Радіометрична система огляду

Изобретение относится к области радиолокации, а именно, к пассивной радиолокации, и может быть использовано в системах измерения радиотепловых полей: обзора земной поверхности, картографирования и радиотепловидения. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является радиометрическая система обзора, установленная на борту летательного аппарата (ЛА), содержащая Nэлемеит кую антенну, N радиометров, входы которых соединены с соответствующими выходами элементной антенны, N индикаторов, входы которых соединены с выходами соответствующих N радиометров. N-элементная антенна осуществляет обзор земной поверхности, в результате чего на выходе каждого из N радиометров воспроизводится эквивалентная шумовая температура, которая регистрируется Nэлементным индикатором. Недостатком прототипа является низкая чувствительность. В основу изобретения поставлена задача создать такую радиометрическую систему обзора, которая за счет использования вновь введенных элементов позволяет получить радиометрические изображения больших участков местности за малое время наблюдения, что обеспечивает улучшение чувстви тельности. Радиометрическая система обзора позволяет обнаружить слабые источники излучений, что также обеспечивает улучшение чувстви тельности. Поставленная задача решается тем, что в радиометрическую систему обзора, содержащую Nэлементную антенну, N радиометров, входы которых соединены с выходами соответствующи х элементов Nэлементной антенны, N индикаторов, согласно изобретению введены ΝхΝ коммутирующих элементов, входы которых соединены с выходами соответствующи х радиометров, источник запускающего сигнала, линия задержки, вход которой соединен с выходом источника запускающего сигнала, схема "ИЛИ", первый вход которой соединен с выходом линии задержки, мультивибратор, выход которого через введенную укорачивающую цепочку соединен с вторым входом схемы "ИЛИ", схема "И" и двоичный счетчик, первые входы которых соединены с выходом схемы "ИЛИ", триггер, первый вход которого соединен с выходом источника запускающего сигнала, вход триггера соединен с вторым входом схемы "И", выход которой соединен с входом мультивибратора, дешифратор, входы которого соединены с соответствующими выходами двоичного счетчика, (2N - 1) выходы дешифратора соединены с управляющими входами соответствующи х Ν х Ν коммутирующи х элементов, причем последний выход дешифратора соединен также с вторыми входами двоичного счетчика и триггера, N сумматоров, входы которых соединены с выходами соответствующи х Ν х Ν коммутирующих элементов, N фильтров нижних частот, входы которых соединены с выходами соответствующи х сумматоров, выходы N фильтров нижних частот соединены с входами соответствующи х N индикаторов, которые являются оконечными устройствами радиометрической системы обзора. Структурная схема предлагаемой радиометрической системы обзора приведена на фиг. 1,2. Эпюры напряжения сигналов, поясняющих принцип действия заявляемой радиометрической системы обзора, показаны на фиг. 3. Рисунок, иллюстрирующий вычисление линейного разрешения системы, приведен на фиг. 4. Предлагаемая система содержит источник запускающего сигнала 1, линию задержки 2, схему "ИЛИ" 3, мультивибратор 4, укорачивающую цепочку 5, схему "И" 6, двоичный счетчик 7, триггер 8, дешифратор 9, Nэлементную антенну 10i...10n, состоящую из N элементов, расположенных в линейку, N радиометров 111...11N, NxN коммутирующи х элементов 1211...12NN, N сумматоров 131...13N. Ν ФНЧ 141...14N. Ν индикаторов 151...15N. При этом выходы N радиометров 111... 11N соединены с входами соответствующих элементов Nэлементной антенны 101...10N, выходы N радиометров 11i...11n соединены с входами соответствующих Ν x N коммутирующи х элементов 1211...12NN, выход источника запускающего сигнала 1 через линию задержки 2 соединен с первым входом схемы "ИЛИ" 3, выход мультивибратора 4 через укорачивающую цепочку 5 соединен с вторым входом схемы "ИЛИ" 3, выход которой соединен с первым входом двоичного счетчика 7 и первым входом схемы "И" 6, выход которой соединен с входом мультивибратора 4, второй вход схемы "И" соединен с выходом триггера 8, первый вход которого соединен с выходом источника запускающего сигнала 1, выходы двоичного счетчика 7 соединены с соответствующими входами дешифратора 9, (2Ν-1) выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих N xN коммутирующи х элементов 1211...12NN, причем последний выход деши фратора 9 соединен также со вторым входом двоичного счетчика 7 и со вторым входом триггера 8, вы ходы NxN коммутирующих элементов 1211...12NN соединены с входами соответствующи х N сумматоров 13i...13n. выходы которых через соответствующие N ФНЧ 141...14N соединены с входами соответствующи х N индикаторов 151...15N. которые являются оконечными устройствами предлагаемой радиометрической системы обзора. В предлагаемой радиометрической системе обзора в качестве элемента N-элементной антенны 101...10N используется рупорная антенна. ФНЧ 141...14N предназначены для накопления сигналов, поступающих от радиометров 111...11N через коммутаторы 1211...12NN. Время интегрирования ФНЧ 141...14N выбирается равным n Δt, где Δt - время, необходимое для просмотра одного элемента зоны обзора радиометрической системой обзора, расположенной на борту ЛА, движущегося со скоростью V на высоте Н. В качестве триггера 8 используется RS-триггер, выполненный, например, на базе микросхемы 155 ТВ1, Триггер 8 имеет два входа: первый вход (S вход) и второй вход (R вход), который используется для установки нуля. Ждущий мультивибратор 4 выполнен на элементах "И-НЕ", Схема "И" 6 выполнена, например, на микросхеме 1ЛБ553. Дешифратор 9 выполнен, например, на базе микросхем 155 ИД1 или 155 ИД4, а двоичный счетчик 7 на базе микросхемы 155 ИЕ2. Второй вход (R вход) счетчика 7 используется для установки нуля. В качестве линии задержки 2 используется отрезок волновода или коаксиального кабеля, а в качестве схемы "ИЛИ" 3 - схема на базе микросхемы 155 ЛЛ1. В качестве источника запускающего сигнала используется источник питания, который включается нажатием кнопки оператором. В качестве коммутирующего элемента используется схема "И". В качестве отдельных радиометров в заявляемой радиометрической системе обзора используется модуляционный радиометр, который получил наибольшее распространение в бортовых системах. В качестве укорачивающей цепочки используется обычная RC-цепочка второго рода. Двоичный счетчик выполнен на базе микросхемы 155 ИЕ2, В качестве остальных функциональных элементов заявляемой радиометрической системы обзора используются устройства, не отличающиеся от тех, которые применяются в известных схемах радиометрических систем. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В предлагаемой радиометрической системе обзора, как и в прототипе, число выходных каналов N равно числу разрешаемых элементов зоны обзора. При заданной длине зоны обзора И (фиг. 4), которую нужно перекрыть, учитывая, что разрешаемые элементы должны, по крайней мере, плотно примыкать один к другому, чтобы не было пропуска целей, N выбирается следующим образом: где И - длина зоны обзора; ΔL- линейное разрешение. В свою очередь, линейное разрешение L системы на расстоянии Н, как видно из фиг. 4, будет определяться где l - длина волны; Η - высота полета ЛА; dA - размеры одного элемента антенны. На выходе каждого канала радиометрической системы обзора воспроизводится эквивалентная шумовая температура соответствующего элемента антенны. Так как каждый элемент формирует отдельный луч в общей диаграмме направленности антенны (ДНА), ориентированный в некоторую заданную область земной поверхности, шумовая температура каждого элемента пропорциональна радиояркостной температуре одного разрешаемого элемента В известном решении каналы работают одновременно и для обзора всей зоны (фиг. 4) затрачивается такое же время Δ t, как и для обзора одного разрешаемого элемента. В ремя Δt с учетом (2) определяется выражением где V - скорость ЛА. В радиометрической системе обзора - прототипе чувствительность каждого капала определяется выражением где ΔΤi - чувствительность і-того канала; К - постоянная радиометра; Тш° - температура собственных шумов радиометра; Δf - полоса пропускания радиометра по высокой частоте; tи - время интегрирования, равное времени, необходимому для отсчета и усреднения информации от одного разрешаемого элемента земной поверхности, в нашем случае При использовании предлагаемой радиометрической системы обзора, размещенной на ЛА, при пролете ЛА над заданной зоной обзора земной поверхности осуществляется накопление сигнала от каждого разрешаемого элемента, в результате чего время наблюдения ц каждого разрешаемого элемента земной поверхности увеличивается в n раз, где n - число разрешаемых элементов по длине зоны обзора, и будет равно а чувстви тельность каждого канала радиометрической системы обзора, определяемая выражением (4) с учетом (5) при прочих равных условия х увеличивается в Ön paз. Работа предлагаемой радиометрической системы заключается в следующем. При пролете ЛА с фиксированными скоростью V и высотой Η над заданной зоной обзора на выходе каждого из N радиометров 111..Л 1ν радиометрической системы, расположенных в одну линейку и осуществляющих обзор земной поверхности по всей длине зоны обзора (см. фиг. 4), воспроизводится эквивалентная шумовая температура Τ°IN соответствующего элемента N-элемент-ной антенны 10·),..10ν, пропорциональная радиояркостной температуре определенного разрешаемого элемента земной поверхности. Сигналы с выходов N радиометров 111...11N поступают на соответствующие входы Ν x Ν коммутирующи х элементов 1211...12NN. на управляющие входы которых определенным образом поступают управляющие сигналы с выхода деши фратора 9. Формирование управляющих сигналов осуществляется следующим образом. По команде оператора на первый вход (S вход) RS-триггера 8 подается сигнал включения (см. фиг. 3, эпюра 1). Одновременно этот же сигнал, но предварительно задержанный с помощью линии задержки 2 на время ΐ 3ι, равное времени включения RS-триггера 8, поступает на схему "ИЛИ" 3 (см. фиг. 3, эпюра 2). В результате на входы схемы "И" 6 поступают одновременно два сигнала: с выхода RS-триггера 8 (см. фиг. 3, эпюра 3) и с вы хода схемы "ИЛИ" 3. Кроме того, сигнал с выхода схемы "ИЛИ" 3 запускает двоичный счетчик 7. С выхода схемы "И" 6 сигнал поступает на вход ждущего м ультивибратора 4 и запускает его. Сигнал на выходе глультивибратора 4 имеет вид (см. фиг. 3, эпюра 4). Этот сигнал задержан относитепьно импульса, поступившего со схемы "ИЛИ" 3 на счетчик 6 на величину t32 , равную Dt. Для запуска двоичного счетчика 7 фронтами импульсов мультивибратора импульсы с выхода мультивибратора 4 поступают на вход укорачивающей цепочки 5, которая формирует из импульсов положительной полярности два равных по амплитуде, но противоположных по фазе коротких импульсов (см. фиг. 3, эпюра 5). В результате через схему "ИЛИ" 3 будут поступать короткие импульсы положительной полярности на двоичный счетчик 7 (см. фиг. 3, эпюра 5), период следования Dt этих импульсов определяется выражением (3). Информация, устанавливающаяся на выходах двоичного счетчика 7 (фиг. 3, эпюры 6-8) дешифрируются с помощью дешифратора 9, на выхода х которого появятся сигналы с длительностью Δt (фиг. 3, эпюры 9... 14). Эти сигналы, являющиеся управляющими сигналами, поступают на соответствующие управляющие входы Ν x Ν коммутирующи х элементов 12NN. Кроме того, с последнего выхода дешифратора сигнал поступает также на второй вход (R вход) RS-триггера 8 и на второй вход двоичного счетчика 7 с целью их обнуления. Число импульсов, поступающи х на двоичный счетчик 7, а также число выходов счетчика определяются числом разрешаемых элементов зоны обзора системы с учетом того, чтобы каждый элемент зоны обзора просматривался n раз, В результате для просмотра N элементов земной поверхности требуется сформировать 2Ν-1 импульсов на выходе дешифратора 9. Это число импульсов соответственно будет определять число выходов дешифратора 9, соответственно число выходов двоичного счетчика 7 будет равно log2(2Ν-1). В момент времени t0, как показано на фиг. 3 элементом N-элементной антенны визируется разрешаемый элемент 1 на земной поверхности. Сигнал N° c2, пропорциональный РЯТ этого разрешаемого элемента, с выхода радиометра 21 через коммутирующий элемент 1212, на управляющий вход которого подан управляющий сигнал с первого выхода дешифратора 9 (фиг. 3, эпюра ), поступает через сумматор 131 на вход ФНЧ 141. Через время Dt (см. фиг. 4) Л А переместится на расстояние DL, поэтому элементом 11 антенны будет визироваться разрешаемый элемент 2 земной поверхности, и сигнал N°c2, пропорциональный РЯТ этого разрешаемого элемента, с выхода радиометра 2ι через коммутирующий элемент 1212, на управляющий вход которого подан управляющий сигнал со 2-го выхода дешифратора 9 (фиг. 3, эпюра 10) поступает на вход сумматора 131, а через него на ФНЧ 141. Одновременно элементом 102 N-элементной антенны 10N будет визироваться разрешаемый элемент 1 земной поверхности и сигнал Тс1° пропорциональный РЯТ этого разрешаемого элемента, с выхода радиометра 22 через коммутирующий элемент 1221, на управляющий вход которого также подан управляющий сигнал с второго выхода дешифратора 9 (фиг. 3, эпюра 10) поступает на вход сумматора 131, а через него на ФНЧ141 и т.д. В момент времени to+ nΔt (см, фиг. 4) первым элементом N элементной антенны 10 N будет визироваться разрешаемый элемент n земной поверхности, и сигнал Тс.н°. пропорциональный РЯТ разрешаемого элемента n, с выхода радиометра 111 через коммутирующий элемент 12N, на управляющий вход которого подан управляющий сигнал с N-гo выхода дешифратора 9 (фиг. 3, эпюра 13), поступает на вход сумматора 13N і через него на вход ФНЧ 14N. В этот же момент времени элементами 12...1Ν N элементной антенны 1ы будут визироваться (n-1),..1 разрешаемые элементы земной поверхности и сигналы Тc(n-1) ° ...ТС1°, пропорциональные РЯТ этих разрешаемых элементов, с вы ходов радиометров 112...11Ν через коммутирующие элементы 121(Ν-1)...12(N-1)1 на управляющие входы которых подан управляющий сигнал с N-гo выхода дешифратора 9 (фиг. 3, эпюра 14), поступают па вход сумматоров 13N-1...131 и через них на входы соответствующи х ФНЧ 14N-1...141. В момент времени t0 + (2N-1)Dt (см. фиг. 4) элементом 10N N-элементной антенны 10n будет визироваться n разрешаемый элемент земной поверхности, и сигнал Тсп°, пропорциональный РЯТ этого разрешаемого элемента, с выхода радиометра 11 ν через коммутирующий элемент 12мы, на управляющий вход которого поступает управляющий сигнал с (2Ν-1) вы хода дешифратора 9 поступает на вход коммутирующе го элемента 12N и с его выхода на вход соответствующего сумматора 13N. Одновременно управляющий сигнал с (2Ν-1) выхода дешифратора 9 обнуляет двоичный счетчик 7 и триггер 8 и подготавливает и х к очередному этап у просмотра земной поверхности. По окончании просмотра радиометрической системой обзора N элементов земной поверхности оператор отключает источник запускающего сигнала. Таким образом, в каждый из N ФНЧ 141...14N заявляемой радиометрической системы обзора поступает n сигналов от каждого разрешаемого элемента земной поверхности, то есть время накопления сигнала от каждого разрешаемого элемента увеличивается в n раз и будет равно n Δ t. Как только на вход ФНЧ 14N поступает n сигналов, сигнал с его вы хода поступает на вход индикатора, который является оконечным устройством заявляемой радиометрической системы. Поэтому применение заявляемой радиометрической системы обзора по сравнению с прототипом позволяет (при прочих равных условиях) за счет использования вновь введенных элементов получать изображения больших участков местности за относительно малое время наблюдений, также позволит измерять радиояркостную температуру объектов с точностью в η выше и обнаруживать более слабые источники излучений, или, при одинаковой точности измерений и вероятности обнаружения, увеличить о п 1/2 раз дальность действия, что обеспечивает решение поставленной задачи - улучшение чувствительности радиометрической системы обзора.