×
10.05.2018
218.016.3dc7

СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ОБЪЕКТАМИ С ПОМОЩЬЮ РАДИОМЕТРА С ДВУМЯ АНТЕННАМИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002648270
Дата охранного документа
23.03.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным (пассивным) системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн в условиях повышенного шага сканирования антенны радиометра. Достигаемый технический результат - увеличение быстродействия, повышение пространственного разрешения изображения объектов, формируемого радиометром с большим шагом сканирования. Способ заключается в применении двух антенн, одновременно сканирующих по пространству в ортогональных направлениях, получении в результате сканирования двух матриц радиометрического изображения с пропусками строк и столбцов, заполнении недостающих строк и столбцов интерполяцией, обработке матриц восстанавливающим фильтром Винера и объединении результатов обработки в одной матрице с повышенным пространственным разрешением. 1 табл., 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным (пассивным) системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра [1] в условиях повышенного шага сканирования антенны радиометра с целью увеличения быстродействия.

Радиометр обычно содержит одну антенну, принимающую радиоизлучение объектов в миллиметровом диапазоне длин волн [2]. Изображение объектов формируется за счет сканирования антенной радиометра по пространству. При сканировании линия визирования антенны смещается непрерывно по азимуту (вдоль строки) с дискретным съемом данных соответственно размеру элемента дискретизации (числу пикселей в строке) формируемой матрицы изображения и механически смещается по углу места (вдоль столбца) на величину, превышающую в несколько раз размер элемента дискретизации. После прохождения тракта первичной обработки принимаемых антенной сигналов формируется матрица радиометрического изображения объектов (матрица наблюдения) с пропусками изображения между пропущенными строками при переходе от одной строки к другой с большим шагом по углу места, чем шаг дискретизации по азимуту.

Уменьшать шаг по углу места нецелесообразно, так как увеличивается время формирования матрицы изображения, обусловленное временем накопления сигнала в радиометре. Так как ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) составляет 1°-3° (на уровне 0,5 мощности), то радиометрическое изображение объектов получается размытым. Для повышения четкости изображения (повышения пространственной разрешающей способности) матрицу радиометрического изображения обрабатывают алгоритмами восстановления изображений, например [3], в основе работы которых лежит модель свертки цифровых сигналов, полученных после прохождения тракта первичной обработки и запомненных на каждом шаге дискретизации величинами амплитуд y(ij) в i-x, j-x элементах матрицы Y={y(i,j)}:

где 2n+1 - ширина (ДНА) по углу места и азимуту; α(i,j) - коэффициенты аппаратной функции (АФ), описывающей действие антенны и тракта первичной обработки на принимаемые сигналы; x(i,j) - элементы матрицы X искомого (восстанавливаемого) изображения объектов: X={x(i,j)}, N - число строк и столбцов матрицы X; p(i,j) - шумы аппаратуры в виде белого шума.

Одним из широко применяемых методов восстановления X в частотной области является двумерный фильтр Винера [3, 4]. Известен способ применения фильтра Винера для восстановления изображения в матрице с пропущенными строками [5], который рассмотрим в качестве прототипа. Способ заключается в построчном сканировании антенны радиометра по азимуту и углу места с шагом по углу места большим, чем шаг дискретизации искомого изображения, с последующей обработкой матрицы наблюдений в частотной области, отличающийся тем, что между соседними строками разреженной матрицы наблюдений располагают новые строки по числу недостающих элементов дискретизации угла места, а элементы этих строк получают линейной интерполяцией соответствующих элементов соседних строк исходной матрицы, затем полученную расширенную матрицу подвергают преобразованию Фурье, умножают результат преобразования на передаточную функцию восстанавливающего фильтра, осуществляют обратное преобразование Фурье и получают матрицу восстановленного изображения объектов.

Указанный способ обладает следующим недостатком: при интерполяции пропущенных строк матрицы радиометрического изображения Y частично теряется информация об искомом изображении X и, как следствие, понижается точность восстановления X и соответственно ухудшается пространственное разрешение восстановленного изображения по сравнению с тем случаем, когда матрица радиометрического изображения Y формируется без пропуска строк с одинаковым шагом по азимуту и углу места.

Технический результат направлен на устранение указанного недостатка, а именно на повышение точности восстановления искомого изображения объектов при наличии пропусков радиометрического изображения.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа наблюдения за объектами с помощью радиометра с двумя антеннами, который заключается в сканировании первой антенны радиометра по азимуту с шагом дискретизации искомого изображения и сканировании по углу места с шагом, большим, чем шаг дискретизации, формировании первой матрицы наблюдения с пропущенными строками, заполнении пропущенных строк интерполяцией соседних строк и последующей обработке полученной матрицы двумерным восстанавливающим фильтром Винера, отличающийся тем, что одновременно используют вторую антенну радиометра, сканирующую по углу места с шагом дискретизации и по азимуту с шагом, большим, чем шаг дискретизации, формируют вторую матрицу наблюдения с пропущенными столбцами, заполняют пропущенные столбцы интерполяцией соседних столбцов и обрабатывают полученные две матрицы двумерным восстанавливающим фильтром Винера, после чего все пары соответствующих элементов двух матриц сравнивают с заданной амплитудой и выбирают из каждой пары один элемент, наиболее близкий в этой амплитуде, затем выбранные элементы помещают в одну матрицу восстановленного изображения объектов с повышенным пространственным разрешением.

Способ осуществляется следующим образом.

1. Первая антенна сканирует по пространству с шагом по углу места, большим, чем шаг дискретизации восстанавливаемого изображения X={x(i,j)}. В результате получается матрица наблюдений Y1={y1(i,j)}, элементы которой y1(i,j) отвечают модели (1), а нумерация строк, в отличие от (2), осуществляется с шагом m: где m принимает возможные значения от 2 до n, то есть расстояние по углу места между соседними наблюдаемыми строками не превышает половины ширины ДНА. Ненаблюдаемые строки в матрице Y1 (пропущенные при сканировании, а также строки с номерами не рассматриваются или заполняются нулями.

2. Между соседними наблюдаемыми строками матрицы Y1 помещаются m-1 строк по числу m-1 недостающих элементов дискретизации угла места, а элементы этих строк вычисляются интерполяцией соответствующих элементов соседних i-й и (i+1)-й строк матрицы Y, например, методом линейной интерполяции по формуле:

Возможна более сложная интерполяция: биквадратная или бикубическая.

3. Одновременно вторая антенна сканирует по пространству с шагом по азимуту, большим, чем шаг дискретизации восстанавливаемого изображения X={x(J,j)}. В результате получается матрица наблюдений Y2={y2(i,j)}, элементы которой y2(i,j) отвечают модели (1), а нумерация столбцов осуществляется с шагом m: Ненаблюдаемые столбцы в матрице Y2 не рассматриваются или заполняются нулями.

4. Между соседними наблюдаемыми столбцами матрицы Y2 помещаются m-1 столбцов по числу m-1 недостающих элементов дискретизации азимута, а элементы этих столбцов вычисляются интерполяцией соответствующих элементов соседних i-й и (i+1)-й столбцов матрицы Y2, например, подобно (3):

y2(i,j+j1)=y(i,j)+Δy⋅j1,

Δy=(y2(i,j+1)-y2(i,j)/m.

5. Полученные матрицы Y1 и Y2 одновременно (в параллельных каналах обработки) подвергаются двумерному преобразованию Фурье и получаются спектральные матрицы Yƒ1={yƒ1(i,j)} и Yƒ2={yƒ2(i,j)},

6. Элементы матриц Yƒ1 и Yƒ2 умножаются на передаточную функцию Винера wƒ(i,j), которая вычисляется с учетом преобразования Фурье АФ α(i,j), подвергнутой периодическому продолжению [4], и получаются спектральные матрицы оценок Xƒ1={хƒ1(i,j)}, Хƒ2={хƒ2(i,j)}, где хƒ1(i,j)=yƒ1(i,j)⋅wƒ(i,j), xƒ2=(i,j)=yƒ2(i,j)⋅wƒ(i,j),

7. Матрицы Xƒ1 и Хƒ2 подвергаются обратному двумерному преобразованию Фурье и получаются матрицы Х1={x1(i,j)}, Х2={х2(i,j} восстановленного изображения объектов в пространственной области.

8. Все пары x1(i,j), x2(i,j) соответствующих элементов матриц Х1 и X2: сравниваются с заданной амплитудой. Из двух элементов х1(i,j) и х2(i,j) выбирается один элемент, наиболее близкий к этой амплитуде. Он запоминается как i-й, j-й элемент х*(i,j) матрицы X*={х*(i,j)}, представляющей восстановленное изображение с повышенным пространственным разрешением.

Экспериментальная часть (результаты моделирования).

Предлагаемый способ сравнивался с прототипом на примере восстановления изображения объекта в форме рамки, расположенного в матрице изображения. В таблице 1 представлены результаты моделирования, полученные при отношении сигнал-шум = 50, амплитуде объекта А=5 и ширине ДНА 2n+1=5 и 2n+1=7 элементов дискретизации: зависимость оценки среднеквадратического отклонения (СКО1) ошибки восстановления по амплитуде от шага m формирования строк в прототипе и зависимость оценки СКO2 ошибки восстановления от шага m формирования строк и столбцов в предлагаемом способе. Для заполнения пропущенных строк и столбцов применялась линейная интерполяция. В алгоритме, реализующем предлагаемый способ, соответствующие элементы двух матриц сравнивались с максимальной амплитудой объекта (см. табл. 1).

На фигуре 1 для прототипа показано слева направо: матрица наблюдения с пропущенными строками, матрица наблюдения с заполнением пропущенных строк линейной интерполяцией и матрица с изображением объекта в форме рамки, восстановленным из второй матрицы. На фигуре 2 для предлагаемого способа показано слева направо: первая матрица наблюдений с пропущенными строками, вторая матрица наблюдений с пропущенными столбцами и матрица с изображением объекта, восстановленным из первых двух матриц с заполнением пропущенных строк и столбцов линейной интерполяцией.

Результаты моделирования показывают преимущество предлагаемого способа в сравнении с прототипом по точности восстановления и, как следствие, по четкости (пространственному разрешению) изображения.

Литература

1. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014, 544 с.

2. Пирогов Ю.А., Тимановский А.Л. Сверхразрешение в системах пассивного радиовидения миллиметрового диапазона / Радиотехника, 2006. №3. С. 14-19.

3. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. М.: Радио и связь, 1986, 304 с.

4. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006, 616 с.

5. Патент RU 2600573 С1. Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений.

Способ наблюдения за объектами с помощью радиометра с двумя антеннами, заключающийся в сканировании первой антенны радиометра по азимуту с шагом дискретизации искомого изображения и сканировании по углу места с шагом большим, чем шаг дискретизации, формировании первой матрицы наблюдения с пропущенными строками, заполнении пропущенных строк интерполяцией соседних строк и последующей обработке полученной матрицы двумерным восстанавливающим фильтром Винера, отличающийся тем, что одновременно используют вторую антенну радиометра, сканирующую по углу места с шагом дискретизации и по азимуту с шагом большим, чем шаг дискретизации, формируют вторую матрицу наблюдения с пропущенными столбцами, заполняют пропущенные столбцы интерполяцией соседних столбцов и обрабатывают полученные две матрицы двумерным восстанавливающим фильтром Винера, после чего все пары соответствующих элементов двух матриц сравнивают с заданной амплитудой и выбирают из каждой пары один элемент, наиболее близкий в этой амплитуде, затем выбранные элементы помещают в одну матрицу восстановленного изображения объектов с повышенным пространственным разрешением.
СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ОБЪЕКТАМИ С ПОМОЩЬЮ РАДИОМЕТРА С ДВУМЯ АНТЕННАМИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 88 items.
25.08.2017
№217.015.aafb

Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе

Изобретение относится к пассивным двухканальным сканирующим системам наблюдения с двумя приемниками, работающими в оптическом, инфракрасном или миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат направлен на восстановление пропущенных строк и столбцов искомой матрицы изображения с целью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612323
Дата охранного документа: 07.03.2017
25.08.2017
№217.015.ac0f

Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе

Изобретение относится к пассивным системам радионаблюдений за объектами с помощью двухканального сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн, и может быть использовано также в оптических системах инфракрасного диапазона. Технический результат направлен на повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612193
Дата охранного документа: 03.03.2017
25.08.2017
№217.015.c638

Ионный источник для электростатического ракетного двигателя

Изобретение относится к области электростатических ионных двигателей. Ионный источник содержит ионные и электронные эмиттеры, изготовленные из серебра высокой степени чистоты в виде конусов или пирамид, выполняющих роль резервуаров рабочего вещества, причем поверхность ионных эмиттеров покрыта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618761
Дата охранного документа: 11.05.2017
25.08.2017
№217.015.d0ba

Способ увеличения скорости электрического ветра и устройство для его осуществления

Изобретение относится к системам продувки и очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в бытовых помещениях, производственных цехах, медицинских кабинетах, овощехранилищах и т.д. Способ увеличения скорости электрического ветра, заключающийся в подаче постоянного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621386
Дата охранного документа: 05.06.2017
26.08.2017
№217.015.de01

Автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех

Изобретение относится к радиолокационной технике и предназначено для автокомпенсации доплеровских сдвигов фазы пассивных помех. Предложен автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех, содержащий блок оценивания фазы, первый блок задержки, первый и второй блоки комплексного умножения, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624795
Дата охранного документа: 06.07.2017
26.08.2017
№217.015.de06

Способ обработки последовательности изображений для автоматического обнаружения танкера и оценивания его траекторных параметров при дозаправке в воздухе на фоне звездного неба

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений и может быть использовано в бортовых системах технического зрения, предназначенных для дозаправки в воздухе летательных аппаратов, в том числе и беспилотных, методом штанга-конус на фоне звездного неба. Технический результат –...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624828
Дата охранного документа: 07.07.2017
26.08.2017
№217.015.df5a

Способ определения знака разности частот и устройство для его реализации

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в дискретных системах автоматики для получения информации о знаке разности частот двух импульсных колебаний. Технический результат - повышение быстродействия. Способ определения знака разности частот основан на анализе знака и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625054
Дата охранного документа: 11.07.2017
26.08.2017
№217.015.df6a

Способ формирования периодических двуполярных колебаний с заданным фазовым сдвигом и устройство для его реализации

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для формирования периодических колебаний с заданным фазовым сдвигом. Достигаемый технический результат - реализация регулируемого фазового сдвига двуполярных колебаний одинаковых частот в диапазоне [0, 2] с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625047
Дата охранного документа: 11.07.2017
26.08.2017
№217.015.e15e

Позиционно-чувствительный датчик для измерения амплитудно-временных параметров и профиля импульсного электронного пучка

Изобретение относится к датчикам для измерения тока электронного пучка и может найти применение в исследовательских и промышленных установках. Позиционно-чувствительный датчик для измерения амплитудно-временных параметров и профиля плотности тока импульсного электронного пучка содержит нижнюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625601
Дата охранного документа: 17.07.2017
26.08.2017
№217.015.edba

Вычислитель для компенсации помех

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для выделения сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех при групповой перестройке несущей частоты зондирующих импульсов. Технический результат заключается в повышении эффективности выделения сигналов движущихся целей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628907
Дата охранного документа: 22.08.2017
Showing 1-10 of 31 items.
27.11.2014
№216.013.0b00

Способ измерения координат элементов земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской рлс

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью (радиовидению) на базе четырехканальной доплеровской радиолокационной станции с четырехэлементной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - измерение координат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534224
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.01.2015
№216.013.1fb5

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки

Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью и воздушной обстановкой, работающим в режиме реального луча на базе плоской антенной решетки. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения объектов отражения в зоне обзора с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539558
Дата охранного документа: 20.01.2015
10.04.2015
№216.013.3c77

Способ измерения угловых координат воздушных целей с помощью доплеровской рлс

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным станциям (РЛС) наблюдения за воздушной обстановкой, работающим в режиме узкополосной доплеровской фильтрации. Технический результат направлен на однозначное измерение угловых координат обнаруженных воздушных целей в зоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546967
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.11.2015
№216.013.9550

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой доплеровской рлс с линейной антенной решеткой

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам (РЛС) наблюдения за земной поверхностью на базе доплеровской радиолокационной станции с линейной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения поверхности в зоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569843
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.01.2016
№216.013.9f10

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской рлс

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью на базе доплеровской радиолокационной станции (РЛС) с четырехэлементной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения поверхности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572357
Дата охранного документа: 10.01.2016
13.01.2017
№217.015.7b59

Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью радиометра со сканирующей по азимуту и углу места антенной. Достигаемый технический результат направлен на восстановление изображений объектов при шаге сканирования антенны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600573
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.8d73

Способ восстановления изображений при неизвестной аппаратной функции

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, а также может быть использовано в радиолокации, радиоастрономии и в оптико-электронных системах. Достигаемый технический результат - нахождение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604720
Дата охранного документа: 10.12.2016
25.08.2017
№217.015.aafb

Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе

Изобретение относится к пассивным двухканальным сканирующим системам наблюдения с двумя приемниками, работающими в оптическом, инфракрасном или миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат направлен на восстановление пропущенных строк и столбцов искомой матрицы изображения с целью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612323
Дата охранного документа: 07.03.2017
25.08.2017
№217.015.ac0f

Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе

Изобретение относится к пассивным системам радионаблюдений за объектами с помощью двухканального сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн, и может быть использовано также в оптических системах инфракрасного диапазона. Технический результат направлен на повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612193
Дата охранного документа: 03.03.2017
26.08.2017
№217.015.d622

Способ определения аппаратной функции радиометра

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к пассивным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, и может быть использовано для получения радиотеплового изображения различных объектов. Технический результат изобретения заключается в определении корректной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622899
Дата охранного документа: 21.06.2017
+ добавить свой РИД