანტენის მოძრაობის ტოლფასია.

სინთეზის პროცესში არა ერთი, არამედ მრავალი ანტენის ერთდროულად გამოყენება შესაძლებელს ხდის არა მხოლოდ წრფივი, არამედ ბრტყელი და მოცულობითი SA-ების სინთეზს.

რაც წარმოადგენს უკიდურესად რთულ ამოცანას შიდა ციფრული კომპიუტერებისთვის. მიწის პირობებში, ამ პრობლემას წარმატებით წყვეტს ოპტიკური პროცესორი, რომელიც იყენებს ტრაექტორიის სიგნალის ჩაწერას ფოტოფილმზე და ანალოგური სიგნალის დამუშავებას თანმიმდევრული ოპტიკური სისტემის გამოყენებით.

დიაფრაგმის სინთეზი მოითხოვს გარკვეულ დროს, რაც იწვევს ინფორმაციის შეფერხებას SAR-ში. მინიმალური ინფორმაციის დაყოვნება განისაზღვრება სინთეზის დროით, ე.ი. SA ფორმირების დრო. ჩვეულებრივ ეს არის მეათედი - წამის ერთეული. მაქსიმალური დაყოვნება განისაზღვრება შესაბამისი პროცესორის მიერ სინთეზის ალგორითმის შესრულების დროის გათვალისწინებით ტრაექტორიული სიგნალების დასამუშავებლად. მიწისზე დაფუძნებულ ოპტიკურ პროცესორებს აქვთ ყველაზე მაღალი შეყოვნება. იგი შედგება თვითმფრინავის ფრენის დროს SAR-ის საოპერაციო ზონაში, ბაზაში დაბრუნების დროს, ლაბორატორიაში ტრაექტორიის სიგნალების ჩაწერით ფოტოგრაფიული ფილმის მიწოდების დროს, ფილმის ფოტოქიმიური დამუშავების, ოპტიკური დამუშავების და გამოსახულების ჩაწერა მეორად ფოტოფილმზე და ბოლოს მეორადი ფილმის ფოტოქიმიური დამუშავება. ეს დრო შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე საათს.

ქვედა ღერძის პერპენდიკულარული მიმართულებით გარჩევადობის რადიკალურად გაზრდის პრობლემა განსაკუთრებით აქტუალურია თვითმფრინავის ან კოსმოსური ხომალდის ქვეშ ზედაპირის სარადარო ზედამხედველობისთვის, რადგან ძალიან მაღალი გარჩევადობა მიიღწევა ქვედა ღერძის მიმართულებით რადარის შესაბამისი გაფართოებით. სიგნალის სპექტრი. თუ ანტენის გამოსხივება მიმართულია რადარის სიჩქარის ვექტორზე პერპენდიკულურად, ანუ განხორციელებულია გვერდითი ხედვა, მაშინ ანტენის გადაადგილება დასხივებულ ზედაპირთან მიმართებაში შესაძლებელს ხდის ასახული სიგნალების ოპტიმალური დამუშავებით მიიღოთ ძალიან მაღალი გარჩევადობა. ქვედა ღერძის პერპენდიკულარული მიმართულება. ეს წყვეტს მაღალი გარჩევადობის რადარის გამოსახულების მიღების პრობლემას.

გარჩევადობის ზრდა გვერდითი ხედვის დროს შეიძლება ჩაითვალოს სხივის შეკუმშვის შედეგად ოპტიმალური დამუშავებით (იმპულსური შეკუმშვის მსგავსია ინტრაპულსური მოდულაცია) ან როგორც ნიმუშის ფორმირება სინთეზირებული ანტენის მასივის მიერ, რომელიც წარმოიქმნება რადარის ანტენის შედარებით მოძრაობისას. დასხივებულ ზედაპირზე.

მოდით განვიხილოთ თვითმფრინავის გვერდითი ხედვის რადარის მუშაობის პრინციპი და პოტენციური შესაძლებლობები. სადგურის ანტენა გაშლილია თვითმფრინავის ღერძის გასწვრივ და ქმნის ფსკერს, ვიწრო ჰორიზონტალურად და ფართო ვერტიკალურ სიბრტყეში, ორიენტირებული თვითმფრინავის ღერძზე პერპენდიკულარულად. ჩვეულებრივ, თვითმფრინავის ღერძის ორივე მხარეს ორი იდენტური ფსკერი იქმნება, რაც ამ შემთხვევაში არ არის მნიშვნელოვანი.

გამოსხივებული რადარის რხევების ტალღის სიგრძისა და ანტენის გრძივი ზომის გათვალისწინებით, ფსკერის სიგანე ჰორიზონტალურ სიბრტყეში არის . სიმარტივისთვის, ჰორიზონტალურ სიბრტყეში რადიაციის კუთხით შეზღუდული გამოსხივების გათვალისწინებით, ჩვენ ვიპოვით რადარიდან D მანძილზე მდებარე ზედაპირის წერტილის დასხივების დროს:

სად არის თვითმფრინავის სიჩქარე, რომელიც ითვლება მუდმივი; - ფსკერის ხაზოვანი სიგანე რადარიდან D მანძილზე. სიჩქარის რადიალური კომპონენტი დასხივებული ზედაპირის წერტილებთან მიმართებაში (ნახ. 18.7, ა), სადაც არის კუთხე ჰორიზონტალურ სიბრტყეში ფსკერის ღერძსა და მიმართულებას შორის მოცემული წერტილისკენ. ამრიგად, ქვედა ღერძზე და კიდეებზე იგი აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას. ვინაიდან გვერდითი ხედის რადარები იყენებენ ვიწრო ქვედა სხივებს, ეს შეიძლება ჩაითვალოს. სიჩქარის რადიალური კომპონენტის გამო, ხდება ასახული სიგნალის დოპლერის სიხშირის ცვლა, რომელიც იცვლება ხაზოვანიდან . ამრიგად, მანძილის ფრენისას მიიღება ხანგრძლივობის სიხშირით მოდულირებული პულსი (ნახ. 18.7ბ) სიხშირის გადახრით.

ოპტიმალური შესატყვისი დამუშავებით, ასეთი პულსი შეიძლება შეკუმშოს იმპულსად, რომლის ხანგრძლივობაა სიგნალის სპექტრის სიგანეზე შებრუნებული და დაახლოებით ტოლი. აქედან გამომდინარე,. Მას შემდეგ. გაითვალისწინეთ, რომ შეკუმშვის ფილტრის გამოსავალზე, პულსის კონვერტს აქვს ფორმა და მისი ხანგრძლივობა (გაზომილი მაქსიმალური მნიშვნელობის 0,64 დონეზე) განსაზღვრავს დროის მაქსიმალურ გარჩევადობას, რომელიც შეესაბამება V ვექტორის მიმართულებით გადაწყვეტილ მანძილს. , სამიზნის ღერძის პერპენდიკულარულად.

ამიტომ, თანმიმდევრული დამუშავებით, გადაწყვეტილი მანძილი არ არის დამოკიდებული დიაპაზონზე და შემოიფარგლება მნიშვნელობით ტოლი . ეს დასკვნა, რომელიც თავიდან პარადოქსულად გამოიყურება, ცხადი ხდება გვერდითი ხედვის რადარის გარჩევადობის გაანალიზებისას დიაფრაგმის სინთეზის თვალსაზრისით.

თუ ყველა ასახული სიგნალი შეჯამებულია თანმიმდევრულად (ანუ ფაზის გათვალისწინებით), მაშინ შესაძლებელია სიგანის მქონე სხივის ჩამოყალიბება (სინთეზირება).

უფრო მეტიც, კოეფიციენტი 2 ითვალისწინებს ფაზის ცვლას, როდესაც სიგნალი გადის D მანძილს "წინ და უკან".

დაშვებული მანძილი ფრენის მიმართულებით (ქვედა ღერძზე პერპენდიკულარული)

ბილიკის სეგმენტი L, რომელზედაც შესრულებულია ასახული სიგნალების თანმიმდევრული ჯამი, განსაზღვრავს სინთეზირებული დიაფრაგმის ზომას, რადგან ასეთი შეჯამება ჰგავს სიგნალის მიღებას დაბალი ფაზის ანტენაზე, დიაფრაგმის ზომით ტოლი . აქედან ირკვევა, თუ რატომ მცირდება გადაწყვეტილი მანძილი, ანუ გარჩევადობა იზრდება რეალური ანტენის დიაფრაგმის შემცირებით და არ არის დამოკიდებული D-ზე. ეს აიხსნება სინთეზირებული დიაფრაგმის ზრდით რადარის სიგანის პირდაპირპროპორციულად. ქვედა და განსახილველი წერტილის დიაპაზონი.

თუმცა, ზრდასთან ერთად, სიგნალის დამუშავების თანმიმდევრულობის უზრუნველყოფის სირთულეებიც იზრდება. ამიტომ, მცირე მნიშვნელობების მისაღებად, გვერდითი სკანირების რადარის ანტენებს უნდა ჰქონდეთ დიაფრაგმის მნიშვნელოვანი ზომები, რაც შესაძლებელს გახდის თანმიმდევრული დამუშავების განხორციელებას, რომელიც უზრუნველყოფს სისტემის პოტენციურ გარჩევადობას სინთეზირებული დიაფრაგმის მქონე სისტემის მიახლოებას, რომელიც განისაზღვრება ფორმულით (18.27). .

უწყვეტი სიგნალიდან იმპულსურ სიგნალზე პერიოდით გადასვლისას, სინთეზირებული ანტენა ანტენის მასივის მსგავსია, რომლის ელემენტებს შორის მანძილი ტოლია. გვერდითი ხედის რადარები ჩვეულებრივ იყენებენ პულსირებულ გამოსხივებას, რის გამოც ასეთ რადარებს სინთეზური მასივის რადარებს უწოდებენ.

თითოეული პულსის გამოსხივებისას რადარის ანტენა ხდება სინთეზირებული მასივის ელემენტი, რომლის მანძილი განსახილველი ზედაპირის წერტილიდან უდრის უმოკლეს მანძილს (ნახ. 18.7, ა) მხოლოდ იმ მომენტში, როდესაც განსახილველი წერტილი გამოჩნდება ქვედა ღერძზე. სინთეზირებული გისოსების კიდეებზე მანძილი განსხვავდება

ეს მანძილი სხვაობა შეესაბამება მაქსიმალურ ძირითად სიგნალის დაყოვნებას. თუ ფრენის დროს ცვალებადი ფაზის შეფერხებები აღირიცხება და მხედველობაში მიიღება დამუშავებისას, მაშინ სინთეზირებულ ბადეებს უწოდებენ ფოკუსირებულს. სიგნალის დამუშავების სისტემა ამ შემთხვევაში აღმოჩნდება რთული, ამიტომ აუცილებელია გაირკვეს, თუ რა გარჩევადობის დაკარგვას იწვევს „ფოკუსირებაზე“ უარის თქმა, ანუ არაფოკუსირებული დამუშავებაზე გადასვლა ფაზის ცვლის გათვალისწინების გარეშე. ამ შემთხვევაში მისაღებია დარტყმის სხვაობა სინთეზირებული დიაფრაგმის ბოლოებში, რაც შეესაბამება მაქსიმალურ ფაზურ ცვლას. ამ მდგომარეობიდან შეგიძლიათ იპოვოთ სინთეზირებული ანტენის ეფექტური დიაფრაგმის ზომა. ნახ. 18.7, ცხადია, რომ და, შესაბამისად,

ამრიგად, ფოკუსირების არარსებობის შემთხვევაში, სინთეზირებული დიაფრაგმის სხივის სიგანე არის ზომის და შესაბამისი ხაზოვანი გარჩევადობა.

სიგნალის დამუშავებისთვის კორექტირების (ფოკუსირების) გარეშე, შესაფერისია ჩვეულებრივი ექსპონენციური აკუმულატორი, რომელსაც აქვს დაყოვნების ხაზი პულსის გამეორების პერიოდისთვის. ნათელია, რომ სახელები ფოკუსირებული და ფოკუსირებული სისტემები გამოჩნდა ოპტიკური სისტემის ანალოგიით, რომელშიც სრულად ღია დიაფრაგმით, ობიექტივი უნდა იყოს ფოკუსირებული (ფოკუსირება).

ძლიერი დიაფრაგმით, უზრუნველყოფილია საკმარისი სიცხადე (სიმკვეთრე) ფოკუსირების გარეშე, როდესაც ობიექტივი მუდმივად არის დაყენებული უსასრულობაზე.

შესაბამისად, ფოკუსირებული სიგნალის დამუშავებით (ფოკუსირებული დიაფრაგმა), მაქსიმალური წრფივი გარჩევადობა მიიღწევა სხივის ნიმუშის პერპენდიკულარული მიმართულებით, განურჩევლად დიაპაზონის არაფოკუსირებული დამუშავებით (არაფოკუსირებული დიაფრაგმა) ჩვეულებრივი ანტენისთვის დიაფრაგმის ზომის გარჩევადობით.

გარჩევადობის დამოკიდებულება D დიაპაზონზე ამ შემთხვევებისთვის ნაჩვენებია ნახ. 18.8.

ამრიგად, სინთეზირებული ანტენის პოტენციური შესაძლებლობების სრულად გასაცნობად, აუცილებელია სიგნალის დამუშავება ფაზური კორექტირებით, განსახილველი წერტილის პოზიციის შესაბამისად, რადარის ანტენასთან მიმართებაში. იმპულსური რადარებში, სიგნალი მეორდება პერიოდით და შესწორებები შემოღებულია დისკრეტულად იმ მომენტებში, რომლებიც იზომება საშუალო პულსის მიღების დროიდან, რომელიც აისახება იმ მომენტში, როდესაც მოცემული წერტილი არის მფრინავი თვითმფრინავის ტრავერსზე.

შესაბამისი ფილტრი წერტილის სამიზნე სიგნალისთვის, რადარის ცნობილი დიაპაზონითა და სიჩქარით სამიზნესთან მიმართებაში, შეესაბამება თანმიმდევრული ფილტრის წრეს იმპულსების აფეთქებისთვის, პულსის ამპლიტუდებით გამრავლებული წონით კოეფიციენტებით და ფაზა გადანაცვლებული კორექტირების მნიშვნელობით. ასეთი დამუშავება (ფოკუსირება) საჭიროა თითოეული დიაპაზონის ელემენტისთვის, ანუ საჭიროა ფილტრი თითოეული დიაპაზონისთვის (დისკრეტულობა დამოკიდებულია დიაპაზონის გარჩევადობაზე, რომელიც განსაზღვრულია სიგნალის სპექტრის სიგანეზე), ხოლო ფილტრის პარამეტრები უნდა შეიცვალოს, როდესაც იცვლება რადარის მოძრაობის სიჩქარე.

დამუშავების მოწყობილობის მოთხოვნები ძირითადად განისაზღვრება სინთეზის დროით, რომელიც თანაბარია ორიენტირებულ სისტემებში. ასე რომ, თვითმფრინავის სიჩქარით, მოცემული დიაპაზონის გარჩევადობით, როდესაც რადარი მუშაობს ტალღაზე, სინთეზირებული დიაფრაგმის საჭირო ზომა არის . Ამ შემთხვევაში . პულსის გამეორების სიჩქარით, თითოეული დიაპაზონის ელემენტისთვის დამუშავების დროს შეჯამებული სიგნალების რაოდენობა, რომელთა რაოდენობა დიაპაზონის დიაპაზონში შეიძლება მიაღწიოს . კვანტიზაციის დონეების რაოდენობა განსაზღვრავს დამუშავების მოწყობილობის ბიტის სიღრმეს. ამრიგად, დამუშავებული ინფორმაციის მთლიანი რაოდენობა არის . თუ არსებობს კვადრატული არხები, მნიშვნელობა გაორმაგდება და არის 108 ბიტის რიგითობა. ყოველი გამეორების პერიოდში ფაზის კორექტირების გათვალისწინებით, ასეთ სისტემებში მიიღწევა დამუშავების საჭირო სიჩქარე.

შედარებით სირთულის მიუხედავად, თანამედროვე ელემენტების ბაზის გამოყენებით დამუშავების მოწყობილობების ციფრული დანერგვა შესაძლებელია, განსაკუთრებით ვიდეო სიხშირეებზე დამუშავებისას. ციფრული დამუშავების უპირატესობა არის თვითმფრინავის ან თანამგზავრის ქვეშ არსებული რელიეფის რეალურ დროში სურათების მიღების შესაძლებლობა.

თუ გამოსახულების მიღების შეფერხება მისაღებია (მაგალითად, რუკების დროს), მაშინ მიზანშეწონილია გამოიყენოთ ოპტიკური სიგნალის დამუშავების მეთოდები დიაფრაგმის სინთეზისას, რადგან ოპტიკური მოწყობილობები უზრუნველყოფენ მრავალარხიანი თანმიმდევრული სიგნალის დამუშავებას ერთდროულად ყველა დიაპაზონის ელემენტისთვის.

დამუშავების პრინციპი ასეთია. მიღებული სიგნალები ჩაწერილია ფოტოფილმზე, რომელიც გაყვანილია თვითმფრინავის V სიჩქარის პროპორციული სიჩქარით, დიაპაზონის ხაზებით, რომლებიც მდებარეობს ფირის გასწვრივ. თითოეული ხაზის დასაწყისიდან გარკვეულ მანძილზე, განხილული D წერტილის მანძილის პროპორციულად, ასახული სიგნალები აღირიცხება გრძივი მიმართულებით (ფილის გასწვრივ) შესაბამისი მასშტაბით, გადმოსცემს სიგნალების განაწილებას სინთეზირებულის გასწვრივ; დიაფრაგმა.

განვითარების შემდეგ (განვითარების დრო განსაზღვრავს დამუშავების შეფერხებას), ფილმი იხრება ოპტიკური მოწყობილობის ფანჯრის წინ, ხოლო დასხივება ხდება ერთიანი თანმიმდევრული სინათლის სხივით. სიბრტყის სინათლის ტალღა, რომელიც გადის ფილმში, მოდულირებულია ამპლიტუდაში და ფაზაში ჩაწერილი სიგნალით. ოპტიკურ ეკრანზე ან სხვა ფოტოფილმზე მიღებული ლაქის ზომა ოპტიკური ფილტრის გამოსავალზე შეესაბამება სინთეზირებული ანტენის რადიაციული ნიმუშის სიგანეს, რომელიც ბევრჯერ მცირეა რეალური ანტენის რადიაციული ნიმუშის სიგანეზე. . ოპტიკური ფილტრის ელემენტების (ლინზების) პარამეტრების შერჩევით შესაძლებელია თანმიმდევრული დამუშავების უზრუნველყოფა და სინთეზირებული რადარის გამოსახულების მაღალი სიცხადის მიღება. სწორედ ვენერას ხელოვნურ თანამგზავრზე განლაგებული დიაფრაგმის სინთეზით განლაგებული რადარის დახმარებით საბჭოთა მკვლევარებმა მოახერხეს ამ პლანეტის მკაფიო რადარის სურათის მიღება, ოპტიკური დაკვირვებისთვის დახურული.

კუთხის გარჩევადობა არის ნებისმიერი ტელესკოპური სისტემის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი. ოპტიკა აცხადებს, რომ ეს გარჩევადობა ცალსახად არის დაკავშირებული ტალღის სიგრძესთან, რომელზეც ხდება დაკვირვება და ტელესკოპის შესასვლელი დიაფრაგმის დიამეტრთან. მოგეხსენებათ, დიდი დიამეტრი დიდი პრობლემაა. ნაკლებად სავარაუდოა, რომ მასზე დიდი ტელესკოპი ოდესმე აშენდეს.
გარჩევადობის მნიშვნელოვნად გაზრდის ერთ-ერთი გზაა რადიოასტრონომიასა და რადარში გამოყენებული დიდი და ულტრა დიდი დიაფრაგმების სინთეზის მეთოდი. მილიმეტრიან დიაპაზონში, ყველაზე დიდი დიაფრაგმა - 14 კმ - დაპირებულია, რომ ჩამოყალიბდება ჩილეში ALMA პროექტის 66 ანტენით.

დიაფრაგმის სინთეზის მეთოდების გადატანა ოპტიკურ რეგიონში, სადაც ტალღის სიგრძე რამდენიმე რიგით უფრო მოკლეა, ვიდრე რადარების, ასოცირდება ლაზერული ჰეტეროდინირების ტექნოლოგიის განვითარებასთან.

1.გამოსახულების ფორმირების ფიზიკური საფუძველი.

არ იქნება შეცდომა, თუ ვიტყვით, რომ გამოსახულება ნებისმიერ ოპტიკურ მოწყობილობაში წარმოიქმნება სინათლის დიფრაქციის შედეგად შეყვანის დიაფრაგზე და სხვა არაფერი. მოდით შევხედოთ ობიექტის გამოსახულებას დიაფრაგმის ცენტრიდან. სინათლის უსასრულოდ შორეული წერტილის წყაროს გამოსახულების სიკაშკაშის კუთხური განაწილება (როგორც, მართლაც, ნებისმიერი სხვა) იგივე იქნება ლინზებისა და თანაბარი დიამეტრის ნახვრეტის კამერისთვის. ლინზასა და პინჰოლს შორის განსხვავება მხოლოდ იმაში მდგომარეობს, რომ ლინზა გადააქვს მისი დიაფრაგმით წარმოქმნილ სურათს უსასრულობიდან მის ფოკუსურ სიბრტყეში. ან, სხვაგვარად რომ ვთქვათ, ის აწარმოებს შეყვანის სიბრტყის ტალღის ფრონტის ფაზურ ტრანსფორმაციას სფერულ კონვერგენტში. შორეული წერტილის წყაროსთვის და წრიული დიაფრაგმისთვის გამოსახულება არის ცნობილი Airy რგოლის ნიმუში.

Airy დისკის კუთხური ზომა შეიძლება, პრინციპში, შემცირდეს და გარჩევადობა, როგორც ჩანს, გაიზარდოს (რეილის კრიტერიუმის მიხედვით), თუ დიაფრაგმა სპეციალური გზით არის გახსნილი. არსებობს რადიალური გადაცემის განაწილება, რომ ცენტრალური დისკი თეორიულად შეიძლება იყოს თვითნებურად პატარა. თუმცა, ამ შემთხვევაში, სინათლის ენერგია გადანაწილდება რგოლებს შორის და რთული გამოსახულების კონტრასტი ნულამდე ეცემა.

მათემატიკური თვალსაზრისით, დიფრაქციული გამოსახულების ფორმირების პროცედურა მცირდება შეყვანის სინათლის ველის ორგანზომილებიან ფურიეს ტრანსფორმაციამდე (სკალარული მიახლოებით, ველი აღწერილია კოორდინატებისა და დროის რთული ფუნქციით). თვალის, ეკრანის, მატრიცის ან სხვა კვადრატული ინტენსივობის მიმღების მიერ ჩაწერილი ნებისმიერი სურათი სხვა არაფერია, თუ არა ობიექტის მიერ გამოსხივებული სინათლის ველის ორგანზომილებიანი ამპლიტუდის სპექტრი, რომელიც შემოიფარგლება დიაფრაგმით. იგივე ჰაეროვანი სურათის მიღება ადვილია, თუ აიღებთ იდენტური რთული რიცხვების კვადრატულ მატრიცას (სიბრტყის ტალღის ფრონტის სიმულაცია შორეული წერტილიდან), მისგან „ამოჭრით“ წრიულ „დიფრაგმას“, ნულავთ კიდეებს და შეასრულებთ მთელი მატრიცის ფურიეს ტრანსფორმაცია.

მოკლედ, თუ როგორმე ჩაწერთ ველს (დიფრაგმის სინთეზს) საკმარისად დიდ ფართობზე ამპლიტუდისა და ფაზის ინფორმაციის დაკარგვის გარეშე, მაშინ გამოსახულების მიღება შეგიძლიათ თანამედროვე ტელესკოპების გიგანტური სარკეებისა და მეგაპიქსელიანი მატრიცების გარეშე, უბრალოდ ფურიეს გამოთვლით. შედეგად მიღებული მონაცემთა მასივის ტრანსფორმაცია.

2. სატელიტური მდებარეობა და სუპერ გარჩევადობა.

ჩვენ დავაკვირდებით სტაბილიზებულ ობიექტს, რომელიც მოძრაობს მხედველობის ხაზის გასწვრივ, რომელიც განათებულია უწყვეტი თანმიმდევრული ლაზერული წყაროთ. მისგან არეკლილი გამოსხივება აღირიცხება ჰეტეროდინული ფოტოდეტექტორით მცირე დიაფრაგმით. t დროის განმავლობაში სიგნალის ჩაწერა უდრის vt სიგრძის ერთგანზომილებიანი დიაფრაგმის განხორციელებას, სადაც v არის ობიექტის ტანგენციალური სიჩქარე. ასეთი მეთოდის პოტენციური გარჩევადობის შეფასება ადვილია. მოდით შევხედოთ დედამიწის მახლობლად მდებარე თანამგზავრს ზედა განგრძობით, რომელიც დაფრინავს 500 კმ სიმაღლეზე 8 კმ/წმ სიჩქარით. სიგნალის ჩაწერის 0,1 წამში ვიღებთ „ერთგანზომილებიან ტელესკოპს“, რომლის ზომაა 800 მეტრი, რომელსაც თეორიულად შეუძლია სატელიტის დეტალების ხილვადი დიაპაზონში, რომლებიც მილიმეტრის ნაწილს შეადგენს. ცუდი არ არის ასეთი მანძილისთვის.

რა თქმა უნდა, ასეთ დისტანციებზე ასახული სიგნალი შესუსტებულია სიდიდის მრავალი რიგით. თუმცა, ჰეტეროდინული მიღება (თანმიმდევრული შერევა საცნობარო გამოსხივებასთან) დიდწილად ანაზღაურებს ამ შესუსტებას. ყოველივე ამის შემდეგ, როგორც ცნობილია, მიმღების გამომავალი ფოტოდენი ამ შემთხვევაში პროპორციულია საცნობარო გამოსხივების ამპლიტუდების ნამრავლისა და შემომავალი სიგნალისა. ჩვენ გავზრდით საცნობარო გამოსხივების წილს და ამით გავაძლიერებთ მთელ სიგნალს.

შეგიძლიათ მეორე მხრიდან შეხედოთ. ფოტოდეტექტორიდან ჩაწერილი სიგნალის სპექტრი წარმოადგენს დოპლერის კომპონენტების ერთობლიობას, რომელთაგან თითოეული წარმოადგენს წვლილის ჯამს ობიექტის ყველა წერტილიდან, რომლებსაც აქვთ იგივე რადიალური სიჩქარე. ობიექტზე ამრეკლი წერტილების ერთგანზომილებიანი განაწილება განსაზღვრავს სპექტრული ხაზების სიხშირის განაწილებას. შედეგად მიღებული სპექტრი არსებითად არის ობიექტის ერთგანზომილებიანი "გამოსახულება" "დოპლერის ცვლა" კოორდინატის გასწვრივ. ჩვენი თანამგზავრის ორ წერტილს, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან 1 მმ მანძილზე, მხედველობის ხაზის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში, აქვს რადიალური სიჩქარის სხვაობა 0,01-0,02 მმ/წმ. (ამ სხვაობის თანაფარდობა თანამგზავრის სიჩქარესთან უდრის წერტილებს შორის მანძილის თანაფარდობას თანამგზავრთან მანძილის მიმართ). განსხვავება ამ წერტილების დოპლერის სიხშირეებში 0,5 მკმ ხილული ტალღის სიგრძისთვის იქნება (f=2V/λ) 100 ჰც-ის რიგის. სპექტრი (დოპლერის გამოსახულება) მთელი მიკროსატელიტიდან, ვთქვათ 10 სმ ზომით, მოხვდება 10 kHz დიაპაზონში. საკმაოდ გაზომვადი რაოდენობა.

ასევე შეგიძლიათ შეხედოთ მესამე მხრიდან. ეს ტექნოლოგია სხვა არაფერია თუ არა ჰოლოგრამის ჩაწერა, ე.ი. ჩარევის ნიმუში, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც მინიშნება და სიგნალის ველები შერეულია. ის შეიცავს ამპლიტუდისა და ფაზის ინფორმაციას, რომელიც საკმარისია ობიექტის სრული გამოსახულების აღსადგენად.

ამრიგად, სატელიტის ლაზერით განათებით, ასახული სიგნალის ჩაწერით და იმავე ლაზერის საცნობარო სხივთან შერევით, ვიღებთ ფოტოდეტექტორზე ფოტოდინებას, რომლის დროზე დამოკიდებულება ასახავს სინათლის ველის სტრუქტურას ” ერთგანზომილებიანი დიაფრაგმა”, რომლის სიგრძე, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, შეიძლება საკმარისად დიდი განისაზღვროს.

ორგანზომილებიანი დიაფრაგმა, რა თქმა უნდა, ბევრად უკეთესი და ინფორმატიულია. მოდით, თანაბრად მოვაწყოთ რამდენიმე ფოტოდეტექტორი თანამგზავრის მოძრაობაზე და ამგვარად ჩავწეროთ არეკლილი ველი vt*L ფართობზე, სადაც L არის მანძილი გარე ფოტოდეტექტორებს შორის, რომელიც პრინციპში არაფრით შემოიფარგლება. მაგალითად, იგივე 800 მეტრი. ამრიგად, ჩვენ ვასინთეზებთ "ორგანზომილებიანი ტელესკოპის" დიაფრაგს 800*800 მეტრზე. განივი კოორდინატის გასწვრივ (L) გარჩევადობა დამოკიდებული იქნება ფოტოდეტექტორების რაოდენობაზე და მათ შორის მანძილზე, ხოლო მეორეს გასწვრივ, "დროებითი" კოორდინატზე (vt) - ლაზერული გამოსხივების გამტარუნარიანობაზე და სიგნალის დიგიტალიზაციის სიხშირეზე. ფოტოდეტექტორი.

ასე რომ, ჩვენ გვაქვს ჩაწერილი მსუბუქი ველი ძალიან დიდ ფართობზე და შეგვიძლია გავაკეთოთ ის, რაც გვინდა. მაგალითად, ძალიან დიდ მანძილზე ძალიან პატარა ობიექტების ორგანზომილებიანი გამოსახულების მიღება ყოველგვარი ტელესკოპის გარეშე. ან შეგიძლიათ აღადგინოთ ობიექტის სამგანზომილებიანი სტრუქტურა დიაპაზონში ციფრული ფოკუსირებით.

რა თქმა უნდა, ობიექტზე ამრეკლავი წერტილების რეალური სამგანზომილებიანი კონფიგურაცია ყოველთვის არ ემთხვევა მათ „დოპლერის“ რადიალურ სიჩქარის განაწილებას. იქნება დამთხვევა, თუ ეს წერტილები იმავე სიბრტყეშია. მაგრამ ზოგადად, ბევრი სასარგებლო ინფორმაციის ამოღება შესაძლებელია "დოპლერის სურათიდან".

3. რაც ადრე მოხდა.

ამერიკულმა DARPA-მ რამდენიმე ხნის წინ დააფინანსა პროგრამა, რომლის არსი სწორედ ასეთი ტექნოლოგიის დანერგვა იყო. მფრინავი თვითმფრინავიდან მიღებულ იქნა ულტრა მაღალი გარჩევადობის ობიექტების ადგილზე განთავსება (მაგალითად, ტანკები). თუმცა ეს პროგრამა 2007 წელს ან დაიხურა, ან კლასიფიცირებული იყო და მას შემდეგ არაფერი ისმოდა. რაღაც გაკეთდა რუსეთშიც. აქ შეგიძლიათ ნახოთ 10,6 მიკრონი ტალღის სიგრძეზე მიღებული სურათი.

4. ტექნიკური განხორციელების სირთულეები ტალღის სიგრძეზე 1,5 მიკრონი.

მომწიფებული ფიქრის შემდეგ გადავწყვიტე აქ არაფერი დამეწერა. ძალიან ბევრი პრობლემა.

5. ზოგიერთი პირველადი შედეგი.

აქამდე ძნელი იყო 300 მეტრის მანძილზე „დანახვა“ ბრტყელი, დიფუზურად ამრეკლი ლითონის ობიექტის ზომით 6 მმ-ზე. ეს იყო რაიმე სახის ბეჭდური მიკროსქემის დაფის ნაჭერი, აქ არის ფოტო:

ობიექტი ბრუნავდა მხედველობის ხაზის პერპენდიკულარული ღერძის ირგვლივ და ასახული სიგნალი დაფიქსირდა დაახლოებით მაქსიმალური არეკვლის მომენტში (აფეთქება). ლაზერული ლაქა, რომელიც ანათებდა ობიექტს, იყო დაახლოებით 2 სმ ზომის, გამოყენებული იყო მხოლოდ 4 ფოტოდეტექტორი, ერთმანეთისგან 0,5 მეტრის დაშორებით. სინთეზირებული დიაფრაგმის ზომა შეფასებულია 0,5 მ 10 მ.
სინამდვილეში, ყოველი შემთხვევისთვის, ჩაწერილი სიგნალები თავად (მარცხნივ) და მათი სპექტრები (მარჯვნივ) შედარებით ერთეულებში:

ობიექტის წინა ფოტოდან Photoshop-ით შეირჩა მხოლოდ ჩვენთვის საინტერესო განათებული და ამრეკლავი ადგილები, რომელთა ნახვაც გვინდა:

სურათი რეკონსტრუირებულია 2D ფურიეს ტრანსფორმაციის მიერ 4 სიგნალიდან და მასშტაბირებული შედარებისთვის:

ეს სურათი რეალურად შედგება მხოლოდ 4 მწკრივისაგან (და დაახლოებით 300 სვეტისაგან), გამოსახულების ვერტიკალური გარჩევადობა, შესაბამისად, დაახლოებით 0,5 მმ-ია, მაგრამ მუქი კუთხე და ორივე მრგვალი ხვრელი ჩანს. ჰორიზონტალური გარჩევადობა არის 0,2 მმ, ეს არის გამტარი ტრასების სიგანე დაფაზე, ხუთივე ჩანს. (რეგულარულ ტელესკოპს უნდა ჰქონდეს ორი მეტრი დიამეტრი, რომ დაინახოს ისინი ახლო IR-ში).

სინამდვილეში, მიღებული გარჩევადობა ჯერ კიდევ შორს არის თეორიული ზღვრისგან, ამიტომ კარგი იქნებოდა ამ ტექნოლოგიის რეალიზება. ეშმაკი, როგორც ვიცით, დეტალებშია და აქ ბევრი დეტალია.

Გმადლობთ ყურადღებისთვის.

რადარების გამოყენების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი სფეროა მათი გამოყენება საჰაერო ხომალდზე, რომელიც იკვლევს დედამიწის ზედაპირს. გადასაჭრელი ამოცანების, სანახავი არეალის საჭირო ზომისა და განხილვის დროის მიხედვით, განასხვავებენ მიმოხილვის შემდეგ ტიპებს:

· ზოლიანი ხედი (ანტეროლტერალური ხედი);

· სექტორის მიმოხილვა;

· ტელესკოპური ხედი.

ასევე შესაძლებელია სხვა სახის მიმოხილვები, რომლებიც ან ზემოაღნიშნული მიმოხილვების განსაკუთრებული შემთხვევებია ან მათი კომბინაციები.

გამოსხივებული ობიექტის კუთხური პოზიციის საზომი და პარამეტრი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ კუთხოვანი კოორდინატები და უზრუნველყოთ კუთხური გარჩევადობა, არის დოპლერის სიხშირე. ამ პრობლემების გადასაჭრელად ხელსაყრელი პირობები იქმნება თვითმფრინავის დედამიწის ზედაპირის გვერდითი ხედვის, კურსის, სიხშირისა და სიჩქარის შენარჩუნების პირობებში.

დედამიწის ზედაპირის სარადარო გამოსახულების დეტალები დამოკიდებულია რადარის განივი მიმართულებით გარჩევადობაზე, ასევე გარჩევადობაზე ტრასის გასწვრივ.

განივი მიმართულებით გარჩევადობა (ტანგენციალური გარჩევადობა) დამოკიდებულია ხმოვანი სიგნალების ზოლზე და განივი სიბრტყეში ობიექტების ამაღლების კუთხეზე.

გზის გასწვრივ გარჩევადობა განსხვავდება არათანმიმდევრულ და თანმიმდევრულ დამუშავებას შორის. პირველ შემთხვევაში, იგი განისაზღვრება რადიაციული ნიმუშის სიგანეზე, რომელიც შეესაბამება თვითმფრინავზე განთავსებული ანტენის დიაფრაგს. თანმიმდევრული დამუშავებით, ის შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს სინთეზირებული დიაფრაგმის მიხედვით, რომელიც განისაზღვრება დამუშავების დროს თვითმფრინავის გადაადგილების რაოდენობით.

სინთეზირებული აღჭურვილობით რადარების აგებისას თვითმფრინავის ბორტზე დამონტაჟებულია სუსტად მიმართული ანტენა, რომელიც უზრუნველყოფს სივრცის გვერდით ხედვას (სურ. 6.1). ტრაექტორიის სხვადასხვა წერტილიდან მიღებული სიგნალები ინახება და მუშავდება, როგორც ანტენის მასივში, სადაც ისინი ემატება ფაზაში და ქმნიან მთლიანი სიგნალის მაქსიმალურ ამპლიტუდას.

ერთი ელემენტის გადაადგილებით წარმოიქმნება სინთეზირებული ანტენა, რომლის რადიაციული შაბლონის ღერძი მართკუთხა ფრენის ბილიკზე პერპენდიკულარულად არის ორიენტირებული (ნახ. 6.2).

იმპულსური სიგნალების გამოყენებისას, ისინი მიიღება და ინახება ტრაექტორიულ წერტილებში, ერთმანეთის მიმართ დაშორებულ მანძილზე, სადაც არის ფრენის სიჩქარე; - პულსის გამეორების პერიოდი. შემდეგი, სიგნალები შეჯამებულია 2-ზე ნაჩვენები წრეში. მანძილი, რომელზეც ხდება შეჯამება, არის სინთეზირებული ანტენის დიაფრაგმა (ნახ. 6.3).

სიგნალების შეჯამება ხორციელდება LZ დაყოვნების ხაზში. არსებობს არაფოკუსირებული (სურ. 6.4.) და ფოკუსირებული სინთეზირებული ანტენები. არაფოკუსირებული ანტენის მახასიათებელია მიღებული სიგნალების შეჯამება ფაზას გარეთ. ეკვივალენტური სიგრძე შემოიფარგლება სიგნალების დაახლოებით ფაზაში შეჯამების შესაძლებლობით, ანუ როცა რადარიდან სამიზნემდე მანძილების სხვაობა არ აღემატება λ/8 (სურათი 6.5).

მეორე ტერმინის სიმცირის გამო ვიღებთ

ასეთი ანტენის რადიაციული ნიმუშის სიგანე

(6.3)

ამ შემთხვევაში, ტანგენციალური გარჩევადობა

(6.4)

გაუმჯობესებულია პანორამულ ანტენასთან შედარებით

სად არის აზიმუტის გარჩევადობა.

ახლა ის პროპორციულია არა R-ის, არამედ .

ფოკუსირებულ ანტენებში ანტენების მასივის ელემენტების ჯაჭვში შეჰყავთ ფაზური ცვლა, რათა კომპენსირდეს რადარის მოძრაობა სამიზნესთან მიმართებაში (ნახ. 6.6).

ჰორიზონტალურ სიბრტყეში რეალური ანტენის ზომა არის L, მისი ნიმუშის სიგანე

სინთეზირებული ანტენის სიგრძე ტოლია ფრენის ბილიკის სიგრძისა, რომლის გასწვრივ რადარი ასხივებს წრეს (სურ. 6.7).

ანტენის გამოსხივების ნიმუშის სიგანე არის

ტანგენციალური გარჩევადობა

. (6.7)

არ არის დამოკიდებული დიაპაზონზე და უდრის რეალური ანტენის ზომის ნახევარს.

შეუძლებელია რადარის აშენება სინთეზირებული ანტენით ტრადიციულად, რადგან ის მოითხოვს მნიშვნელოვან: ფოკუსირებული ანტენის სიგრძეს (ასობით მ); სიგნალის შეფერხება დაყოვნების ხაზში (ათეულ წმ); შეჯამებული იმპულსების რაოდენობა (ათობით ათასი).

პრაქტიკაში დოპლერის ეფექტი და შესაბამისი ფილტრაცია გამოიყენება რადარის ასაგებად სინთეზირებული ანტენით. დოპლერის სიხშირის ინფორმაცია გამოიყენება კუთხის პოზიციის საზომად. მოდით, f 0 სიხშირის უწყვეტი მონოქრომატული რხევების A ემიტერები განლაგებული იყოს სწორი ხაზის x გასწვრივ, თვითმფრინავის ბილიკის პარალელურად, რომელიც მდებარეობს გვერდითი ხედვის ზოლში (სურათი 6.8).

დროის თითოეულ მომენტში გამოსხივებული რხევები შეიძლება გამოირჩეოდეს დოპლერის სიხშირით

. (6.8)

თუ დროში ცვლილებებს შევაფასებთ მიმღებიდან A წერტილამდე მანძილით, შეგვიძლია განვსაზღვროთ სიგნალის მოდულაციის კანონი

სად არის დროის მომენტი, როდესაც მიმღები არის A წერტილიდან უმოკლეს მანძილზე r 0. დაყოვნების დროის კვადრატული ცვლილება შეესაბამება მყისიერი სიხშირის წრფივ ცვლილებას

(6.10)

ამრიგად, მიღებული სიგნალი მოდულირებულია სიხშირეზე. ოპტიმალურ ფილტრში დამუშავებისას, რომელიც შეესაბამება მოსალოდნელ სიხშირეზე მოდულირებულ სიგნალს, შეინიშნება სიგნალის შეკუმშვა. შეკუმშული სიგნალის ხანგრძლივობაა

(6.11)

სად არის ფილტრის იმპულსური პასუხის ხანგრძლივობა. მსგავსი შეკუმშული პულსი მიიღება სიგნალისთვის, რომელიც მოდის სხვა A წერტილიდან; ამ პულსებს შორის დროის ინტერვალი იქნება = სად არის სამიზნის სიჩქარე. მინიმალური დასაშვები დროის ინტერვალი განისაზღვრება შეკუმშული პულსის ხანგრძლივობით

თანაფარდობა / = შეიძლება ჩაითვალოს სინთეზირებული კუთხოვანი გარჩევადობის საზომად

(6.13)

სადაც = არის ეკვივალენტური სინთეზირებული დიაფრაგმის ზომა, რომელიც წარმოიქმნება მიმღები წერტილის გადაადგილებით თანმიმდევრული დაგროვების ხანგრძლივობის განმავლობაში. შეკუმშვა საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ფოკუსირებული ანტენის მსგავსი გარჩევადობა.

დიაპაზონის გარჩევადობის უზრუნველსაყოფად აუცილებელია იმპულსური გამოსხივების გამოყენება და იმპულსები უნდა იყოს თანმიმდევრული ერთმანეთთან.

ამრიგად, სინთეზური დიაფრაგმის რადარი უნდა შეიცავდეს

1. თანმიმდევრულ-პულსური რადარი ნამდვილი თანმიმდევრობით;

2. სიგნალის დამუშავების სისტემა, რომელმაც უნდა შეასრულოს ოპტიმალური აზიმუტის დამუშავება (შესაბამისი ფილტრაცია) დიაპაზონის გარჩევადობის თითოეულ ელემენტში.

ასეთი ლოკატორის ერთ-ერთი ვარიანტი ნაჩვენებია ნახ. 6.9-ზე.

სხვა სქემების გამოყენება შესაძლებელია, მაგრამ სიგნალები უნდა იყოს თანმიმდევრული (მაგალითად, ჭრის იგივე ჰარმონიული რხევიდან).

თანმიმდევრულ-პულსური რადარის მიმღების გამომავალი ელემენტია ფაზის დეტექტორი, რომლის გამომავალი ძაბვა განისაზღვრება შემდეგნაირად.

სადაც , არის თანმიმდევრული ადგილობრივი ოსცილატორის ძაბვის ამპლიტუდები და გამომავალი სიგნალი;

რხევების საწყისი ფაზები;

დოპლერის სიხშირის ცვლა.

სიგნალი წერტილის სამიზნედან ფაზის დეტექტორის გამოსავალზე არის იმპულსური თანმიმდევრობა, რომელიც იმეორებს რეალური ანტენის მიმართულების კვადრატს და ამპლიტუდის მოდულაციას დოპლერის სიხშირით (ნახ. 6.10). გამეორების პერიოდში T p, შემდეგ კოორდინირებული ფილტრაცია ტარდება თითოეული მათგანისთვის.

არსებობს შემდეგი მეთოდები შესაბამისი აღჭურვილობის შესაქმნელად:

1. სიგნალების ჩაწერა ფაზის დეტექტორიდან ფოტოსურათზე შემდგომი ოპტიკური დამუშავებით.

2. ციფრული სიგნალის დამუშავება.

ციფრული დამუშავება ემყარება რადიო პულსის აფეთქების ოპტიმალურ გამოვლენას შემთხვევითი საწყისი ფაზით. ოპტიმალური დამუშავება მცირდება კორელაციური ინტეგრალის მოდულის გაანგარიშებამდე. მაგრამ რადგან სიგნალი არ არის უწყვეტი, არამედ დისკრეტული, გამოითვლება არა ინტეგრალი, არამედ ჯამი

სად არის შეყვანის სიგნალის წარმოება;

- მხარდაჭერის ფუნქცია;

n – გამოსახულების სიგნალის ნიმუშის ნომერი;

k – საცნობარო ფუნქციის საცნობარო ნომერი;

N - დამხმარე ფუნქციის დისკრეტული მნიშვნელობების რაოდენობა.

ციფრული დამუშავების შემთხვევაში, მიმღების ბლოკ დიაგრამას აქვს ნახ. 6.11.

შეყვანის სიგნალის წარმოდგენის რეალური და წარმოსახვითი ნაწილების საპოვნელად, დამუშავების მოწყობილობა აგებულია კვადრატული არხებით (ნახ. 6.12). ნახ. სურათი 6.13 გვიჩვენებს ციფრული დამუშავების სტრუქტურას გარჩევადობის ერთ ელემენტში.

წრე ასრულებს S out (n) ფორმულის მიხედვით გათვალისწინებულ ოპერაციებს: პროდუქტის რეალური და წარმოსახვითი ნაწილები ნაპოვნია ჯამის ნიშნის ქვეშ დამხმარე ფუნქციის N მნიშვნელობის თითოეული მნიშვნელობისთვის და შეჯამებულია.

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: