Спосіб дистанційного моніторингу земної поверхні та інтегрована система для його реалізації

Винахід відноситься до систем дистанційного моніторингу земної поверхні шляхом аналізу випромінених та розсіяних земною поверхнею електромагнітних хвиль, а саме до систем пошуку, знаходження, розпізнавання наземних об'єктів та оцінки їх форми і геометрії. Відомі способи дистанційного моніторингу земної поверхні, основані на порівняльному аналізі теплових полів наземних об'єктів і оточуючого фону шляхом сканування заданої зони спостереження в інфрачервоному (14) діапазоні хвиль [Криксунов Л.З., Падалко Γ.Α. Тепловизоры. Справочник .-Киев: "Те хніка", 1987. - С.134-141]. Однак, в таких способах є значне зменшення дальності дії системи дистанційного моніторингу при наявності завад у вигляді гідрометеорів (дощ, сніг, туман) аерозольних та пилодимових завад. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб дистанційного моніторингу земної поверхні, оснований на аналізі теплового взаємоконтрасту наземних об'єктів і фон у, при скануванні заданої області спостереження в інфрачервоному діапазоні шляхом механічного переміщення плоского дзеркала, розміщеного в паралельному пучку променів, сформованого параболічним фокусуючим дзеркалом, фокусують і приймають теплове випромінювання. Забезпечення надійного дистанційного моніторингу відомим способом є затрудненим внаслідок втрати функціонування тепловізійного каналу при складних погодних умовах та наявності аерозольних і пилодимових завад. Відома система дистанційного моніторингу земної поверхні, яка складається з плоского скануючого дзеркала з електроприводом, параболічного фокусуючого дзеркала і приймача теплового випромінювання, розміщеного в фокусі параболічного дзеркала. [Криксунов Л.З., Справочник по основам инфракрасной техники. - Μ.: "Советское радио", 1978. - С.210, рис.5.15]. ; Експлуатаційні характеристики системи та якість результатів моніторингу є низькими із-за впливу завад, що впливає на надійність моніторингу. В основу запропонованого винаходу поставлено завдання покращення експлуатаційних характеристик системи дистанційного моніторингу земної поверхні, виключення впливу погодних умов на результати спостереження і тим самим забезпечення підвищення надійності дистанційного моніторингу. Вказане поставлене завдання досягається тим, що у відомому способі дистанційного моніторингу земної поверхні, який забезпечується скануванням заданої області спостереження в інфрачервоному діапазоні шляхом механічного переміщення плоского дзеркала, фокусування в нерухомому дзеркалі і приймання теплового випромінювання, згідно винаходу, одночасно зі скануванням у інфрачервоному діапазоні здійснюють узгоджене в часі і просторових координатах сканування заданої області спостереженні в радіолокаційному каналі міліметрового діапазону хвиль, сигнали керування режимами переміщення плоского дзеркала формують на виході радіолокаційного каналу, а вихідний сигнал приймача теплового випромінювання стробують імпульсами, часове положення яких визначають наявністю ехо-сигналів від наземних об'єктів на ви ході радіолокаційного каналу, причому одночасне і взаємоузгоджене сканування заданої області спостереження в ІЧ і радіолокаційному каналах забезпечують шляхом поляризаційної селекції сигналів радіолокаційного каналу в дво х др укованих поляризаційних фільтрах в межах єдиної електродинамічної схеми формування зони спостереження в 14 і міліметровому діапазонах хвиль (ММДХ). Одночасне і взаємоузгоджене використання двох спектральних діапазонів (ІЧ і ММДХ) забезпечує неперервність моніторингу земної поверхні, незалежно від стану оптичної прозорості атмосфери, підвищує завадостійкість, інформативність і тим самим надійність і точність моніторингу. Поставлене завдання досягається також тим, що інтегрована система дистанційного моніторингу земної поверхні, яка складається з плоского скануючого дзеркала з електроприводом, параболічного фокусуючого дзеркала і приймача теплового випромінювання, розміщеного в фокусі параболічного дзеркала, яка відрізняється тим, що додатково містить моноімпульсний опромінювач міліметрового діапазону довжин хвиль, що розташований в геометричному центрі параболічного фокусуючого дзеркала, перший і другий друковані поляризаційні фільтри на оптично прозорих підкладках гіперболічної і параболічної форм відповідно, розміщених між приймачем теплового випромінювання і моноімпульсним опромінювачем, причому параболічна підкладка з поляризаційним фільтром встановлена на поверхні фокусуючого дзеркала, моноімпульсний опромінювач з'єднаний з когерентно-імпульсним приймачем-передавачем міліметрового діапазону довжин хвиль, вихід яуого з'єднаний з входом блоку обробки, керування і синхронізації, один з виходів якого з'єднаний з входом електроприводу плоского скануючого дзеркала, а другий вихід з приймачем теплового випромінювання. Застосування єдиної електродинамічної схеми формування зони спостереження для тепловізійного і радіолокаційного каналів спрощує конструкцію і зменшує масогабаритні характеристики системи дистанційного моніторингу і підви щує точність моніторингу за рахунок виключення похибок взаємоюстування каналів ІЧ і ММДХ і тим самим впливає на підвищення надійності системи. Інтегрована система дистанційного моніторингу, яка реалізує запропонований спосіб, представлена на фіг.1, на фіг.2 зображено механізм зміни поляризації хвилі, де: 1 - плоске скануюче дзеркало; 2 - електропривід; 3 приймач теплового випромінювання; 4 - фокусуюче дзеркало; 5 - моноімпульсний опромінювач ММД; 6 когерентно-імпульсний приймач-передавач; 7 - перший друкований поляризаційний фільтр; 8 - другий друкований поляризаційний фільтр; 9 - гіперболічна підкладка; 10 - параболічна підкладка; 11 - блок обробки, керування і синхронізації. У запропонованому винаході огляд заданої зони спостереження за кутовими координатами одночасно в ІЧ і ММДХ здійснюють за рахунок переміщення плоского скануючого дзеркала 1, яке знаходиться в зоні плоскої електромагнітної хвилі приймаючого поля теплового випромінювання в ІЧ діапазоні і приймаючого поля, розсіяного земною поверхнею (об'єктом) у ММДХ радіолокаційного каналу. Поле теплового випромінювання фокусують у приймачі теплового випромінювання 3 за допомогою фокусуючого дзеркала 4, а поле відбитого радіолокаційного сигналу в когерентно-імпульсному приймачі 6. При цьому забезпечують паралельну і взаємоюстовану роботу ІЧ і ММДХ каналів. Інтегрована система містить плоске скануюче дзеркало 1, яке механічно пов'язане з керованим електроприводом 2, приймач теплового випромінювання 3, фокусуюче дзеркало 4, виконане, наприклад, у вигляді поверхні параболоїда обертання. В геометричному центрі фокусуючого дзеркала 4 розташований моноімпульсний опромінювач ММДХ 5, конструктивно і електрично з'єднаний з когерентно-імпульсним приймачем-передавачем ММДХ 6. Між моноімпульсним опромінювачем 5 і приймачем теплового випромінювання 3 встановлені перший і другий друковані поляризаційні фільтри 7 і 8, нанесені, відповідно, на гіперболічну та параболічну підкладки 9 і 10, виконані із оптично прозорого матеріалу, наприклад, кварцу. Друковані поляризаційні фільтри; 7, 8 виконані у вигляді дифракційних решіток з шириною лінії d £ 0,01l і кроком D, який визначається внаслідок розв'язку рівняння l = 2,046 æ D ö D × 1nç ÷ è p × dø , де λ -робоча довжина хвилі радіолокаційного каналу міліметрового діапазону хвиль, причому лінії дифракційної решітки першого друкованого поляризаційного фільтру 7 орієнтовані паралельно вектору напруженості електричного поля, випроміненого моноімпульсним опромінювачем 5 електромагнітної хвилі, а другий друкований поляризаційний фільтр 8 нанесено на підкладку 10, товщиною l 4 e , де ε - діелектрична проникність матеріалу підкладки, причому підкладка наклеєна на поверхню фокусуючого дзеркала 4, а лінії дифракційної решітки орієнтовані під кутом 45° до ліній дифракційної решітки першого друкованого поляризаційного фільтру 7. Вихід когерентного імпульсного приймача-передавача 6 під'єднаний до блоку обробки, керування та синхронізації 11, на першому ви ході якого формуються сигнали керування електроприводом 2 плоского скануючого дзеркала 1, а на другому ви ході формуються стробуючі імпульси, які поступають в приймач теплового випромінювання 3. З виходу останнього сигнали, прийняті в 14 діапазоні, поступають на блок 11. Запропонована інтегрована двоспектральна система дистанційного моніторингу працює наступним чином. Приймальне поле теплового випромінювання в 14 діапазоні після відбивання від поверхні плоского скануючого дзеркала 1, внаслідок повторного відбивання від фокусуючого дзеркала 4, фокусується в приймачі теплового випромінювання 3. При цьому режим огляду заданої зони спостереження здійснюється завдяки переміщенню плоского скануючого дзеркала 1, механічно зв'язаного з керованим електроприводом 2. Одночасно зондуючи сигнали радіолокаційного каналу міліметрового діапазону хвиль, сформовані моноімпульсним опромінювачем 5, гіперболічним контррефлектором, створеним першим друкованим поляризаційним фільтром 7 і фокусуючим дзеркалом 4 із нанесеним на його поверхню другим друкованим поляризаційним фільтром 8, відбиваючись від поверхні плоского скануючого дзеркала 1 забезпечують паралельний огляд тепловипромінюючих ділянок земної поверхні. Проходження електромагнітних хвиль теплового випромінювання через друковані поляризаційні фільтри 7, 8 забезпечується виготовленням гіперболічної і параболічної підкладок; із прозорого в 14 діапазоні матеріалі наприклад, кварц. Відбиття сформованого моноімпульсним опромінювачем 5 електромагнітного поля від першого друкованого поляризаційного фільтру 7 забезпечується вибором геометричних розмірів дифракційної решітки у відповідності з виразами (1) d £ 0,01l l = 2,046 (2) æ D ö D × 1nç ÷ è p × dø де d - ширина нанесеної провідної лінії; D - крок дифракційної решітки; λ - довжина робочої довжини хвилі радіолокаційного каналу ММДХ, а також і орієнтацією ліній дифракційної решітки паралельно вектору напруженості електричного поля. При цьому не змінюється поляризація електромагнітної хвилі. При відбиванні від фокусуючого дзеркала 4 з урахуванням другого поляризаційного фільтру 8 електромагнітна хвиля ММДХ змінює поляризацію на 90°. Ме ханізм зміни поляризації хвилі ілюструє фіг.2. Ортогональні компоненти результуючого вектора електричного поля Eп падаючої хвилі мають різну зміну. Узгоджена з напрямами ліній дифракційної решітки другого друкованого поляризаційного фільтру компонента Eп ІІ падаючої хвилі приймає набіг фази 180° при відбиванні від дифракційної решітки, а ортогональна компонента Eп ^ падаючої хвилі з урахуванням електричної довжини параболічної підкладки товщиною b = l / 4 e , де ε - діелектрична проникність матеріалу підкладки, приймає набіг фази 360о, що забезпечує поворот результуючого вектора напруженості Eв електричного поля, відбитого від фокусуючого дзеркала з другим друкованим поляризаційним фільтром на 90°. Механізм приймання поля ММДХ на вході моноімпульсного опромінювача 5 внаслідок взаємності є аналогічним. Таким чином забезпечується розв'язка каналів ІЧ і ММДХ в межах єдиної електродинамічної схеми формування зони спостереження. Для виключення впливу теплового випромінювання і від елементів дальності, в яких відсутні оглядові наземні об'єкти, приймач теплового випромінювання 3 стробується імпульсами, часове положення яких визначається наявністю ехо-сигналів від наземних об'єктів на виході радіолокаційного каналу, причому ці імпульси формуються на другому виводі блоку обробки, керування і синхронізації 11. Одночасно на першому виході блоку 11 формуються сигнали керування електроприводом 2 плоского скануючого дзеркала 1, які забезпечують сканування заданої зони спостереження і, як наслідок, неперервний моніторинг земної поверхні незалежно від погодних умов і оптичної прозорості приземного шару атмосфери. Оброблені згідно відповідного алгоритму в блоці 11 сигнали ІЧ і радіолокаційного каналів забезпечують надійне відновлення зображення земної поверхні та об'єктів.