Спосіб формування радіометричних зображень та антена для його реалізації

1. Спосіб формування радіометричних зображень, що полягає у виконанні циклічного алгоритму дій, що складається з процедур вимірювання та обробки даних, які виконуються з використанням чотирьох основних часових інтервалів, іменованих як фаза калібрування по першому еталону тривалістю Dtке1 , фаза калібрування по другому е талону тривалістю Dt ке2 , фаза приймання зовнішнього випромінювання тривалістю Dt звн і фаза обробки даних тривалістю Dt обр , 2 (19) 1 3 Еі,m,n для одного незалежного напрямку спостереження n ( N ³ n ³ 1 ) з N ( N ³ 1 ) напрямків спостереження уздовж відмінної від напрямку Q незалежної просторової координати, при цьому додатково напрямки q m одночасно утворюються в антені, яка має дисперсійні властивості і входить до складу радіометричної системи, за рахунок частотного поділу напрямків приймання по просторовій координаті Q на М незалежних напрямків шляхом розподілу загальної смуги частот радіометричної системи Df на М більш вузьких частотних смуг Dfm , кожна з яких характеризує окремий канал прийому з номером m при загальному числі цих каналів М, причому процедура вимірювання у кожному з М каналів прийому містить у собі послідовно виконувані операції фільтрації і посилення сигналів у надвисокочастотному діапазоні в спільній для всіх каналів прийому смузі Df = (fпоч - fкін) , де fпоч і fкін , відповідно, початкове і кінцеве значення частоти випромінювання, прийнятого радіометричною системою в області надвисоких частот, виділення сигналу в частотній смузі Dfm = (fm ,поч - fm ,кін ) , де fm, поч і fm, кін , відповідно, початкове і кінцеве значення частоти прийнятого випромінювання в каналі з номером m віднесені до області надвисоких частот, при цьому указані значення fm, поч і fm, кін послідовно змінюються від каналу до каналу та вибрані так, що спільно смугами Dfm у М каналах прийому без пропусків перекривається вся смуга частот Df , а відповідними смугам Dfm напрямками q m узгоджено без пропусків перекривається весь сектор кутів DQ , та, нарешті, послідовно виконувані в кожному каналі операції квадратичного детектування, інтегрування, аналогоцифрового перетворення і цифрового накопичення, крім цього процедура обробки даних містить послідовно виконувані операції обчислення для кожного з m каналів прийому коефіцієнтів Sm=(Tк1,m-Тк2,m)/(Ск1,m-Ск2,m), які визначають крутість лінійної залежності перетворення вихідних цифрових значень С m у значення радіояскравісних температур зовнішнього випромінювання Тя,m, та наступного обчислення значень Тя,m відповідно до знайдених лінійних залежностей у пропорційному вигляді як = Sm × (Cm - Cк 2, m ) + Tк 2, m з наступним формуTя,m ванням двовимірного масиву [Тя,m,n] розмірністю [ M´ N ] для M× N незалежних напрямків спостереження загально по обох незалежних координатах зображення, який відрізняється тим, що формування зображень здійснюють при одночасному рівномірному круговому русі М променів антени та за рахунок повороту протягом періоду обертання Тоб на кут Y = 360o приймальної апертури антени навколо просторової осі, яка визначає головний напрямок спостереження з координатами [ Qгл , Fгл ], при одночасному синхронному повороті зазначеної системи координат навколо тієї ж просторової осі на той же кут Y = 360o з одночасним представленням координат зобра 85932 4 ження в системі координат ( Q,Y ) і введенням початкового Yпоч і кінцевого Y кін значень кутів спостереження, що визначають сектор кутів спостереження DY = (Yкін - Yпоч) по координаті Y , при розподілі цього сектора на N ( N ³ 1 ) незалежних положень спостереження y n ( N ³ n ³ 1 ) уздовж координати Y і введенні в алгоритм п'ятого основного часового інтервалу, що вводять у процедуру обробки даних і іменованого як фаза перетворення координат із тривалістю Dtnm , протягом якого для формованого двовимірного масиву значень радіояскравісних температур [Тя,m,n ] здійснюють процедуру перетворення просторових координат елементів зображення із системи координат ( Q,Y ) у систему координат ( Q,F ), при цьому головний напрямок спостереження Q гл по координаті Q приймає будь-яке значення в секторі кутів від 0° до 90°, а по координаті Ф головний напрямок спостереження приймає нульове значення ( F гл = 0 ), крім цього указані окремі фази виконують багаторазово в різних поєднаннях у залежності від вибраної тривалості виконання фаз калібрування по першому еталону Dtке1 , калібрування по другому еталону Dt ке2 , приймання зовнішнього випромінювання Dt звн відносно періоду обертання Тоб , а саме, фаза приймання зовнішнього випромінювання Dt звн може виконуватися послідовно Р разів підряд (P ³ 1 ) і утворювати цикл накопичення тривалістю Dtн , при Р=1 алгоритм містить групу з послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Dtке1 , фази калібрування по другому еталону Dt ке2 , фази приймання зовнішнього випромінювання Dt звн і фази обробки Dt обр , при циклічному повторенні зазначеної групи дій I разів підряд ( I ³ 1 ), після чого виконують фазу перетворення координат Dtnm , а при Р>1 алгоритм складається з послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Dtке1 і фази калібрування по другому еталону Dt ке2 , після яких циклічно J разів підряд ( J ³ 1 ) виконують груп у дій, яка складається з послідовно виконуваних циклу накопичення Dtн , фази обробки Dt обр і фази перетворення координат Dtnm , крім цього накопичення даних здійснюють з інтервалом накопичення tm £ Dt звн протягом фази приймання зовнішнього випромінювання Dt звн при погодженому збільшенні інтервалу накопичення tm відповідно до близькості просторових координат q m до головного напрямку спостереження [ Q гл ] з інтервалом накопичення tk1m £ Dtкe1 протягом фази калібрування Dtке1 по першому еталону і з інтервалом накопичення tk2m £ Dtке2 протягом фази калібрування Dt ке2 по другому е талону. 5 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що по координаті Q головний напрямок спостереження Q гл приймає одне з двох значень, відповідно, Qпоч або Qкін , при цьому просторова орієнтація площини апертури антени в часі залишається незмінною, або змінюється по довільному закону. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що по координаті Q головний напрямок спостереження Q гл приймає будь-яке значення, яке знаходиться усередині сектора DQ , за винятком Qпоч , Qкін , при цьому просторова орієнтація площини апертури антени в часі залишається незмінною, або змінюється по довільному закону. 4. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що по координаті Q головний напрямок спостереження Q гл приймає значення поза сектором DQ , при цьому просторова орієнтація площини апертури антени в часі залишається незмінною при одночасному рівномірному лінійному русі антени в тій же площині. 5. Спосіб за одним з пп.1-4, який відрізняється тим, що фазу приймання зовнішнього випромінювання Dt звн виконується послідовно N разів підряд (P=N), утворюючи цикл накопичення Dtн тривалістю N × Dtзвн , при цьому загальна тривалість послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Dtке1 , фази калібрування по другому еталону Dt ке2 , циклу накопичення Dtн , фази обробки Dt обр і фази перетворення координат Dtnm дорівнює періоду обертання Toб . 6. Спосіб за одним з пп.1-4, який відрізняється тим, що фаза приймання зовнішнього випромінювання Dt звн виконується послідовно N разів підряд (P=N), утворюючи цикл накопичення Dtн тривалістю N × Dtзвн , при цьому загальна тривалість послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Dtке1 , фази калібрування по другому еталону Dt ке2 і циклу накопичення Dtн дорівнює періоду обертання Тоб , а послідовно виконувані фаза обробки Dt обр і фаза перетворення координат Dtnm виконуються незалежно в межах чергового періоду обертання Тоб. 7. Спосіб за одним з пп.1-4, який відрізняється тим, що гр упа з послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Dtке1 , фази калібрування по другому еталону Dt ке2 , фази приймання зовнішнього випромінювання Dt звн (P=1) і фази обробки Dt обр циклічно виконуються N разів підряд (I=N) із загальною тривалістю зазначеного циклу з N повторень, рівною періоду обертання Тоб , після чого незалежно виконується фаза перетворення координат Dtnm , при цьому сумарна тривалість виконання фаз калібрування по першому еталону Dtке1 , другому еталону Dt ке2 і приймання зовнішнього випромінювання Dt звн однакова для будь-якого елемента циклу з номе 85932 6 ром i ( I ³ i ³ 1 ) і дорівнює 1/N частини періоду обертання Тоб , а фаза обробки Dt обр виконується незалежно протягом чергового (і+1) елемента циклу. 8. Спосіб за одним з пп.1-4, 7, який відрізняється тим, що з групи, складеної з послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Dtке1 , фази калібрування по другому еталону Dt ке2 , фази приймання зовнішнього випроміню вання Dt звн (Р=1) і фази обробки Dt обр , циклічно виконуваної N разів підряд (I=N), і зі спільною тривалістю указаного циклу з N повторень, рівною періоду обертання Тоб , при виконанні кожного чергового елемента циклу з номером і ( I ³ i ³ 1 ) по черзі виключається одна з указаних двох фаз калібрування по каліброваному еталону Dtке1 , або Dt ке2 , при цьому у випадку виключення в елементі циклу з номером (і) фази калібрування по першому еталону Dtке1 , при виконанні фази обробки Dt обр як масиви значень [Cк1,m], [Тк1,m] використовуються указані масиви, отримані для (i-1) елемента циклу, а у випадку виключення в елементі циклу з номером (i) фази калібрування по другому еталону Dt ке2 , при виконанні фази обробки Dt обр як масиви значень [Ск2,m], [Тк2,m] використовуються указані масиви, отримані для (і-1) елемента циклу. 9. Спосіб за одним з пп.1-3, який відрізняється тим, що сумарна тривалість послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Dtке1 і фази калібрування по другому еталону Dt ке2 дорівнює періоду обертання Тоб , фаза приймання зовнішнього випромінювання Dt звн виконується послідовно N разів підряд (P=N), утворюючи цикл накопичення Dtн із сумарною тривалістю N × Dtзвн , також рівною періоду обертання Тоб , група з послідовно виконуваних циклу накопичення Dtн , фази обробки Dt обр і фази перетворення координат Dtnm виконується циклічно J разів підряд ( J ³ 1 ), причому фаза обробки Dt обр і фаза перетворення координат Dtnm мають сумарну тривалість менше періоду обертання Тоб і виконуються незалежно від фаз калібрувань Dtке1 , Dt ке2 і від циклу накопичення Dtн у межах чергового періоду обертання Тоб . 10. Спосіб за одним з пп.1-4, 7, 8, який відрізняється тим, що як значенння елементів масивів [Cк1,m], [Tк1,m], і [Ск2,m], [Тк2,m] для поточного елемента циклу з номером і ( I ³ i ³ 1 ) використовуються середні арифметичні значення для кожного з елементів цих масивів, отримані з використанням К ( K ³ 1 ) важливих попередніх значень цих елементів у К попередніх елементах циклу, рахуючи з номера (i). 11. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що як міра збільшення інтервалу накопичення tm протягом фази приймання зовнішнього випромі 7 нювання Dt звн відповідно до близькості просторових координат q m до головного напрямку спостереження [ Q гл ] використовується вираз tm £ Dt зв н × DQ (Qгл - qm + DQ / M) . 12. Антена, що містить планарний діелектричний хвилевід, двомірну дифракційну решітку, опромінювач-перехід, електромеханічний привід і датчик положення, при цьому планарний діелектричний хвилевід і двомірна дифракційна решітка зв'язані по дифракційному полю, ближня до прийнятого випромінювання сторона планарного діелектричного хвилеводу є площиною приймальної апертури, вхід опромінювача-переходу підключений до виходу планарного діелектричного хвилеводу, а вхід електромеханічного приводу і вихід датчика положення є, відповідно, керуючими входом і виходом антени, яка відрізняється тим, що до її складу додатково введені опорний пристрій, обертовий хвилевідний перехід і компенсатор моменту обертання, причому електромеханічний привід, компенсатор моменту обертання, датчик положення й обертовий хвилевідний перехід установлені на опорному пристрої, вихідний вал електромеханічного приводу, компенсатор моменту обертання й обертовий хвилевідний перехід є співвісними з можливістю обертання навколо спільної осі, компенсатор моменту обертання за допомогою кінематичної схеми зв'язаний з вихідним валом електромеханічного приводу, планарний діелектричний хвилевід, двомірна дифракційна решітка й опромінювач-перехід ме Винахід відноситься до пасивних надвисокочастотних пристроїв радіобачення і призначений для оперативного формування радіотеплових зображень об'єктів. Спосіб і реалізуюча його антена можуть бути використані, зокрема, для одержання радіотеплових зображень людини в інтересах термометричної медичної діагностики, або в процесі митного контролю з метою виявлення різних предметів, схованих на тілі людини під одягом. В даний час у дистанційних дослідженнях різних середовищ великий розвиток одержали надвисокочастотні радіометричні методи, в основу яких покладена залежність між інтенсивністю власного радіотеплового випромінювання об'єктів і їх фізико-хімічними параметрами. В ході надвисокочастотних (НВЧ) радіометричних спостережень однією з первинних задач є вимір і реєстрація просторових розподілів інтенсивності радіотеплового випромінювання, що випускається об'єктом і характеризується радіояскравісною температурою Тя. В багатьох випадках дані про просторові розподіли радіояскравісної температури для досліджуваних об'єктів найбільш зручно представляти у вигляді двовимірних радіотепло 85932 8 ханічно жорстко зв'язані один з одним і утворюють єдиний конструктивний вузол, іменований як ротор антени, вказаний ротор антени механічно жорстко зв'язаний з вихідним валом електромеханічного приводу, ви хід опромінювача-переходу підключений до обертового входу обертового хвилеводного переходу, нерухомий вихід якого є виходом антени. 13. Антена за п.12, яка відрізняється тим, що поперечні розміри двовимірної дифракційної решітки визначені в ортогональному базисі координат X и Y, по координаті X решітка має періодичну структур у, а по координаті Y решітка має регулярну стр уктуру, при цьому площина координат Q діаграми спрямованості антени збігається з координатною віссю X і ортогональна до координатної осі Y. 14. Антена за п.12 або 13, яка відрізняється тим, що до складу антени додатково введена двовимірна діелектрична лінза, встановлена на опорному пристрої перед приймальною апертурою антени, при цьому вісь лінзи збігається з віссю ви хідного вала електромеханічного приводу. 15. Антена за п.12 або 13, яка відрізняється тим, що планарний діелектричний хвилевід і двовимірна дифракційна решітка виконані у вигляді єдиного конструктивного елемента на основі листового діелектрика з двостороннім фольгуванням, при виконанні дифракційної решітки на тій стороні фольгованого діелектричного матеріалу, яка є оберненою до сприйманого випромінювання. вих зображень, при цьому дві координати зображення відповідають просторовим координатам поля спостереження, а яскравість або колірний відтінок одиничного елемента зображення характеризують інтенсивність радіотеплового випромінювання у встановленій шкалі радіояскравісних температур. Притім чим вище радіометрична точність і просторова розрізняльна здатність радіометричної системи при формуванні радіотеплових зображень, іншими словами, чим вище точність відтворення просторових неоднорідностей (рельєфу) вимірюваних радіотеплових полів, тим з більшою ефективністю одержувані радіотеплові зображення можуть бути використані для вирішення різних прикладних задач, до яких зокрема можна віднести: - оперативне дистанційне виявлення зброї і контрабанди на тілі людини під одягом на транспорті й в об'єктах, що знаходяться під охороною; - можливість одержання на борті літального апарату контрастних зображень посадкової смуги в складних метеоумовах для забезпечення безпечної посадки; попередження про можливість зіткнень з великими перешкодами (горами, буди 9 нками) у ході польоту під час відсутності візуальної видимості; - можливість одержання контрастних зображень вогнищ лісових і ландша фтних пожеж з борту авіаційного засобу в умовах сильного задимлення для забезпечення навігації і наведення засобів пожежної охорони, як наземних, так і авіаційних (авіатанкерів); - задачі неконтактної медичної термометричної діагностики запальних процесів при різних захворюваннях (на поверхні тіла й у підшкірному шарі біологічних тканин, або під медичними пов'язками, або шарами гіпсу). Достоїнствами систем радіобачення міліметрового діапазону є висока просторова розрізнювальна здатність при порівняно малих розмірах приймальних антен, відсутність електромагнітних випромінювань, здатних вказати негативний вплив на персонал і оточуючих людей, відсутність залежності рівня сигналу від дальності. Разом з тим, наявні технічні обмеження не дозволяють повною мірою реалізувати потенційні можливості таких систем. До таких обмежень можуть бути віднесені складність і висока вартість систем, порівняно малі сектори огляду і низькі швидкості формування зображень, що у ряді випадків виявляються недостатніми для вирішення зазначених задач. Для НВЧ-радіометричних систем є відомими ряд технічних рішень [см., наприклад, Goldsmith P.F., Huguenin G.R., Kapitzky J. Focal Plane Imaging Systems for Millimeter Wavelengths // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, v.MTT-41, No.10, October 1985, pp.1664-1675.], для яких при формуванні зображень задане поле спостереження періодично проглядається: - або одиночним голчастим променем діаграми спрямованості приймальної антени (ДСА) при її управлінні по двох просторових координатах (скануванні); - або багатопроменевою ДСА формованої за допомогою променеутворюючої матриці приймачів, розміщених у фокальній площині приймальної лінзової антени. Недоліками схеми формування зображень з одиночним променем ДСА є: - у випадку, коли обмежується час, що відводиться на формування повного зображення, недостатня тривалість спостереження одиничного елемента зображення і пов'язані з цим потенційно низькі досяжні значення для радіометричної чутливості і точності відтворення радіотеплових контрастів; жорсткі вимоги пропоновані до швидкісних параметрів пристрою керування антеною радіометричної системи; - у випадку, коли задається висока точність відновлення радіотеплового рельєфу по полю спостереження, - значний часовий інтервал, який витрачається на формування зображення. Недоліками систем із променеутворюючими матрицями у НВЧ-діапазоні є складність розміщення у фокальній площині антени великого числа опромінювачів (вимірювальних каналів) при фізично обмежених розмірах одиничного опромінювача, проблематичність побудови при реаліза 85932 10 ції високоспрямованих антен променеутворюючих матриць із променями, що перекриваються у просторі, а також висока загальна вартість систем пов'язана зі зростанням числа приймальних каналів у квадратичній залежності № від числа елементів зображення N по кожній з координат. При цьому кожний із зазначених каналів повинний містити повний набір елементів, який є властивим надвисокочастотному приймачу радіотеплового випромінювання. Існують також способи формування радіотеплових зображень, що поєднують у собі ознаки методу з променеутворюючими матрицями і принципи послідовної переорієнтації в просторі групової ДСА створюваної променеутворюючою матрицею. У цьому випадку кількість приймачів у системі може бути зменшена до технічно й економічно прийнятного значення, але з'являються технічні проблеми, пов'язані з необхідністю швидкої переорієнтації положень групової ДС А в секторі кутів огляду. Одним з перспективних методів формування радіотеплових зображень у системах радіобачення є застосування скануючих антен, заснованих на ефектах перетворення поверхневих хвиль в об'ємні у відкритих електродинамічних структурах, що вперше були досліджені більш ніж 30 років потому [Андренко С.Д., Девятков Н.Д., Шестопалов В.П.- Антенные решетки миллиметрового диапазона волн // Доклады Академии наук СССР, 1978, Том 240, №6. - С.1340-1343, Шестопалов В.П., Андренко С.Д., Беляев В.Г., Сидоренко Ю.Б., Провалов С.А.]. Перетворення міліметрових і субміліметрових поверхневих електромагнітних хвиль в об'ємні і використання цього явища у фізиці й техніці // [Наукові огляди і повідомлення, Вісник АН Української РСР, №1, Січень, 1977 - С.8-21]. До складу таких антен звичайно входять лінійний чи планарний діелектричний хвилевід як джерело поверхневих хвиль, та розміщена в безпосередній близькості від нього дифракційна решітка, що розсіює електромагнітне випромінювання, а також елементи, що забезпечують концентрацію електромагнітної енергії і її передачу на вхід радіометричного приймача. Відомі системи і способи для одержання зображень на основі дифракційних решіток [Patent (US) №5933120, Int.Cl.6 H01Q7/08, H01Q13/00, H01Q13/1, Date of Patent Aug. 3,1999, 2-D scanning antenna and method for the utilization thereof], що включають як основні елементи шпиндельний вузол, що визначає вісь обертання, хвилевідний вузол, зв'язаний зі шпиндельним вузлом і такий, що включає перший лінійний діелектричний хвилевід, який визначає першу вісь перпендикулярну до осі обертання, вузол дифракційних решіток, що містить множину секторів, кожен сектор із зазначеної множини містить провідну дифракційну решітку, що відрізняється у своєму періоді, при цьому період дифракційних решіток, що змінюється, є функцією кута, що задається при обертанні вузла решітки відносно осі обертання, а площина решітки перпендикулярна до осі обертання. При цьому система і спосіб забезпечують переваги, які полягають у тому, що 11 зображення може бути швидко сформоване за допомогою недорогої радіометричної системи. Достоїнством зазначених систем і способів реалізації є можливість формування двовимірних радіотеплових зображень за допомогою одного єдиного приймального пристрою за рахунок забезпечуваного радіального закону руху променя від центра до периферії конічного сектора кутів огляду, що забезпечується при рівномірному односпрямованому круговому русі керуючих елементів антени. При цьому виключаються знакозмінні моменти інерції і за рахунок цього підвищується швидкість формування зображень, яка може складати десятки зображень за секунду. Разом з тим, зазначеним системам і способам реалізації властиві істотні недоліки. Першим недоліком є необхідність одночасного обертання з різними швидкостями як вузла діелектричного хвилеводу з приймальним елементом, так і дифракційних решіток у ви гляді диска. Швидкість обертання вузла діелектричного хвилеводу визначає швидкість формування зображень; швидкість обертання решітки визначає радіальну складову швидкості руху променя у просторі. При цьому швидкість обертання решітки істотно перевищує швидкість обертання вузла діелектричного хвилеводу і при високій просторовій розрізнювальній здатності антени може досягати декількох десятків тисяч обертів на хвилину. Хоча така швидкість обертання технічно можлива, це істотно ускладнює пристрій. Вузол решіток має досить великі розміри, що визначають розміри приймальної апертури антени і просторову розрізнювальну здатність системи радіобачення. При обертанні з високою швидкістю він перетворюється по своїй суті в гіроскопічний пристрій, що прагне зберегти свою орієнтацію в просторі і, тим самим, перешкоджає, за рахунок виникаючих значних механічних моментів, зміні цієї просторової орієнтації, тобто зміні положення антени при перегляді простору. Тому такі системи формування зображень можуть бути застосовані, у першу чергу, для побудови зображень при незмінному просторовому положенні сектора кутів спостереження. З метою придушення вищих типів електромагнітних коливань у діелектричному хвилеводі розміри його поперечного перерізу повинні бути погоджені з довжиною прийнятої хвилі й у міліметровому діапазоні хвиль складають одиниці міліметрів, що приводить до значної гнучкості хвилеводу. При взаємному р усі решіток і хвилеводу забезпечення сталості заданої відстані (зазору) між ними становить технічну проблему. Як відомо, цей зазор обумовлює основні енергетичні параметри електродинамічної системи антени - коефіцієнт перетворення об'ємної електромагнітної хвилі в поверхневу хвилю діелектричного хвилеводу. Ці особливості утр удняють технічну реалізацію і підвищують вартість пристрою за рахунок складної конструкції хвилевідного вузла, необхідних великих точностей зборки, трудомісткості процесу юстування елементів. Другим недоліком є необхідність одночасного обертання в єдиній конструкції не тільки лінійного 85932 12 діелектричного хвилеводу, але і розташованої над ним діелектричної циліндричної лінзи, яка фокусує падаюче випромінювання уздовж фокальної лінії, що збігає з віссю діелектричного хвилеводу. Ширина діаграми спрямованості антени в площині, що збігається з поперечним перерізом хвилеводу, визначається розміром лінзи. При порівнянних розмірах дифракційної решітки та лінзи, остання, маючи кінцеву фокусн у відстань, повинна знаходитися на значному видаленні від діелектричного хвилеводу, тим більшим, чим більші розміри приймальної апертури і значення фокусної відстані, що потенційно збільшує розміри антени по глибині і не дозволять реалізувати декларований варіант плоскої антенної конструкції. При малих значеннях фокусної відстані лінза повинна мати значну кривизну, що збільшує її товщин у і масу, а, отже, додатково збільшує момент інерції при обертанні. Ці особливості утр удняють технічну реалізацію антенної системи з високими експлуатаційними параметрами і технологічністю, низькою вартістю. Третім недоліком є обмеження, що накладаються на ширину смуги частот випромінювання, яке приймається радіометричною системою. Як відомо, електродинамічна система «дифракційна решітка - діелектричний хвилевід» має виражені куточастотні властивості, що становлять приблизно 1 ° повороту променя на 1% зміни частоти. При прийомі випромінювання в широкій смузі частот це призводить до збільшення ширини променя в площині, що збігається з подовжньою віссю хвилеводу і до зниження ефективності системи - погіршення просторового розрізнення і якості формованих зображень. У випадку обмеження смуги прийнятих частот за допомогою фільтрів, встановлених на вході приймального пристрою, погіршується радіометрична чутливість системи і знижується якість зображень через зниження співвідношення сигнал/шум. Недостатня чутливість радіометричного приймача при однопроменевому високошвидкісному скануванні може привести до істотного погіршення якості зображень у цілому через високий рівень шумів при малих інтервалах спостереження одиночного елемента зображення. Усі ці особливості обмежують можливості реалізації системи формування зображень з високими експлуатаційними характеристиками. Четвертим недоліком зазначених систем і способів є підвищені втрати в антені і складність технічної реалізації запропонованих типів дифракційних решіток: багатосекторних, багатосекторних з перемінним кроком, спіральних з перемінним кроком, що при прийнятній вартості зразків можуть бути створені тільки на основі фотолітографічних методів і при використанні підкладок з діелектричних матеріалів. У міліметровому діапазоні хвиль переважне число діелектричних матеріалів мають високі значення уявної частини діелектричної проникності ε", що збільшує втрати в антені і знижує чутливість радіометричної системи, або при прийнятних значеннях ε "не мають необхідних механічних характеристик (мають або занадто високу крихкість, або пластичність) і ду 13 же дорогі при створенні зразків з розмірами більш десятка сантиметрів у діаметрі при товщині порядку одного міліметра, наприклад, фторопласт, сапфір, кварцове скло. Істотно менші витрати випромінювання можуть бути забезпечені при використанні суцільнометалевих дифракційних решіток у вигляді гребінок, однак виготовлення таких решіток з перемінними профілями кривизни, чи багатосекторних решіток з необхідною точністю профілів у даний час знаходиться на грані технічної спроможності, що робить застосування таких решіток неефективним через високу вартість. Оскільки активні втрати в антені в значній мірі визначають загальну шумову температуру системи і реалізовану чутливість, зазначені особливості утр удняють реалізацію радіометричної системи формування зображень з високими технічними параметрами. Разом з тим, використовуючи дисперсійні властивості таких структур, шля хом застосування відповідних процедур обробки прийнятих шумових сигналів, виявляється можливим формувати багатопроменеві діаграми спрямованості антен і керувати просторовою орієнтацією цих діаграмам за рахунок синхронної зміни параметрів електродинамічних систем антен, забезпечуючи огляд простору в секторі тілесних кутів. Наприклад, така схема огляду може бути реалізована на основі зворотно-поступального закону сканування з кадровим принципом формування зображень [Патент (UA) №56347, G01S13/95, 15.05.03, Багатопроменевий скануючий НВЧ-радіометр, Патент (UA) №71006, G01S13/89, 15.11.04, НВЧрадіометрична система радіобачення з фіксованим полем спостереження], (см.Фіг.2). У цьому випадку, за рахунок поділу загальної смуги прийнятих частот на Μ незалежних частотних каналів (М³1) і рівнобіжної обробки прийнятого антеною шумового сигналу в кожнім з частотних Μ каналів, а саме, за рахунок послідовно виконуваних операцій порівняння прийнятого випромінювання із сигналами каліброваних еталонів, частотного перетворення, посилення, квадратичного детектування, аналого-цифрового перетворення, виявляється можливим одержати Μ сигналів у цифровій формі, амплітуда яких у кожен конкретний момент часу в одиницях шкали температур відповідає поточним значенням інтенсивності радіотеплового випромінювання прийнятого антеною в кожній з Μ часто тних смуг, і одночасно відповідає поточним просторовим положенням Μ променів антени. У випадку погодженого розміщення отриманих цифрових значень інтенсивності радіотеплового випромінювання в осередках двовимірного масиву даних, відповідно до номера частотної смуги Ми обраним законом сканування антени, а також проведенні над цими цифровими даними операцій лінійної чи нелінійної зміни розмірності матриці відповідно до обраного закону огляду простору та необхідним масштабом відображення по кожній із просторових координат, при погодженому перетворенні значень матриці даних у градації яскравості (колірного відтінку) відповідно до обраної яскравішої (колірної) шкали відображення, на пристрої візуалізації 85932 14 може бути отримане радіотеплове зображення, що відтворює з визначеною детальністю просторовий розподіл радіотеплових полів випромінюваних об'єктами, розташованими в секторі кутів огляду антени. Антена такого багатопроменевого скануючого радіометра може бути виконана на основі відомих технічних рішень, наприклад, [Патент (UA) №56347, G01S13/95, 15.05.03, Багатопроменевий скануючий НВЧ-радіометр], і містити планарний діелектричний хвилевід, ди фракційну решітку у вигляді диска, розміщеного під діелектричним хвилеводом і встановленого на вихідній осі обертання електромеханічного приводу, а також рефлектор, рупорно-параболічний опромінювачперехід від планарного діелектричного хвилеводу до порожнього металевого хвилеводу і датчик положення диска, при цьому вихід р упорного опромінювача-переходу є ви ходом антени, а вхід електромеханічного приводу і вихід датчика положення диска є, відповідно, керуючими входом і виходом антени. Зазначена вище радіометрична система [Патент (UA) №56347, G01S13/95, 15.05.03, Багатопроменевий скануючий НВЧ-радіометр] обрана як прототип для способу формування радіотеплових зображень, що заявляється, а зазначена в цій системі багатопроменева антена обрана в якості прототипу для антени як нового пристрою, що заявляється і дозволяє реалізувати пропонований спосіб. До достоїнств зазначеного способу (прототипу) потрібно віднести можливість формування радіотеплового зображення при наявності тільки одного вхідного надвисокочастотного пристрою в системі, що істотно знижує її складність і вартість, у порівнянні з варіантом побудови з променеутворюючою матрицею. Другим достоїнством прототипу є зниження в Μ разів швидкості руху променів і підвищення в 4м разів чутливості системи, у порівнянні з однопроменевою схемою огляду, за рахунок погодженого збільшення часу накопичення сигналів у Μ разів. Поряд з тим, застосований у прототипі зворотно-поступальний принцип огляду простору багатопроменевою діаграмою спрямованості антени має недолік, виражений в обмеженій швидкості формування зображень. Це зв'язано з використанням у процесі керування просторовим положенням ДСА перемінного по напрямку механічного руху ди фракційної решітки, виконаної у вигляді диска, що здійснюється в деякому секторі кутів навколо осі, орієнтованої поблизу нормалі до робочої поверхні діелектричного хвилеводу. Для високоспрямованих антен поперечні розміри приймальної апертури (дифракційної решітки) можуть досягати декількох десятків сантиметрів. Потому елементи антени, що рухаються, мають досить високий момент інерції і гранично досяжні швидкості огляду і відновлення зображень при зворотно-поступальному русі променів не можуть перевищувати декількох Герц. Цього недостатньо для систем оперативного спостереження, для яких швидкість відновлення даних повинна складати не менш ніж 10 зображень у секунду. 15 Другим недоліком способу є обмеження, що накладаються на досяжну ширину сектора кутів огляду по тій координаті, по якій здійснюється частотний поділ напрямків приймання. Маючи куточастотні властивості, електродинамічна система антени накладає певні обмеження на ширину робочої смуги частот через погіршення коефіцієнта перетворення енергії на краях смуги при фіксованих значеннях параметрів діелектричного хвилеводу і ди фракційної решітки. При цьому ефективне перетворення об'ємних електромагнітних хвиль у поверхневі може здійснюватися в межах обмеженої смуги частот, що становить ~15¸20% від значення центральної частоти. При реалізованих значеннях куто-частотного коефіцієнта антени порядку 0,9¸1 градуса повороту променя на 1% зміни частоти зазначена ширина смуги частот обумовлює досяжні розміри сектора кутів спостереження по цій координаті величиною порядку 15°¸20°, що буває недостатньо для вирішення задач дистанційного зондування й оперативного спостереження навколишнього простору. Недоліком антени прототипу як пристрою є необхідність зміни в процесі сканування взаємного положення дифракційної решітки і діелектричного хвилеводу. При повороті дифракційної решітки змінюється орієнтація її елементів, які розсіюють електромагнітне випромінювання, щодо фазового фронту електромагнітної хвилі, яка розповсюджується в діелектричному хвилеводі. За рахунок цього змінюються параметри зазначеної електродинамічної системи і, як наслідок, змінюється просторова орієнтація променя (променів) антени. Разом з тим, таке варіювання параметрів електродинамічної системи обумовлює і зміну енергетичних характеристик антени: коефіцієнт перетворення просторової електромагнітної хвилі в поверхневу хвилю діелектричного хвилеводу знижується в міру відхилення променя (променів) від початкового положення, при якому елементи решітки, що розсіюють, орієнтовані паралельно фазовому фронту поверхневої хвилі діелектричного хвилеводу. Аналогічно, при відхиленні променя від початкового положення, яке відповідає початковому положенню решітки, збільшується ширина променя (променів) антени через зменшення ефективних розмірів приймальної апертури в міру зміни проекції апертури на напрямок візування; тобто при відхиленні променя знижується коефіцієнт використання площі розкриву. Таким чином, для зазначеного способу формування радіометричних зображень коефіцієнт передачі антени і ширина променя є функціями кута сканування, що не дозволяє досягти однаково високих параметрів ДСА у всьому секторі кутів огляду, у зв'язку з чим не вдається одержати однакову якість зображення по всьому його полю; це потенційно знижує якість формованих зображень. Недоліком антени прототипу також є технологічні складності, які виникають при виготовленні антени і її настроюванні. Оскільки дифракційна решітка і планарний діелектричний хвилевід у процесі роботи повинні бути встановлені на де 85932 16 якій каліброваній відстані, обраній при настроюванні антени, і такої, що залишається незмінною в процесі сканування, конструкція антени повинна задовольняти цим умовам. Як наслідок, високі вимоги пред'являються до механічних характеристик елементів до площинності дифракційної решітки і планарного хвилеводу, що обмежує типи діелектричних матеріалів, які можуть бути використані для цих цілей. Наприклад, досить високу жорсткість і стабільність механічних характеристик має планарний хвилевід, виготовлений з полістиролу, але в міліметровому діапазоні хвиль цей матеріал має приблизно в 2 рази більш високі втрати, чим, наприклад, фторопласт; разом з тим фторопласт не може бути беззастережно застосований у такій конструкції через його плинність у холодному стані і нестабільність механічних характеристик у процесі експлуатації. Оскільки поворот дифракційної решітки щодо діелектричного хвилеводу є однією з основних особливостей зазначеного способу формування зображень і тим самим визначає конструкцію і механічні характеристики, пропоновані до матеріалу діелектричного хвилеводу, відзначені особливості є недоліками антени і знижують для неї рівень досяжних технічних параметрів, підвищують її складність і вартість. В основу першого винаходу з групи поставлена задача удосконалити спосіб формування радіометричних зображень шляхом переходу від групового зворотно-поступального лінійного руху до рівномірного кругового руху бага топроменевої діаграми спрямованості антени, що забезпечить підвищення граничної швидкості формування зображень, поліпшення радіометричної розрізнювальної здатності в центральній частині зображень і збільшення сектора кутів огляду. В основу др угого винаходу з гр упи поставлена задача удосконалити скануючу багатопроменеву антену шля хом переходу до кругового принципу сканування, що забезпечить підвищення швидкості сканування, зниження активних втрат, підвищення коефіцієнта використання площі розкриву, підвищення технологічності і зниження вартості при виробництві. Перша поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі формування радіометричних зображень, що полягає в циклічному виконанні алгоритму складеного з процедур вимірювання та обробки даних, які виконуються з використанням чотирьох основних часових інтервалів, іменованих як фаза калібрування по першому еталону тривалістю Δtкe1, фаза калібрування по другому еталону тривалістю Δtкe2, фаза приймання зовнішнього випромінювання тривалістю Δtзвн і фаза обробки даних тривалістю Δtoбp , причому фаза обробки даних Δtобр іде за фазою приймання зовнішнього випромінювання Δtзвн , а виконувані в будь-якому порядку фази калібрування Δtкe1 і Δtкe2 передують фазі приймання зовнішнього випромінювання Δtзвн при цьому протягом фази приймання зовнішнього випромінювання Δtзвн здійснюється прийом зовнішнього радіотеплового випромінювання з двовимірного сектора кутів, поданого в ортогональ 17 ному координатному базисі і характеризованого незалежними координатами Q і Ф, відрахованими від просторового вектора, який визначає площину апертури антени, а також сектором кутів по координаті Q, що становить ΔQ=(Qкін-Qпоч) з координатами початкового і кінцевого кутів спостереження, відповідно, Qпоч і Qкін, а також М(М³1) незалежними напрямками спостереження з просторовою орієнтацією qm(М³m³1) уздовж зазначеної просторової координати Q, причому Μ значень інтенсивності радіотеплового випромінювання Еі,m одночасно прийнятого Μ променями антени обробляються в Μ каналах прийому паралельно і відповідно до єдиної процедури вимірювання перетворюються в одномірний масив цифрових значень [Сm], протягом фази калібрування по першому еталону Δtке1 одночасно Μ каналами прийому здійснюється прийом першого каліброваного випромінювання з інтенсивністю Тк1,m, яка є відомою або обчислюється в одиницях шкали температур, а отримані сигнали паралельно і відповідно до єдиної процедури вимірювання обробляються в Μ каналах прийому і перетворюються в одномірний масив цифрових значень [Cк1,m] розмірністю [M], протягом фази калібрування по другому еталону Δtкe2 одночасно Μ каналами прийому здійснюється прийом другого каліброваного випромінювання з інтенсивністю Τк2,m, яка є відомою або обчислюється в одиницях шкали температур, а отримані сигнали паралельно і відповідно до єдиної процедури вимірювання обробляються в Μ каналах прийому і перетворюються в одномірний масив цифрових значень [Ск2,m] розмірністю [М], протягом фази обробки Δtобр отримані масиви цифрових даних [Сm], [Ск1,m], [Ск2,m], [Tк1,m], [Тк2,m] спільно обробляються відповідно до процедури обробки даних для обчислення радіояскравісних температур прийнятого випромінювання, у результаті чого формується одномірний масив значень розмірністю [М], значення [Тя,m] якого представлені в одиницях шкали температур характеризують розподіл інтенсивності радіотеплового випромінювання Еі,m,n. для одного незалежного напрямку спостереження n(N³n³1) з N(N³1) напрямків спостереження уздовж відмінної від напрямку Q незалежної просторової координати, при цьому, на додаток до вищевикладеного, напрямки qm одночасно утворюються в антені, яка має дисперсійні властивості і входить до складу радіометричної системи, за рахунок частотного поділу напрямків приймання по просторовій координаті Q на Μ незалежних напрямків шляхом розподілу загальної смуги частот радіометричної системи Δf на Μ більш вузьких частотних смуг Δf m, кожна з яких характеризує окремий канал прийому з номером т при загальному числі цих каналів М, причому процедура вимірювання у кожному з Μ каналів прийому містить у собі послідовно виконувані операції фільтрації і посилення сигналів у надвисокочастотному діапазоні в спільній для всіх каналів прийому смузі Δf=(fпоч-fкін), де fпоч і fкін, відповідно, початкове і кінцеве значення частоти випромінювання прийнятого радіометричною системою в області надвисоких частот, виділення 85932 18 сигналу в частотній смузі Δf m=(f m,поч-f m,кін), де f m,поч і fm,кін, відповідно, початкове і кінцеве значення частоти прийнятого випромінювання в каналі з номером т віднесені до області надвисоких частот, при цьому указані значення fm,поч і f m,кін послідовно змінюються від каналу до каналу й обрані так, що спільно смугами Δfm у Μ каналах прийому без пропусків перекривається вся смуга частот Δf, а відповідними смугам Δfm напрямками qm узгоджено без пропусків перекривається весь сектор кутів ΔQ, і, нарешті, послідовно виконувані в кожнім каналі операції квадратичного детектування, інтегрування, аналого-цифрового перетворення і цифрового накопичення, крім цього процедура обробки даних містить у собі послідовно виконувані операції обчислення для кожного з т каналів прийому коефіцієнтів Sm=(Tк1,mTк2,m)/(Ск1,m-Ск2,m), які визначають крутість лінійної залежності перетворення вихідних цифрови х значень С m у значення радіояскравісних температур зовнішнього випромінювання Тя,m, і, потім, обчислення значень Тя,m відповідно до знайдених лінійних залежностей у пропорційному виді як Тя,m=Sm×(C m-Cк2,m)+Tк2,m з наступним формуванням двовимірного масиву [Т я,m,n] розмірністю [М´N] для M-N незалежних напрямків спостереження загально по обох незалежних координатах зображення, відповідно до винаходу формування зображень проводиться при одночасному рівномірному круговому русі Μ променів антени і реалізується за рахунок повороту протягом періоду обертання Тоб на кут Y=360° приймальні апертури антени навколо просторової осі, яка визначає головний напрямок спостереження з координатами [Qгл,Фгл], при одночасному синхронному повороті зазначеної системи координат навколо тієї ж просторової осі на той же кут Y=360° з одночасним представленням координат зображення в системі координат (Q,Y) і введенням початкового Yпоч і кінцевого Yкін значень кутів спостереження, що визначають сектор кутів спостереження ΔY=(Yкін-Y поч) по координаті Y, при поділі цього сектора на Ν(Ν³1) незалежних положень спостереження Yn(N³n³1) уздовж координати Y i введенні в алгоритм п'ятого основного часового інтервалу вхідного в процедуру обробки даних і іменованого як фаза перетворення координат із тривалістю Δt nm, протягом якого для формованого двовимірного масиву значень радіояскравісних температур [Т я,m,n] здійснюється процедура перетворення просторових координат елементів зображення із системи координат (Q,Y) у систему координат (Q,Φ), при цьому головний напрямок спостереження Qгл по координаті Q приймає абияке значення в секторі кутів від 0° до 90°, а по координаті Φ головний напрямок спостереження приймає нульове значення (Φгл=0), крім цього указані окремі фази можуть виконуватися багаторазово в різних сполученнях у залежності від обраної тривалості виконання фаз калібрування по першому еталону Δtке1, калібрування по другому еталону Δtке2, приймання зовнішнього випромінювання Δtзвн відносно періоду обертання Тоб , а саме, фаза приймання зовнішнього випро 19 мінювання Δtзвн може виконуватися послідовно Ρ раз підряд (Р³1) і утворювати цикл накопичення тривалістю Δt н при Р=1 алгоритм містить групу з послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Δtке1 фази калібрування по другому еталону Δtкe2, фази прийому зовнішнього випромінювання Δtзвн і фази обробки Δtoбp, при циклічному повторенні зазначеної групи І раз підряд (І³1), після чого виконується фаза перетворення координат Δt nm, a при Р>1 алгоритм складається з послідовно виконуваних фази калібрування по першому еталону Δtке1 і фази калібрування по другому еталону Δtкe2, після яких циклічно J разів підряд (J³1) виконується група, яка складається з послідовно виконуваних циклу накопичення Δtн, фази обробки Δtoбp і фази перетворення координат Δt nm, крім цього накопичення даних здійснюється з інтервалом накопичення tm£ Δtзвн протягом фази приймання зовнішнього випромінювання Δtзвн при погодженому збільшенні інтервалу накопичення tm відповідно до близькості просторових координат qm до головного напрямку спостереження [Qгл], з інтервалом накопичення tk1m