Консультации / РЛС с синтезированием апертуры антенны

Аналоговая (оптическая) обработка сигналов РСА

Аналоговая (оптическая) обработка сигналов РСА

Рис 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.

Рис. 11. Взаимное расположе­ние точечного объекта и траек­тории движения РСА, соответ­ствующие ему напряжение на выходе фазового детектора и запись сигнала на пленке

 

 

Рис. 12. Линза Френеля (а) и голограмма точечной цели (6)

Рис. 13. Схема простейшего устройства оптической обработки сигнала РСА

 

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 а 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

« Назад Далее »