|
Консультации / РЛС с синтезированием апертуры антенны Аналоговая (оптическая) обработка сигналов РСААналоговая (оптическая) обработка сигналов РСАРис 10. Схема записи сигналов с экрана ЭЛТ (а) и диаграммы, поясняющие формирование изображения на пленке (б, в, г) Аналоговая обработка сигналов требует предварительной записи их, например, на фотопленку. Так как при синтезировании апертуры необходимо запоминать сигналы с точностью до фазы, то квадратурные составляющие сигналов с выхода приемника фиксируются на пленке после их когерентного детектирования фазовыми детекторами, что эквивалентно получению на выходе детекторов квадратурных электрических голограмм изображения карты местности.
Запись сигнала одного квадратурного канала. При записи сигнала на пленку используется, например, ЭЛТ (рис. 10, а). Протяжка пленки эквивалентна движению носителя. РCA., и должна выполняться со скоростью Vп , пропорциональной скорости полета. Развертка по дальности R производится поперек пленки. Сигнал иву видеоусилителя ВУ (рис. 10, 6), включенного на выходе фазового детектора, модулирует луч ЭЛТ по яркости. Развертка луча по дальности осуществляется запускаемым от синхронизатора генератором ГР. В результате засвечивания изменяется степень экспонирования пленки S (рис. 10, в), т. е. величина, обратная ее прозрачности и от каждого точечного отражателя на местности на ней образуются полосы штрихи вдоль линии пути — оси X (рис. 10, г). При записи гармонических колебаний с выходов ФД прозрачность пленки должна меняться относительно некоторого начального уровня So по закону (9) где х — расстояние в пространстве вдоль оси X; φо—начальная фаза; хп — расстояние на пленке; х0 — координата точечного отражателя на пленке; Мх = х масштаб изображения по оси Х. Полученное рассмотреным способом изображение точечной цели можно трактовать, как голограмму этой цели. Действительно, напряжение с фазового детектора ифд соответствует разности фаз когерентного геродина КГ (см. рис. 6) и сигнала, принимаемого при пересечении траекторией движения ТД носителя РСА фронта сферической волны С В, отраженной от точечного объекта ТО (рис. 11). При записи на пленке появляются чередующиеся области с разной степенью прозрачности (линии-штрихи) Иными словами, в плоскости пленки П образуется интерференционная картина Френеля вдоль оси Хп — голограмма точечной цели.
Эта голограмма представляет собой сечение вдоль оси X так называемой линзы Френеля (рис. 12). Получение изображения кадра местности. Изображение с высоким разрешением по оси X получают при просвечивании проявленной пленки источником когерентного света (лазером) чепез коллимирующую линзу. При этом на некотором расстоянии от пленки создается дифракционное поле световой энергии, как известно, в дальней зоне это поле представляет собой преобразование Фурье от распределения яркости в плоскости ночной пленки, которое, в свою очередь, зависит от степени прозрачности последней. Прозрачность пленки определяется амплитудой записанного сигнала или степенью ее экспонирования. В то же время фазовые соотношения этого сигнала при обычной записи теряются. Для сохранения информации о фазe сигнала можно записать два сигнала с выходов фазовых детекторов квадратурных каналов. В этом случае после просвечивания квадратурных записей и их последующего оптического спектрального анализа формируют полупрозрачным зеркалом единый световой поток, который затем записывать изображения спектра на вторичной пленке. При записи на пленку сигнала одного канала дальности (Re) с выхода фазового детектора фаза колебаний изменяется по квадратичному закону (3). Поэтому фронт световой волны после просвечивания голограммы становится вогнутым. Это означает, что поле фокусируется в точке, отстоящей от пленки на расстояние za, которое можно определить на основании принципа подобия распространения радио- и оптических волн. В самом деле, , откуда , где λс — длина волны источника когерентного света. Расстояние z0 обычно получается большим, и при. технической реализации устройства обработки его необходимо сократить с помощью линз. При использовании линзы Л и расположении пленки и экрана в фокусах линзы (рис. 13) яркость изображения на расстоянии Ф от линзы определяется как
где Фл — фокусное расстояние линзы, связанное с расстояниями Ф и zo соотношением ; S(x) —прозрачность исходной пленки по одному каналу дальности; . Здесь Tх — период пространственной частоты; ξ— координата изображения на вторичной пленке точки с координатой х первичного изображения; θх — угол между направлением на точку с координатой у осью линзы.
Особенности устройств оптической обработки. При записи колебаний частоты Fд с выхода фазового детектора на плену П1, движущейся со скоростью Vn, фиксируются колебания с пространственной частотой. Поэтому в плоскости экрана пленки (П2) образуется спектр пространственных частот (или пропорциональных им доплеровских частот) интенсивности света. Если запись на пленке П1, отсутствует, то световой поток имеет постоянную интенсивность (яркость), пропорциональную Sо, в (9), и дает в точке с координатой ξ = 0 спектр типа спектра видеоимпульса (Аа на рис. 14), не несущий никакой информации. При записи частоты Fд на пленке П2 остается спектр постоянной засветки Ао и образуются два симметричных относительно с координатой ξ=0 спектра A+1и A+2, представляющие собой спектры радиоимпульса с частотой заполнения Fд, расположенные в точках с координатами . Рис. 14. Спектры пространственных частот
Если при записи сигнала использовать поднесущую частоту (частоту подставки Фпд), что необходимо для устранения засветки пленки П2 световым потоком, пропорциональным So, то все изображение смещается пропорционально Fnд и с помощью пространственного фильтра — диафрагмы Д (см. рис. 13) можно выделить только световой поток спектра A+1.
Рис. 15. Сжатие изображения при оптической обработке
Таким об разом в плоскости пленки П2 через диафрагму фокусируется световое поле изображения пленки П1, на которой были записаны сигналы с фазового детектора (рис. 15). Так как длина записи на пленке П1 по оси X равна хк, а ширина фокусированого пятна , то сигнал сжимается в раз. При идеальной оптической системе разрешающая способность по пространственным частотам , а по доплеровской частоте . Смещение отверстия диафрагмы на рис. 13 относительно точки с координатой ξ=0 позволяет не только избежать засветки пленки П2 световым потоком So, но и избавиться от неоднозначности по скорости. Дело в том, что при расположении максимума диаграммы направленности перпендикулярно линии пути ЛА закон изменения частоты на выходе фазового детектора (2) приводит к неоднозначности отсчета доплеровских частот (рис. 16, а), так как одна и та же частота соответствует двум разным Fд(t), а следовательно, и двум разным целям. Для устранения неоднозначности вводят смещение по частоте на значение подставки Fпд или специальным гетеродином, или разворотом диаграммы направленности антенны РСА на некоторый угол вперед по ходу ЛА. В результате шкала частот сдвигается по оси x, поэтому должно быть смешено и отверстие диафрагмы на некоторое расстояние x0.
Рис. 16. Диаграммы при неоднозначности измерения FA (а) и при вводе частоты подставки Fпд (б).
При проектировании с пленки П1 на П2 изображение искажается в поперечном направлении, поскольку при фокусировке его в наклонной плоскости проявляется зависимость z0 = f(R0)=R0lVп2(lсV 2)-1. Это объясняется тем, что земная поверхность облучается под некоторым углом b и, следовательно, пленка П2 также должна быть повернута на некоторый угол. Технически удобнее обе пленки располагать в параллельных плоскостях, а для коррекции изображения поставить горизонтально коническую линзу КЛ после пленки П1 (рис. 17). Во избежание искажений в вертикальной плоскости, вносимых конической линзой, используется дополнительная цилиндрическая линза ЦЛ Рис. 17. Схема устройства оптической обработки сигналов РСА |
||||||||||||||||||||||||||||