МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В КОСМИЧЕСКИХ РСА ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

1 АНАЛИЗ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РСА
КАОАРЯАТЛ 11
1.1 Тактико-технические показатели РСА RADARSAT-1 11
1.2 Тактико-технические показатели РСА RADARSAT-2 12
2 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В КОСМИЧЕСКИХ
РАДИОЛОКАТОРАХ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ 14
2.1 Получение космических радиолокационных изображений 14
2.2 Структурная схема РСА 15
2.3 Цифровые методы синтезирования апертуры 16
3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ
ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА И ЕГО ОБРАБОТКИ 18
3.1 Расчет геометрии обзора РСА 18
3.2 Формирование модели отраженного сигнала 19
3.3 Алгоритм быстрой свертки 20
3.4 Обработки с применением весовых временных окон 21
3.5 Расчет ширины реальной ДНА 22
4 РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ПРОГРАММНОМУ ПРИЛОЖЕНИЮ 23
4.1 Общие требования 23
4.2 Требования к средствам формирования сцены съемки 23
4.3 Требования к параметрам съемки и обработки 23
4.4 Требования к средствам обработки радиоголограммы 24
4.5 Требования к интерфейсу 24
5 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИЛОЖЕНИЯ 25
6 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 33
6.1 Идеальная ДНА 33
6.2 Реальная ДНА 34
7 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ 37
7.1 Визуализация процесса формирования отраженного сигнала РСА 37
7.2 Визуализация эффекта неоднозначности по дальности и азимуту 37
7.3 Разрешающая способность РСА 37
7.4 Моделирование маршрутного и прожекторного режимов съемки 37
7.5 Обработки с помощью временных весовых окон 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 40
ПРИЛОЖЕНИЕ КОД ПРОГРАММЫ 41
Купить

РЕФЕРАТ
Магистерская диссертация. 80 с., 24 рис., 11 источников, 1 прил.
РАДИОЛОКАТОР, СИНТЕЗИРОВАННАЯ АПЕРТУРА, ОТРАЖЕННЫЙ СИГНАЛ, КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ, РАДИОГОЛОГРАММА, РАДИОЛОКАЦИОННОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ.
Объект исследования или разработки: система формирования радиолокационного изображения в космических радиолокаторах с синтезированной апертурой (РСА) высокого разрешения.
Цель работы: разработка программного приложения, которое позволит моделировать процесс формирования и обработки сигналов в космических РСА высокого разрешения.
Метод или методология проведения работы: теоретический анализ, математическое моделирование.
Результаты работы: на основе анализа тактико-технических характеристик РСА RadarSat-1 и RadarSat-2 разработана математическая модель отражённого сигнала в космических РСА. Создано программное приложение в среде Matlab, реализующее процесс моделирования формирования и обработки отраженного сигнала в космических РСА высокого разрешения и позволяющее исследовать эффекты неоднозначности по дальности и азимуту; разрешающую способность космических РСА в различных режимах съемки, а также влияние различных временных весовых окон при обработке цифровой радиоголограммы на характеристики синтезированного радиолокационного изображения.
Основные конструктивные, технологические и эксплуатационные характеристики: минимальные системные требования для запуска приложения: Windows XP/Vista/2008/7/8, Linux/MacOS x64, частота ЦП 2 ГГц, 1 ГБ ОЗУ.
Степень внедрения: созданное приложение будет применено в образовательном процессе магистрантов и аспирантов.
Область применения: учебное и экспериментальное моделирование.
Современные радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны (РСА), установленные на космических аппаратах (КА), обладая высокой разрешающей способностью по путевой и наклонной дальностям, позволяют получать детальные радиолокационные изображения объектов и местности с качеством близким к оптическим системам, в любых метеоусловиях и в любое время суток. Реализация метода искусственного (синтезированного) раскрыва ставит ряд сложных задач, основной из которых является когерентное суммирование тысяч сигналов на траектории полета одновременно в нескольких тысячах каналов дальности [1].
Такой вариант моделирования применим пир теоретическом анализе явлений, связанных с разработкой новых алгоритмов обработки, анализе виляний разных искажающих воздействий и поиске методов их устранения, а также при наземной отработке реальной аппаратуры в составе стендов полунатурного моделирования. Искажающие воздействия, связанные с прохождением радиолокационных сигналов через тракт РСА, включая преобразование из аналоговой формы сигнала в цифровую, вводят в разрыв звенья {10}-{11} структурной схемы модели.
Более сложные алгоритмы синтеза КРЛИ, включающие миграцию, реальные зависимости опорной функции от наклонной дальности, смещение по доплеровской частоте требуют модификации процедур обработки ЦРГ (звенья {11}-{15}) и соответствующей корректировки процедур формирования ЦРГ (звенья {1}-{8}).
Классический метод моделирования [4] состоит в задании входной обстановки в виде одиночной точечной цели или набора точечных целей и расчета радиоголограммы по формулам, учитывающим параметры излучаемого импульса, форму ДНА и параметры движения РСА. Влияние миграции дальности приводит к искривлению формы двумерной голограммы, формированию спектра сигнала в виде трапеции и характерному раздвоению боковых лепестков импульсного отклика.
Недостатком формирования тестовых радиоголограмм на основе точечного представления исходных сцен является необходимость большого объема вычислений. Однако, возросшая на сегодняшний день вычислительная мощность современных компьютеров, а также большой выбор прикладных пакетов моделирования вполне позволяют применить классический метод моделирования с существенным уменьшением времени моделирования.
В последние годы широкое распространение получила компьютерная система МаЙаЬ, специально созданная для проведения именно инженерных расчетов. Аппарат, используемый ею, предельно приближен к современному математическому аппарату инженера и ученого и опирается на вычисления с матрицами, векторами и комплексными числами. В ней предусмотрено удобное графическое представление данных, удовлетворяющее требованиям оформления технической документации, а также имеется широкий набор встроенных процедур и функций, предназначенных для обработки сигналов и изображений, программная реализация которых эффективно использует ресурсы компьютера по памяти и производительности [2].

Купить