RU2511216C1 - Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station - Google Patents
Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2511216C1 RU2511216C1 RU2012154787/07A RU2012154787A RU2511216C1 RU 2511216 C1 RU2511216 C1 RU 2511216C1 RU 2012154787/07 A RU2012154787/07 A RU 2012154787/07A RU 2012154787 A RU2012154787 A RU 2012154787A RU 2511216 C1 RU2511216 C1 RU 2511216C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radar
- azimuthal
- amplitudes
- elements
- range
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям воздушных судов, применяющим способ синтезирования апертуры антенны, и может быть использовано в гражданской и военной авиации, радиолокационной фотограмметрии.The invention relates to radar technology, in particular to airborne radar stations of aircraft, using the method of synthesizing the antenna aperture, and can be used in civil and military aviation, radar photogrammetry.
Известен способ формирования радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности с помощью синтезированной апертуры (В.Н.Антипов и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М.: Сов. радио. 1988), основанный на объединении РЛИ разнесенных по азимуту K парциальных кадров, каждое из которых получено путем излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения антенной РЛС соответствующего парциального участка картографируемой поверхности, аналого-цифрового преобразования принятых отраженных сигналов, образования двумерных массивов оцифрованных сигналов путем их распределения по каналам дальности и периодам излучения и цифровой обработки содержащихся в массивах данных.A known method of forming a radar image (RLI) of a surface using a synthesized aperture (V.N. Antipov et al. Radar stations with digital synthesis of an aperture of an antenna. M: Sov. Radio. 1988), based on the combination of the RLIs in azimuth-separated K partial frames each of which is obtained by emitting a coherent pulsed sounding signal, irradiating the radar antenna with the corresponding partial portion of the surface being mapped, analog-to-digital conversion of the received reflected signal in, the formation of two-dimensional arrays of digitized signals through their distribution channels by range and emission periods and digitally processing the data contained in the arrays.
В этом способе РЛИ парциальных кадров формируется в виде двумерных массивов «азимут-дальность» цифровых амплитуд элементов разрешения, выводимых на индикацию в форме градаций яркости пикселей двумерного видеоизображения. Облучение К парциальных участков поверхности производится при азимутальном сканировании антенны в необходимой зоне обзора.In this method, the radar image of partial frames is formed in the form of two-dimensional azimuth-range arrays of digital amplitudes of resolution elements displayed on the display in the form of gradations of pixel brightness of a two-dimensional video image. Irradiation of partial surface areas is carried out during azimuthal scanning of the antenna in the required field of view.
Наиболее близким к предлагаемому способу формирования РЛИ в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны является способ цифровой обработки, описанный в (M.Skolnik, Radar Handbook, th.ed., McGrow-Hill, 2008, ch.5.4, fig.5.34).Closest to the proposed method for generating radar images in a radar with synthesizing the antenna aperture is the digital processing method described in (M.Skolnik, Radar Handbook, th.ed., McGrow-Hill, 2008, ch.5.4, fig.5.34).
Этот способ состоит из последовательного выполнения следующих цифровых операций:This method consists of sequentially performing the following digital operations:
а) N-кратного выполнения:a) N-fold execution:
- коррекции расположения по дальности и зависимости фазы от дальности,- correction of location in range and phase dependence on range,
- азимутального предсуммирования, сжатия по дальности,- azimuthal presummation, range compression,
- записи результатов сжатия по дальности в буферную память,- recording the results of range compression in the buffer memory,
- азимутальной фазовой коррекции,- azimuthal phase correction,
- формирования азимутальных элементов разрешения посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ),- the formation of azimuthal resolution elements through the fast Fourier transform (FFT),
- автофокусировки,- autofocus,
- амплитудного детектирования и усреднения;- amplitude detection and averaging;
б) наложения полученных раздельно N РЛИ путем суммирования амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности;b) overlapping separately obtained N radar images by summing the amplitudes of the azimuthal resolution elements in each range channel;
в) сжатия динамического диапазона амплитуд элементов разрешения РЛИ, полученного после суммирования амплитуд азимутальных элементов.c) compression of the dynamic range of the amplitudes of the radar resolution elements obtained after summing the amplitudes of the azimuthal elements.
Наложение N видеоизображений применяется для подавления т.н. «спекл-шума», проявляющегося на сформированном РЛИ поверхности в виде случайного изменения яркости различных пикселей. Чтобы сгладить проявляющуюся таким образом мозаичность РЛИ, выполняют N-кратную радиолокационную съемку поверхности на разных несущих частотах с последующим суммированием амплитуд элементов разрешения изображений. При этом в прототипе для построения РЛИ парциального кадра используется центральная часть сформированного БПФ массива азимутальных элементов разрешения. N облучений k-го, k=1…K, парциального участка поверхности производятся при направлении биссектрисы диаграммы направленности антенны в центр этого парциального участка.Overlay N video images is used to suppress the so-called "Speckle noise", which manifests itself on the formed radar surface in the form of a random change in the brightness of various pixels. In order to smooth out the mosaic radar image thus revealed, an N-fold radar surface survey is performed at different carrier frequencies, followed by summing the amplitudes of the image resolution elements. Moreover, in the prototype for building the partial radar image radar, the central part of the formed FFT of the array of azimuthal resolution elements is used. N exposures of the k-th, k = 1 ... K, partial surface area are performed with the direction of the bisector of the antenna radiation pattern in the center of this partial area.
Основным недостатком описанного способа наложения видеоизображений является существенное увеличение времени формирования РЛИ. Согласно теоретическим оценкам и экспериментальным результатам для приемлемого подавления спекл-шума число N накладываемых кадров РЛИ должно составлять не менее 3-4-х. Соответственно, в прототипе во столько же раз возрастает время формирования РЛИ. Известно, что время формирования РЛИ парциального участка поверхности при синтезировании апертуры бортовыми РЛС с разрешением несколько метров составляет 2-4 сек. При трех-четырехкратном наложении формирование парциального кадра РЛИ может занять около 15 сек и более. Для большинства применений такая продолжительность формирования РЛИ парциального кадра неприемлема.The main disadvantage of the described method of video overlay is a significant increase in the time of formation of radar images. According to theoretical estimates and experimental results, for an acceptable suppression of speckle noise, the number N of superimposed radar frames should be at least 3-4. Accordingly, in the prototype the formation time of the radar image is increased by the same amount. It is known that the time of formation of the radar image of a partial surface area during the synthesis of aperture by airborne radar with a resolution of several meters is 2-4 seconds. With a three to four-fold overlap, the formation of a partial radar image frame can take about 15 seconds or more. For most applications, this duration of the formation of the radar image of the partial frame is unacceptable.
Техническим результатом предлагаемого способа формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны является сокращение времени формирования РЛИ поверхности, состоящего из нескольких парциальных кадров.The technical result of the proposed method of forming an image of the surface in a radar station with the synthesis of the antenna aperture is to reduce the time of formation of the radar image of the surface, consisting of several partial frames.
Сущность предлагаемого способа формирования изображения поверхности в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны состоит в объединении радиолокационных изображений разнесенных по азимуту K парциальных кадров, полученных посредством излучения когерентного импульсного зондирующего сигнала, облучения антенной РЛС парциальных участков поверхности, аналого-цифрового преобразования принятых сигналов, формировании двумерных массивов оцифрованных принятых сигналов путем их распределения по каналам дальности и периодам излучения и цифровой обработки сформированных двумерных массивов, состоящей из: a) N-кратного выполнения:The essence of the proposed method for surface imaging in a radar station with synthesizing the antenna aperture consists in combining radar images in azimuth of K partial frames obtained by emitting a coherent pulsed sounding signal, irradiating the radar antenna of partial surface areas, analog-to-digital conversion of the received signals, forming two-dimensional arrays digitized received signals by distributing them over range channels and period Am of radiation and digital processing of the formed two-dimensional arrays, consisting of: a) N-fold execution:
- коррекции расположения по дальности и зависимости фазы от дальности,- correction of location in range and phase dependence on range,
- азимутального предсуммирования,- azimuthal presummation,
- сжатия по дальности,- range compression
- записи результатов сжатия по дальности в буферную память,- recording the results of range compression in the buffer memory,
- азимутальной фазовой коррекции,- azimuthal phase correction,
- формирования азимутальных элементов разрешения посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ),- the formation of azimuthal resolution elements through the fast Fourier transform (FFT),
- автофокусировки,- autofocus,
- амплитудного детектирования и усреднения;- amplitude detection and averaging;
б) наложения полученных раздельно N РЛИ путем суммирования амплитуд азимутальных элементов разрешения в каждом канале дальности и в) сжатия динамического диапазона амплитуд элементов разрешения полученного после наложения РЛИ.b) superimposing separately obtained N radar images by summing the amplitudes of the azimuthal resolution elements in each range channel; and c) compressing the dynamic range of the amplitudes of the resolution elements obtained after superimposing the radar data.
Новым в предлагаемом способе является то, что облучение антенной РЛС K парциальных участков поверхности и суммирование амплитуд элементов разрешения N РЛИ производится скользящим способом, причем величина азимутального шага скольжения ДНА равна или близка к ее азимутальной полуширине, а сложение амплитуд сигналов N РЛИ, N=3, 4, производится поэлементно в массивах размером M/2N-2, где M - число формируемых БПФ азимутальных элементов, со скольжением массивов суммируемых элементов на шаг M/2N-2.New in the proposed method is that the radar antenna irradiating K partial surface areas and summing the amplitudes of the resolution elements N of the radar detector is carried out in a sliding way, and the magnitude of the azimuthal slip step of the bottom beam is equal to or close to its azimuthal half-width, and the addition of the amplitudes of the radar signals is N radar, N = 3 , 4, is performed element by element in arrays of size M / 2 N-2 , where M is the number of azimuthal elements formed by the FFT, with the sliding of arrays of summed elements by the step M / 2 N-2 .
На фиг.1 приведен пример формирования радиолокационного изображения по наиболее близкому техническому решению для наложения 3-х изображений 3-х парциальных кадров.Figure 1 shows an example of the formation of a radar image according to the closest technical solution for overlaying 3 images of 3 partial frames.
На фиг.2 приведен пример формирования радиолокационного изображения такой же зоны обзора по заявляемому способу.Figure 2 shows an example of the formation of a radar image of the same viewing area according to the claimed method.
Формирование радиолокационного изображения в заявляемом способе происходит следующим образом: антенна начинает сканирование зоны обзора, выставляя биссектрису ДНА на левую азимутальную границу назначенной зоны обзора. В каждом азимутальном положении частота повторения импульсов зондирующего сигнала выбирается равной 1,7-1,9 ширины спектра отражений по центральному лепестку ДНА. РЛС облучает картографируемый участок необходимым числом радиоимпульсов и принимает отраженные сигналы, переводя их в цифровой вид. Система обработки сигнала формирует в каждом канале дальности азимутальные элементы разрешения и заносит в буферную память амплитуды правой половины сформированных азимутальных элементов разрешения. Далее производится перевод ДНА по азимуту на угол скольжения, составляющий около полуширины ДНА, формирование массива азимутальных элементов и занесение в буферную память центральной части этого массива. После следующего перевода ДНА на такой же азимутальный угол скольжения в буферную память заносится левая половина элементов массива. По завершении обработки 3-х массивов сигналов, полученных в разных положениях ДНА антенны, производится формирование РЛИ парциального кадра путем суммирования амплитуд элементов разрешения, занесенных в буферную память. Формирование РЛИ последующих парциальных кадров производится сходным образом. Из фиг.2 следует, что по этой же схеме можно производить суммирование 4-х полученных раздельно РЛИ, отводя на суммирование по ¼ массивов элементов разрешения, сформированных процедурой БПФ.The formation of the radar image in the claimed method is as follows: the antenna starts scanning the viewing area, exposing the bisector of the bottom beam to the left azimuthal boundary of the designated viewing area. In each azimuthal position, the pulse repetition frequency of the probe signal is selected equal to 1.7-1.9 the width of the reflection spectrum along the central lobe of the bottom. The radar irradiates the plotted area with the required number of radio pulses and receives the reflected signals, converting them into digital form. The signal processing system generates azimuthal resolution elements in each range channel and stores the amplitudes of the right half of the generated azimuthal resolution elements in the buffer memory. Next, the DND is transferred in azimuth to the slip angle, which is about half the width of the DND, the formation of an array of azimuthal elements, and the central part of this array is entered into the buffer memory. After the next transfer of the DND to the same azimuthal slip angle, the left half of the array elements is entered into the buffer memory. Upon completion of the processing of 3 arrays of signals received at different positions of the antenna bottom, the radar image of the partial frame is formed by summing the amplitudes of the resolution elements stored in the buffer memory. The formation of radar images of subsequent partial frames is carried out in a similar way. From figure 2 it follows that according to the same scheme, it is possible to summarize 4 radar images received separately, taking into account the sum of разрешения arrays of resolution elements generated by the FFT procedure.
Как следует из описания, применение предложенного способа по сравнению с прототипом существенно сокращает требуемое число накладываемых парциальных изображений NПК. Из приведенного примера следует, что это число составляет NПК=2K+1=7, где K=3 - общее число парциальных кадров в итоговом РЛИ, в то время как в прототипе NПК=3K=9. Таким образом, по сравнению с прототипом достигается примерно полуторное сокращение времени формирования кадра РЛИ.As follows from the description, the application of the proposed method in comparison with the prototype significantly reduces the required number of overlapping partial images N PC . From the above example, it follows that this number is N PC = 2K + 1 = 7, where K = 3 is the total number of partial frames in the final radar, while in the prototype N PC = 3K = 9. Thus, in comparison with the prototype is achieved approximately one and a half reduction in the time of formation of the frame radar.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012154787/07A RU2511216C1 (en) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012154787/07A RU2511216C1 (en) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2511216C1 true RU2511216C1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50437862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012154787/07A RU2511216C1 (en) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2511216C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614041C1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-03-22 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Method for generating image of the ground surface in radar station with antenna aperture synthesis |
| RU2617116C1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-04-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for forming a surface image in a radar location with synthesization of antenna aperture with electronic control of a beam |
| RU2661941C1 (en) * | 2017-12-14 | 2018-07-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method for radar imaging using the radar station with the synthesized aperture |
| RU2709484C1 (en) * | 2019-04-30 | 2019-12-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Когнитив Роботикс" | Method of obtaining three-dimensional image in radar of frontal-view with synthesis of antenna aperture |
| RU2709623C1 (en) * | 2019-04-30 | 2019-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Когнитив Роботикс" | Method of obtaining a three-dimensional image in a side-scan radar with synthesizing an antenna aperture |
| CN118376849A (en) * | 2024-06-24 | 2024-07-23 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | An on-orbit test method for high-efficiency multi-beam range pattern of spaceborne SAR |
| RU2835989C1 (en) * | 2024-06-28 | 2025-03-07 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method for fast imitation of radar images |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2066060C1 (en) * | 1993-02-16 | 1996-08-27 | Валерий Павлович Ющенко | Method of map-making with the aid of synthetic aperture |
| RU2166774C2 (en) * | 1999-06-01 | 2001-05-10 | Тамбовский военный авиационный инженерный институт | Method and gear to form polarization portrait of ground or sea surface in double-frequency radar with synthesized aperture |
| RU2211461C2 (en) * | 2001-06-18 | 2003-08-27 | Институт радиотехники и электроники РАН | Technique of synthesis of radar image and facility for its embodiment |
| SU1840425A1 (en) * | 1984-12-03 | 2007-03-20 | Научно-исследовательский институт точных приборов | Synthetic aperture antenna system for radar survey of the earth's surface |
| JP2007078398A (en) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Toshiba Corp | Synthetic aperture radar image display device |
| RU2316786C1 (en) * | 2006-10-24 | 2008-02-10 | Рязанский государственный радиотехнический университет | Mode of observation over the surface and air situation on a multi-channel radar basis |
| US20100149023A1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-17 | The Boeing Company | Estimation and Correction of Error in Synthetic Aperture Radar |
| JP2012042262A (en) * | 2010-08-17 | 2012-03-01 | Nec Corp | Sar device |
| WO2012120137A1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-09-13 | Astrium Limited | Sar data processing |
-
2012
- 2012-12-17 RU RU2012154787/07A patent/RU2511216C1/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1840425A1 (en) * | 1984-12-03 | 2007-03-20 | Научно-исследовательский институт точных приборов | Synthetic aperture antenna system for radar survey of the earth's surface |
| RU2066060C1 (en) * | 1993-02-16 | 1996-08-27 | Валерий Павлович Ющенко | Method of map-making with the aid of synthetic aperture |
| RU2166774C2 (en) * | 1999-06-01 | 2001-05-10 | Тамбовский военный авиационный инженерный институт | Method and gear to form polarization portrait of ground or sea surface in double-frequency radar with synthesized aperture |
| RU2211461C2 (en) * | 2001-06-18 | 2003-08-27 | Институт радиотехники и электроники РАН | Technique of synthesis of radar image and facility for its embodiment |
| JP2007078398A (en) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Toshiba Corp | Synthetic aperture radar image display device |
| RU2316786C1 (en) * | 2006-10-24 | 2008-02-10 | Рязанский государственный радиотехнический университет | Mode of observation over the surface and air situation on a multi-channel radar basis |
| US20100149023A1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-17 | The Boeing Company | Estimation and Correction of Error in Synthetic Aperture Radar |
| JP2012042262A (en) * | 2010-08-17 | 2012-03-01 | Nec Corp | Sar device |
| WO2012120137A1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-09-13 | Astrium Limited | Sar data processing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M.SKOLNIK, Radar Handbook, th.ed., McGrow-Hill, 2008, ch.5,4, fig.5.34. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614041C1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-03-22 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Method for generating image of the ground surface in radar station with antenna aperture synthesis |
| RU2617116C1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-04-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for forming a surface image in a radar location with synthesization of antenna aperture with electronic control of a beam |
| RU2661941C1 (en) * | 2017-12-14 | 2018-07-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method for radar imaging using the radar station with the synthesized aperture |
| RU2709484C1 (en) * | 2019-04-30 | 2019-12-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Когнитив Роботикс" | Method of obtaining three-dimensional image in radar of frontal-view with synthesis of antenna aperture |
| RU2709623C1 (en) * | 2019-04-30 | 2019-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Когнитив Роботикс" | Method of obtaining a three-dimensional image in a side-scan radar with synthesizing an antenna aperture |
| CN118376849A (en) * | 2024-06-24 | 2024-07-23 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | An on-orbit test method for high-efficiency multi-beam range pattern of spaceborne SAR |
| RU2835989C1 (en) * | 2024-06-28 | 2025-03-07 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method for fast imitation of radar images |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2511216C1 (en) | Method of generating image of surface in synthetic aperture radar station | |
| Grechnev et al. | The Siberian Solar Radio Telescope: the current state of the instrument, observations, and data | |
| Santi et al. | Point spread function analysis for GNSS-based multistatic SAR | |
| CA2802790C (en) | Method and apparatus for determining a doppler centroid in a synthetic aperture imaging system | |
| CN107741586B (en) | Satellite-borne Ka InSAR signal processing method based on DBF-TOPS weighting | |
| JP6456312B2 (en) | Method and system for generating a three-dimensional image | |
| US9176226B1 (en) | Radar tomography using doppler-based projections | |
| US20150253423A1 (en) | System and Method for 3D SAR Imaging using Compressive Sensing with Multi-Platform, Multi-Baseline and Multi-PRF Data | |
| Schvartzman et al. | Distributed beams: Concept of operations for polarimetric rotating phased array radar | |
| CN106932778B (en) | Orientation multichannel FMCW SAR slides spotlight imaging method | |
| Marston et al. | Volumetric acoustic imaging via circular multipass aperture synthesis | |
| Hu et al. | Geosynchronous SAR tomography: Theory and first experimental verification using Beidou IGSO satellite | |
| Pastina et al. | MIMO distributed imaging of rotating targets for improved 2-D resolution | |
| RU2614041C1 (en) | Method for generating image of the ground surface in radar station with antenna aperture synthesis | |
| RU2709484C1 (en) | Method of obtaining three-dimensional image in radar of frontal-view with synthesis of antenna aperture | |
| McIntosh et al. | FOPAIR: A focused array imaging radar for ocean remote sensing | |
| Nannini et al. | TOPS time series performance assessment with TerraSAR-X data | |
| RU2287879C2 (en) | Method for increasing the radar resolving power in range and azimuth | |
| Kræmer et al. | Comparing SAR-based short time-lag cross correlation and Doppler-derived sea ice drift velocities | |
| Bezvesilniy et al. | Synthetic aperture radar systems for small aircrafts: Data processing approaches | |
| RU2617116C1 (en) | Method for forming a surface image in a radar location with synthesization of antenna aperture with electronic control of a beam | |
| CN115291211B (en) | A calibrator-free circular SAR full-aperture imaging method | |
| Jäger et al. | A Survey of novel airborne SAR signal processing techniques and applications for DLR's F-SAR sensor | |
| RU2709483C1 (en) | Method of dynamic variation of capture band width in radar of continuous radiation with synthesis of antenna aperture | |
| Rossi et al. | JERS-1 SAR image quality and interferometric potential |