Перспективы радарных систем на наноспутниках

[qbertych]

Спасибо, очень интересная работа и обстоятельный рассказ.

Может быть наивный вопрос: как правильно измерить разрешение такого метода? Нужно обязательно калиброваться по известным объектам (типа таких), или же есть самодостаточные методы (вроде Аллановской дисперсии для одномерных данных)? И что ограничивает максимальное разрешение в SAR?

[k_const]

Разрешение определяется не только железом, но и последующей обработкой радиолокационных данных. Экспериментально разрешение всей системы (вместе с обработкой), а также ряд других параметров можно определить по изображению уголкового отражателя. Это изображение приблизительно описывается двухмерной sinc-функцией. Тогда разрешение по каждому направлению определяется по уровню -3 дБ главного лепестка. Не имея таких изображений, можно только оценить разрешение.

Максимальное разрешение по дальности зависит от полосы зондирующего импульса и обычно ограничивается скоростью передачи данных со спутника на Землю, а не невозможностью увеличить полосу.
Теоретическое разрешение по азимуту определяется длинной антенны, однако, мы не можем бесконечно уменьшать антенну. Связано это с тем, что частота следования импульсов(PRF) не может быть меньше некоторой величины (2V/L), иначе мы получим проблемы связанные с алиасингом. Уменьшение длины антенны приводит к увеличению нижней границы PRF.

Если увеличивать PRF, то возможно перекрытие во времени эхо-импульсов, отраженных от ближней границы по дальности и дальней. Таким образом, мы имеем ограничение и сверху:

$$
\frac{2V}{L} < PRF < \frac{C}{2H}(sec(\theta {far}) — sec(\theta {near}))^{^{-1}}
$$

где V — скорость спутника (~7000 м/с), L — длина антенны (~10м), C — скорость света, H — высота спутника (~ 800км), Ѳfar и Ѳnear — углы обзора соответственно дальней и ближней границ дальности (~18° и 24°). Для приведенных величин получаем: 1400Гц < PRF < 4400Гц. Здесь также возникает ограничение, связанное со скоростью передачи данных, поэтому для спутниковых систем PRF выбирается около 1600 — 2300 Гц, а максимальное разрешение по азимуту составляет около 5 м. Отметим, что эти рассуждения мы проводили для маршрутного режима РСА.

[3263927]

очень круто спасибо! прямо восхищение такими людьми которые такими сложными вещами занимаются! а не знал раньше про то что можно легко и дёшево запустить свой спутник!
когда ещё учился на музыканта, в начале 2000х, очень интересовался техникой, наукой и программированием, напросился в МГУ на научно-практическую конференцию, и подружился там с парнем который разрабатывал как раз такой алгоритм, определял высоты поверхности по радару, я тогда ничего не понял но запомнил на всю жизнь! и вот теперь спутники стали доступны! спасибо вам! вдохновляющая статья!

[Demiurge067]

Возможно, эту статью следовало бы назвать немного иначе? Ибо про «спутники» — совсем чуть, про «перспективы» здесь так себе, про «железо» чуть больше, а вот про методы программной обработки РЛ сигналов — вполне достаточно. Но, на мой взгляд, самое интересное, что можно делать (после создания и запуска СВОЕГО спутника) — обрабатывать информацию с него. И для этого, вероятно, нужно сформулировать цель. Отсюда у меня вопрос — а цель-то у вас какая?

P.S. Буду рад общению и с удовольствием поделюсь [вероятно устаревшими] знаниями. )))

[itsar]

Пока наша цель — всесторонне освоить технику РСА. Естественно, в рамках наших возможностей.

[Demiurge067]

Честно сказать, я не до конца понял, каким образом синтезируется итоговая ДН, т.к. всю жизнь имел дело с реальными, а не синтетическими ДН. Отстал от жизни))) Тем не менее — тема, для меня, очень интересна. Интересен математический аппарат. Самое сложное, что я не смог осознать (на текущем этапе) — почему при более широкой физической (реальной) ДН получается более высокая разрешающая способность синтетической ДН? Есть и еще куча вопросов, на которые я не смог найти ответа. Если Вы сможете меня просветить, чтобы мои познания о радиолокации, полученные в лет 30 назад, совместились с этими новыми знаниями. Было бы круто…

[k_const]

Апертура синтезируется следующим образом: мы делаем луч как можно шире (в некоторых пределах, см комментарий выше). Тогда сигнал от цели будет присутствовать в эхо-сигналах, принятых в различные моменты азимутального времени (различные положения радара в пространстве, см рис.2). Рассмотрим строку азимута при дальности, на которой наблюдается цель (здесь примем миграцию дальности = 0). Сигнал от цели в этой строке соответствует ЛЧМ, поскольку фаза сигнала от цели квадратично зависит от медленного (азимутального) времени. Параметрами этого ЛЧМ сигнала являются допплеровский центроид fd и скорость изменения допплеровской частоты fR. Длительность сигнала равна длительности нахождения цели в луче (период синтезирования), то есть зависит от ширины луча. Если мы применим согласованный фильтр к этому сигналу, то аналогично направлению дальности, получим скомпрессированный сигнал. Положение цели будет соответствовать азимутальному времени, соответствующему допплеровскому центроиду (при идеальной геометрии fd=0 и это будет время минимальной дальности между радаром и целью).
Можно определить допплеровскую полосу этого сигнала, как скорость изменения допплеровской частоты, умноженную на период синтезирования. Этой полосой определяется разрешение по азимуту. Для увеличения разрешения нам нужно увеличивать полосу сигнала. В данном случае мы можем только увеличить период синтезирования, поскольку fR определяется из геометрии РСА (fR=2V^2/(lambdaR)). Таким образом получаем, что период синтезирования тем больше, чем меньше антенна, или при более широкой физической (реальной) ДН получается более высокая разрешающая способность по азимуту.