www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Радиолокатор с синтезированной апертурой

Radar silhouette of a ship, produced with the ISAR-Processor

Рисунок 1. Радиолокационный силуэт (изображение) корабля, сформированный при помощи процессора обратной синтезированной апертуры радиолокатора Ocean Master

Радиолокатор с синтезированной апертурой

Радиолокатор с синтезированной апертурой (англ. Synthetic Aperture Radar, SAR) представляет собой бортовую когерентную радиолокационную систему бокового обзора, как правило, авиационную или космическую, в которой движение платформы используется для электронного моделирования чрезвычайно большой апертуры. При помощи таких радиолокаторов получают радиолокационные изображения высокого разрешения при дистанционном зондировании. Суть метода синтезирования апертуры заключается в том, что радиолокационные данные, полученные в каждом отдельном периоде зондирования, сохраняются совместно с данными о местоположении платформы, соответствующими этим периодам. Все эти данные сохраняются в течение определенного интервала времени. Расстояние, на которое переместится платформа в течение этого интервала, определяет размер синтезированной апертуры. По окончании интервала полученные данные обрабатываются совместно, как если бы они были получены при помощи антенной решетки, элементы которой соответствуют положениям платформы с радиолокатором во время каждого из периодов зондирования. При обработке учитываются допплеровские сдвиги частоты, которые будут разными для разных взаимных положений радиолокатора и цели в каждом периоде зондирования. Таким способом достигается гораздо более высокое разрешение радиолокационного изображения, чем у радиолокатора с такой же антенной при использовании реальной апертуры.

Как функционирует радиолокатор с синтезированной апертурой?

Рисунок 2. Расширение луча синтезированной апертуры

фазированная антенная решетка
длина синтезированной апертуры

Рисунок 2. Расширение луча синтезированной апертуры

Принцип функционирования радиолокатора с синтезированной апертурой (Рисунок 2) схож с принципом функционирования радиолокатора с фазированной антенной решеткой. Отличие заключается в том, что вместо отдельных антенных элементов фазированной решетки в данном случае используется только одна антенна, но с объединением информации с ее выхода в разные моменты времени и, вследствие движения платформы, в разных точках пространства.

В процессоре радиолокатора с синтезированной апертурой сохраняются все эхо-сигналы (в виде амплитуд и фаз), принятые в течении интервала времени T, который соотвествует перемещению платформы от точки А до точки D. За счет этого оказывается возможным сформировать сигнал, подобный тому, который мог быть получен при помощи антенны с длиной апертуры v · T, где v — скорость движения платформы. Таким образом, синтезируется апертура значительной длины, не существующая в реальности. Отсюда происходит наименование радиолокаторов такого типа. С увеличением времени T синтезированная апертура также увеличивается в длину, а, следовательно, достигается все более высокое угловое (поперечное) разрешение.

Как только цель (например, корабль) попадает в луч радиолокатора, начинают записываться принятые отраженные сигналы для каждого зондирующего импульса. Платформа с радиолокатором продолжает двигаться и эхо-сигналы записываются пока цель находится в луче антенны. Точка, при нахождении платформы в которой цель спустя некоторое время выходит из поля зрения радиолокатора, определяет длину синтезируемой (моделируемой) апертуры антенны. Расширяющаяся синтезированная ширина луча в сочетании с увеличенным временем нахождения цели в луче при увеличении путевой дальности уравновешивают друг друга, так что разрешение остается постоянным по всей полосе.

Потенциальная разрешающая способность в тангенциальном направлении не зависит от дальности до цели и длины волны и определяется только половиной величины раскрыва реальной антенны.

сдвигающий регистр
объединитель

Рисунок 3. Принцип действия радиолокатора с синтезированной апертурой

сдвигающий регистр
объединитель

Рисунок 3. Принцип действия радиолокатора с синтезированной апертурой

Prinzip des SAR-Verfahrens
сдвигающий регистр
объединитель

Рисунок 3. Принцип действия радиолокатора с синтезированной апертурой

Обязательными требованиями для реализации метода синтезирования апертуры являются:

С использованием такого метода разработчики радиолокаторов могут добиваться таких значений разрешающей способности, для достижения которых при помощи обычных методов потребовались бы антенны, превышающие по размерам самолеты.

Радиолокатор с синтезированной апертурой был использован на борту космического корабля в ходе радиолокационной топографической миссии (англ. Shuttle Radar Topography Mission, SRTM).

Наряду с радиолокаторами с синтезированной апертурой используются радиолокаторы с обратной (инверсной) синтезированной апертурой (англ. Inverse SAR, ISAR). В данном случае для формирования синтезированной апертуры используется перемещение (или вращение) не платформы с радиолокатором, а самой цели. Радиолокаторы с обратной синтезированной апертурой играют важную роль в функционировании морских патрульных самолетов-разведчиков для формирования радиолокационных изображений, обеспечивающих распознавание целей.

Искажения наклонной дальности

Искажения наклонной дальности возникает за счет того, что в радиолокаторе измеряются наклонные дальности до объектов, а не реальные расстояния между ними в плоскости земли. Это приводит к изменению масштаба изображения, меняющегося от ближней границы к дальней.

Рисунок 4. Искажение «укорочение»

Foreshortening

Рисунок 4. Искажение «укорочение»

Рисунок 5. Искажение «перестановка»

Layover

Рисунок 5. Искажение «перестановка»

Рисунок 6. Затенение

Layover

Рисунок 6. Затенение