В целом подход множественного сканирования в разных позициях на некоторой прямой верен - это, по сути, аналог формирования синтезированной апертуры при радиолокационной съёмке. Сформровать 2D карту положений отражателей можно.
Для того, чтобы не было разночтений опишу основные операции по порядку: 1. Прежде всего, необходимо экранировать приёмник от половины окружающего пространства (например, заднюю полусферу). Это необходимо для того, чтобы исключить неоднозначность определения целей по дальности (2 цели на одинаковой дальности от прямой перемещения будет невозможно разделить). 2. Вдоль прямой перемещения с заданным шагом в положениях xi делаем зондирования. 3. Для каждого зондирования осуществляем сжатие отражённого сигнала (построение "коррелограммы"). Будет быстрее сделать это через перемножение спектров с последующим переходм обратно во временную область. 4. По полученным коррелограммам строим окружности яркостей (коррелограмма будет радиальным профилем). 5. Далее реализуется метод, известный в радиолокации под названием Back-Projection Суть его в следующем:
задаём сетку выходной 2D карты;
для каждого узла выходной карты рассчитываем яркость как сумму яркостей от точек (соответствующих дальности до этого узла) разных кругов (у каждого круга будет своя дальность, соответсвующая заданному узлу). Т.е. для каждого узла с координатами (x, y) вычисляем яркости Ci от разных кругов на соответствующих радиусах и суммируем эти яркости:
Яркость заданного узла выходной карты равна сумме яркостей от разных кругов на определённом радиусе (свой для каждого круга) По сути - это то же суммирование range profiles, но каждый круг перед суммированием нужно свинуть вдоль оси х на положение xi.
Можно использовать другой подход, когда коррелограмма каждого зондирования записывается как столбец матрицы зондирований - получается голограмма со сжатыми сигналами по дальности. Далее требуется сделать сжатие азимутальных (траекторных) сигналов (строки голограммы) - также лучше делать в спектральной области. Здесь возникает сложность в том, что траекторный сигнал от одной цели будет мигрировать по каналам дальности. Причём для целей на разных дальностях характер миграций будет разным. Для корректной обработки необходимо предварительно устарнять миграции. В радиолокации известны разные методы работы с такими данными, например Range Migration Algorithm.
Более подробно информацию об упомянутых выше методах можно найти в открытых источниках.
Не совсем так. Собственно сканирования (перемещения лепестка диаграммы направленности) в угломестной плоскости не происходит. Частично процитируем ответ на один из уже заданных ранее вопросов:
"При радиолокационной съёмке происходит облучение двумерной зоны на земле. Сигналы от разных целей этой зоны, в зависимости от дальности до них, приходят в разное время, но, т.к. сигналы "длинные" по времени (сигналы с ЛЧМ), то происходит их наложение друг на друга (суммирование). Т.к. пятно двумерное, то одна и та же цель находится в зоне облучения некоторое время (зависит от размера пятна, скорости аппарата и режима съёмки) - это даёт возможность сформировать траекторный (азимутальный) сигнал. При прожекторном режиме по-другому - синтезированная апертура формируется не за счёт скольжения пятна по земле, а за счёт поворота оси ДНА в процессе съёмки для облучения заданной зоны. Траекторные сигналы от разных целей также суммируются друг с другом. При синтезе РЛИ при сжатии отклики от разных целей пространственно разделяются. Разрешение по дальности (вдоль строк радиголограммы, соответствующим отдельным зондированиям) происходит благодаря тому, что ЛЧМ сигналы от целей на разной дальности приходят с разной задержкой и центры откликов будут пространственно разнесены пропорционально этим задержкам. Разрешение по азимуту (вдоль пути движения КА (столбцы радиоголограммы)) происходит благодаря тому, что цели, расположенные в разных местах вдоль линии пути КА, оказываются на траверзе в разные моменты времени (разные номера зондирований). Этим моментам соответствует нулевое доплеровское смещение частоты принимаемого отражённого сигнала (при отсутствии отклонения оси ДНА от траверза), а на траекторном сигнале этому моменту соответствует нулевое значение частоты и фазы ЛЧМ. При сжатии по азимуту в этих положениях нулевой частоты формируются максимумы откликов сжатого сигнала, что и даёт разделение целей."
Если вдруг вопрос адресован к нам, то мы занимаемся так называемой предварительной (первичной + стандартной) обработкой, позволяющей формировать из "сырого" сеанса сброса с космического аппарата стандартные продукты ДЗЗ (в том числе РЛН) в том виде, в котором эти продукты космической съемки поставляются во всем мире потребителям. Последующей тематической обработкой (к которой относится и поиск углеводородов) лично мы не занимаемся, но есть достаточно компаний, в том числе и в РФ (попробуйте почитать тут) которые занимаются этими вопросами применяя оптико-электронную съему, радиолокационную и их совместные комбинации.
Похоже, что с Вашей стороны имеется какое то недопонимание. Конечно мы так не утверждаем и никакого сканирования в направлении наклонной дальности (в угломестной плоскости) не происходит. Синтезированная апертура формируется только вдоль движения платформы, но при синтезе РЛИ сжатие осуществляется по двум координатам (дальность и азимут). Попробуем объяснить более подробно. Представим, что аппарат не движется и излучает электромагнитные импульсы. Электромагнитная волна распространяется во все стороны. При достижении земной поверхности волна накрывает зону значительной площади. От всех целей этой зоны приходят переотраженные сигналы. Время задержки и интервал времени приёма отражённых сигналов выбираются таким образом, чтобы на вход приёмного устройства попадали только сигналы, отражённые от целей, попадающих в зону главного лепестка диаграммы направленности антенны (назовём это зоной засветки). Эта зона засветки, конечно же, двумерная, в ней цели распределены как по дальности, так и по азимуту. Далее, если бы аппарат стоял на месте, то мы могли бы корректно разделить цели только по дальности (это делается без сканирования в угломестной плоскости) благодаря тому, что отражённые сигналы от целей на разной дальности приходят в разное время. Хотя эти сигналы "длинные" по времени и накладываются друг на друга (суммируются), но из-за разности временных задержек при сжатии дальностных строк мы получаем максимумы откликов, расположенных в разных пикселях строки РЛИ. Далее, т.к аппарат движется, то мы можем сформировать синтезированную апертуру в азимутальном (только в одном) направлении. Тогда мы получаем возможность разделить цели по азимуту, как было написано ранее в предыдущем комментарии.
Примеры параметров полосы съёмки и разрешения для различных КА в разных режимах съёмки можно посмотреть в таблице 2 по ссылке. Теоретически, ширина зоны съёмки задаётся шириной диаграммы направленности (пятно засветки) по дальности, что определяется свойствами антенны. Но получить РЛИ заданного разрешения по азимуту и дальности с шириной полосы, соответствующей теоретическому пределу той или иной антенны не получится в силу других ограничений. Для получения заданного разрешения по азимуту требуется обеспечить частоту зондирования не реже, чем половина частотной ширины спектра траекторного сигнала. Это необходимо, согласно теореме Котельникова (Найквиста), для однозначного восстановления этого сигнала (сигнала, сформированного с бесконечной частотой (его аналоговое представление)). Частота зондирования накладывает ограничения на допустимую ширину полосы - если ширина слишком велика, до отражённые от дальней зоны сигналы предыдущего зондирования будут по времени приёма пересекаться с сигналами, отражёнными от ближней зоны текущего зондирования. Это приведёт к тому, что невозможно будет разделить цели, соответствующие пересекающимся сигналам. Поэтому, конечно, достижимая ширина зоны зависит от разрешения, но также она зависит от параметров антенны, выбранной частотой сканирования, угла обзора, высоты орбиты, длительности зондирующего импульса и других факторов.
Не совсем так. При радиолокационной съёмке идёт засвет именно двумерной зоны. По-другому физически невозможно. Сигналы от разных целей, в зависимости от дальности до них, приходят в разное время, но, т.к. сигналы "длинные" по времени (сигналы с ЛЧМ), то происходит их наложение друг на друга (суммирование). Т.к. пятно двумерное, то одна и та же цель находится в зоне облучения некоторое время (зависит от размера пятна, скорости аппарата и режима съёмки) - это даёт возможность сформировать траекторный (азимутальный) сигнал. При прожекторном режиме по-другому - синтезированная апертура формируется не за счёт скольжения пятна по земле, а за счёт поворота оси ДНА в процессе съёмки для облучения заданной зоны. Траекторные сигналы от разных целей также суммируются друг с другом. При синтезе РЛИ при сжатии отклики от разных целей пространственно разделяются. Разрешение по дальности (вдоль строк радиголограммы, соответствующим отдельным зондированиям) происходит благодаря тому, что ЛЧМ сигналы от целей на разной дальности приходят с разной задержкой и центры откликов будут пространственно разнесены пропорционально этим задержкам. Разрешение по азимуту (вдоль пути движения КА (столбцы радиоголограммы)) происходит благодаря тому, что цели, расположенные в разных местах вдоль линии пути КА, оказываются на траверзе в разные моменты времени (разные номера зондирований). Этим моментам соответствует нулевое доплеровское смещение частоты принимаемого отражённого сигнала (при отсутствии отклонения оси ДНА от траверза), а на траекторном сигнале этому моменту соответствует нулевое значение частоты и фазы ЛЧМ. При сжатии по азимуту в этих положениях нулевой частоты формируются максимумы откликов сжатого сигнала, что и даёт разделение целей.
Если под координатами понимать традиционные для радиолокации направления по дальности и по азимуту, то утверждение неверно. При синтезе РЛИ разделение целей идёт именно по двум координата (по дальности и по азимуту). Неоднозначности никакой не возникает в силу особенностей получаемых сигналов от разных целей. Более подробные объяснения приведены ниже под следующим комментарием.
Да, сигнал принимается от всех целей, попадающих в зону главного лепестка диаграммы направленности антенны. Потом, при синтезе РЛИ, происходит пространственное разделение откликов от целей, находящихся на расстоянии (по дальности или азимуту) не менее разрешающей способности системы.
Добрый день!
В целом подход множественного сканирования в разных позициях на некоторой прямой верен - это, по сути, аналог формирования синтезированной апертуры при радиолокационной съёмке. Сформровать 2D карту положений отражателей можно.
Для того, чтобы не было разночтений опишу основные операции по порядку:
1. Прежде всего, необходимо экранировать приёмник от половины окружающего пространства (например, заднюю полусферу). Это необходимо для того, чтобы исключить неоднозначность определения целей по дальности (2 цели на одинаковой дальности от прямой перемещения будет невозможно разделить).
2. Вдоль прямой перемещения с заданным шагом в положениях xi делаем зондирования.
3. Для каждого зондирования осуществляем сжатие отражённого сигнала (построение "коррелограммы"). Будет быстрее сделать это через перемножение спектров с последующим переходм обратно во временную область.
4. По полученным коррелограммам строим окружности яркостей (коррелограмма будет радиальным профилем).
5. Далее реализуется метод, известный в радиолокации под названием Back-Projection
Суть его в следующем:
задаём сетку выходной 2D карты;
для каждого узла выходной карты рассчитываем яркость как сумму яркостей от точек (соответствующих дальности до этого узла) разных кругов (у каждого круга будет своя дальность, соответсвующая заданному узлу). Т.е. для каждого узла с координатами (x, y) вычисляем яркости Ci от разных кругов на соответствующих радиусах и суммируем эти яркости:
Яркость заданного узла выходной карты равна сумме яркостей от разных кругов на определённом радиусе (свой для каждого круга)
По сути - это то же суммирование range profiles, но каждый круг перед суммированием нужно свинуть вдоль оси х на положение xi.
Можно использовать другой подход, когда коррелограмма каждого зондирования записывается как столбец матрицы зондирований - получается голограмма со сжатыми сигналами по дальности. Далее требуется сделать сжатие азимутальных (траекторных) сигналов (строки голограммы) - также лучше делать в спектральной области. Здесь возникает сложность в том, что траекторный сигнал от одной цели будет мигрировать по каналам дальности. Причём для целей на разных дальностях характер миграций будет разным. Для корректной обработки необходимо предварительно устарнять миграции. В радиолокации известны разные методы работы с такими данными, например Range Migration Algorithm.
Более подробно информацию об упомянутых выше методах можно найти в открытых источниках.
Спасибо за конструктивное замечание - в конце статьи добавлен список сокращений и аббревиатур.
Не совсем так. Собственно сканирования (перемещения лепестка диаграммы направленности) в угломестной плоскости не происходит. Частично процитируем ответ на один из уже заданных ранее вопросов:
"При радиолокационной съёмке происходит облучение двумерной зоны на земле. Сигналы от разных целей этой зоны, в зависимости от дальности до них, приходят в разное время, но, т.к. сигналы "длинные" по времени (сигналы с ЛЧМ), то происходит их наложение друг на друга (суммирование). Т.к. пятно двумерное, то одна и та же цель находится в зоне облучения некоторое время (зависит от размера пятна, скорости аппарата и режима съёмки) - это даёт возможность сформировать траекторный (азимутальный) сигнал. При прожекторном режиме по-другому - синтезированная апертура формируется не за счёт скольжения пятна по земле, а за счёт поворота оси ДНА в процессе съёмки для облучения заданной зоны. Траекторные сигналы от разных целей также суммируются друг с другом. При синтезе РЛИ при сжатии отклики от разных целей пространственно разделяются. Разрешение по дальности (вдоль строк радиголограммы, соответствующим отдельным зондированиям) происходит благодаря тому, что ЛЧМ сигналы от целей на разной дальности приходят с разной задержкой и центры откликов будут пространственно разнесены пропорционально этим задержкам. Разрешение по азимуту (вдоль пути движения КА (столбцы радиоголограммы)) происходит благодаря тому, что цели, расположенные в разных местах вдоль линии пути КА, оказываются на траверзе в разные моменты времени (разные номера зондирований). Этим моментам соответствует нулевое доплеровское смещение частоты принимаемого отражённого сигнала (при отсутствии отклонения оси ДНА от траверза), а на траекторном сигнале этому моменту соответствует нулевое значение частоты и фазы ЛЧМ. При сжатии по азимуту в этих положениях нулевой частоты формируются максимумы откликов сжатого сигнала, что и даёт разделение целей."
Если вдруг вопрос адресован к нам, то мы занимаемся так называемой предварительной (первичной + стандартной) обработкой, позволяющей формировать из "сырого" сеанса сброса с космического аппарата стандартные продукты ДЗЗ (в том числе РЛН) в том виде, в котором эти продукты космической съемки поставляются во всем мире потребителям. Последующей тематической обработкой (к которой относится и поиск углеводородов) лично мы не занимаемся, но есть достаточно компаний, в том числе и в РФ (попробуйте почитать тут) которые занимаются этими вопросами применяя оптико-электронную съему, радиолокационную и их совместные комбинации.
Похоже, что с Вашей стороны имеется какое то недопонимание. Конечно мы так не утверждаем и никакого сканирования в направлении наклонной дальности (в угломестной плоскости) не происходит. Синтезированная апертура формируется только вдоль движения платформы, но при синтезе РЛИ сжатие осуществляется по двум координатам (дальность и азимут). Попробуем объяснить более подробно. Представим, что аппарат не движется и излучает электромагнитные импульсы. Электромагнитная волна распространяется во все стороны. При достижении земной поверхности волна накрывает зону значительной площади. От всех целей этой зоны приходят переотраженные сигналы. Время задержки и интервал времени приёма отражённых сигналов выбираются таким образом, чтобы на вход приёмного устройства попадали только сигналы, отражённые от целей, попадающих в зону главного лепестка диаграммы направленности антенны (назовём это зоной засветки). Эта зона засветки, конечно же, двумерная, в ней цели распределены как по дальности, так и по азимуту. Далее, если бы аппарат стоял на месте, то мы могли бы корректно разделить цели только по дальности (это делается без сканирования в угломестной плоскости) благодаря тому, что отражённые сигналы от целей на разной дальности приходят в разное время. Хотя эти сигналы "длинные" по времени и накладываются друг на друга (суммируются), но из-за разности временных задержек при сжатии дальностных строк мы получаем максимумы откликов, расположенных в разных пикселях строки РЛИ. Далее, т.к аппарат движется, то мы можем сформировать синтезированную апертуру в азимутальном (только в одном) направлении. Тогда мы получаем возможность разделить цели по азимуту, как было написано ранее в предыдущем комментарии.
Примеры параметров полосы съёмки и разрешения для различных КА в разных режимах съёмки можно посмотреть в таблице 2 по ссылке. Теоретически, ширина зоны съёмки задаётся шириной диаграммы направленности (пятно засветки) по дальности, что определяется свойствами антенны. Но получить РЛИ заданного разрешения по азимуту и дальности с шириной полосы, соответствующей теоретическому пределу той или иной антенны не получится в силу других ограничений. Для получения заданного разрешения по азимуту требуется обеспечить частоту зондирования не реже, чем половина частотной ширины спектра траекторного сигнала. Это необходимо, согласно теореме Котельникова (Найквиста), для однозначного восстановления этого сигнала (сигнала, сформированного с бесконечной частотой (его аналоговое представление)). Частота зондирования накладывает ограничения на допустимую ширину полосы - если ширина слишком велика, до отражённые от дальней зоны сигналы предыдущего зондирования будут по времени приёма пересекаться с сигналами, отражёнными от ближней зоны текущего зондирования. Это приведёт к тому, что невозможно будет разделить цели, соответствующие пересекающимся сигналам. Поэтому, конечно, достижимая ширина зоны зависит от разрешения, но также она зависит от параметров антенны, выбранной частотой сканирования, угла обзора, высоты орбиты, длительности зондирующего импульса и других факторов.
Не совсем так. При радиолокационной съёмке идёт засвет именно двумерной зоны. По-другому физически невозможно. Сигналы от разных целей, в зависимости от дальности до них, приходят в разное время, но, т.к. сигналы "длинные" по времени (сигналы с ЛЧМ), то происходит их наложение друг на друга (суммирование). Т.к. пятно двумерное, то одна и та же цель находится в зоне облучения некоторое время (зависит от размера пятна, скорости аппарата и режима съёмки) - это даёт возможность сформировать траекторный (азимутальный) сигнал. При прожекторном режиме по-другому - синтезированная апертура формируется не за счёт скольжения пятна по земле, а за счёт поворота оси ДНА в процессе съёмки для облучения заданной зоны. Траекторные сигналы от разных целей также суммируются друг с другом. При синтезе РЛИ при сжатии отклики от разных целей пространственно разделяются. Разрешение по дальности (вдоль строк радиголограммы, соответствующим отдельным зондированиям) происходит благодаря тому, что ЛЧМ сигналы от целей на разной дальности приходят с разной задержкой и центры откликов будут пространственно разнесены пропорционально этим задержкам. Разрешение по азимуту (вдоль пути движения КА (столбцы радиоголограммы)) происходит благодаря тому, что цели, расположенные в разных местах вдоль линии пути КА, оказываются на траверзе в разные моменты времени (разные номера зондирований). Этим моментам соответствует нулевое доплеровское смещение частоты принимаемого отражённого сигнала (при отсутствии отклонения оси ДНА от траверза), а на траекторном сигнале этому моменту соответствует нулевое значение частоты и фазы ЛЧМ. При сжатии по азимуту в этих положениях нулевой частоты формируются максимумы откликов сжатого сигнала, что и даёт разделение целей.
Если под координатами понимать традиционные для радиолокации направления по дальности и по азимуту, то утверждение неверно. При синтезе РЛИ разделение целей идёт именно по двум координата (по дальности и по азимуту). Неоднозначности никакой не возникает в силу особенностей получаемых сигналов от разных целей.
Более подробные объяснения приведены ниже под следующим комментарием.
Да, сигнал принимается от всех целей, попадающих в зону главного лепестка диаграммы направленности антенны. Потом, при синтезе РЛИ, происходит пространственное разделение откликов от целей, находящихся на расстоянии (по дальности или азимуту) не менее разрешающей способности системы.