БИСТАТИЧЕСКИЙ РАДИОМЕТР С ПРОДОЛЬНЫМ СИНТЕЗОМ АПЕРТУРЫ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ

February 21, 2013 by admin Комментировать »

Буняева И. В.

Национальный аэрокосмический университет «ХАИ» ул. Чкалова 17, г. Харьков, 61070, Украина тел.:+380577381260, e-mail: common@niiri.l<harl<ov.com Верещак А. П.

АО «Научно-исследовательский институт радиоизмерений» ул. Ак. Павлова, 271, г. Харьков, 61054, Украина тел.:+380577381260, e-mail: common@niiri.kharkov.com

Аннотация – Представлена новая концепция построения размещаемого на двух спутниках радиометра для получения двумерного изображения поверхности Земли из космоса с высоким пространственным разрешением. Возможности этого инструмента определены в терминах угловой/пространственной разрешающей способности и чувствительности. Представлен иллюстративный пример биста- тического радиометра L – диапазона

I.                                       Введение

в последние годы специалистами активно обсуждаются возможности использования методов радиоастрономии [1] для задач дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с аэрокосмических платформ по ее радиотепловому излучению [2-11]. При этом наиболее эффективными оказываются методы обработки радиотеплового излучения Земли, учитывающие взаимное перемещение радиометрической системы и поверхности Земли [4,5,8,9.13]. Основным элементом систем такого типа является разреженная антенная решетка. Для достижения высокой разрешающей способности радиометрических систем с антенными решетками оказывается целесообразным размещение элементов решетки на отдельных платформах. При этом снимаются конструктивные ограничения на размеры антенных решеток и разрешающую способность соответствующих радиометрических систем [6].

Применительно к бистатическим радиометрическим системам значительный интерес представляет дальнейшее развитие полученных в [12, 13] алгоритмов обработки радиотепловых сигналов в радиометрических системах на основе простейших двухэлементных интерферометров в условиях пониженных требований к координатно-временному обеспечению.

В докладе получены: алгоритм оптимальной обработки сигналов, функция неопределенности и чувствительность радиометра с продольным синтезом апертуры. Возможности системы демонстрируются на иллюстративных примерах.

II.                              Основная часть

Геометрия задачи изображена на рис. 1. Для упрощения, без потери общности. Земля предполагается плоской. Излучающая поверхность S с элементом ZIS = АхЛу параллельна плоскости XOY.

Четыре приемных антенны радиометрической системы размещены попарно на двух спутниках с высотой орбиты Z = h, перемещающихся с постоянной скоростью V вдоль оси X. Антенны образуют одну поперечную (межспутниковую) и две продольные базы. Причем поперечная база параллельна плоскости (хОу), а продольные – плоскости (xOz) и имеют угол тангажа а.

К выходам антенн присоединены идентичные приемные устройства, частотные характеристики которых имеют центральную частоту /Ьи эквивалентную шумовую полосу 2F. В единую радиометрическую систему оба спутника объединяются радиолинией, по которой сигналы, принятые на одном из них, передаются на другой для совместной обработки.

Диаграммы направленности антенн также идентичны, ориентированы в надир, а их ширина такова, что обеспечивает прием излучения из всей зоны видимости радиометрической системы.

Рис.1. Гзометрия задачи.

Fig. 1. The problem geometry

Оптимальная обработка колебаний с выходов приемных каналов заключается [13] в непрерывной фокусировке антенной системы в точку (точки) на поверхности Земли, интенсивность излучения которых подлежит измерению. В итоге с помощью антенной системы формируется двумерный веер диаграмм направленности, перекрывающий всю зону видимости системы. При этом накопление сигналов от каждого элемента разрешения осуществляется в течение времени его нахождения в пределах ширины диаграммы направленности одного элемента решетки. Это время может на один – два порядка превышать время накопления сигналов в типовом сканирующем радиометре, что позволяет при малой суммарной площади антенн иметь приемлемые значения чувствительности. Кроме того, расширение интервала накопления приводит к появлению эффекта синтеза апертуры, который в данном случае проявляется в том, что аппаратная функция радиометрической системы (ее реакция на точечный излучатель) оказывается такой же, как и у радиометра со сплошной зеркальной антенной, диаметр которой равен размеру продольной базы. Радиометрические системы с продольным синтезом апертуры уступают по чувствительности сканирующему радиометру с той же разрешающей способностью и временем накопления. Однако этот проигрыш является платой за существенное, на несколько порядков уменьшение физической площади и веса антенн.

В частности, расчеты показывают, что для радиометрической системы, работающей в дециметровом диапазоне, выигрыш в площади антенной системы достигает 150. При этом чувствительность системы (при шумовой температуре системы 200 К) оказывается менее 1 К, а разрешающая способность 35×35 км^, что удовлетворяет [2] современным требованиям потребителей радиометрической информации.

III.                                  Заключение

Определены потенциальные возможности (разрешающая способность и чувствительность) биста- тических радиометрических систем с синтезированием апертуры и их связь с параметрами систем.

Показано, что основное достоинство бистатиче- ских радиометров состоит в том, что они обеспечивают необходимые пространственное разрешение и чувствительность, используя антенные системы с очень малой физической поверхностью. Площадь антенных устройств составляет доли процента от площади антенны эквивалентного по характеристикам типового радиометра при сопоставимой сложности аппаратуры обработки.

IV.                           Список литературы

[1]  Thompson А. R., J. М. Moran and G. И/. Swenson Jr Inter- ferometry and synthesis in radio astronomy, Krieger Publishing Company, Malabar, Florida, 1994.

[2]  Ruf C. S., C. T. Swift et. al. « Interferometeric synthetic aperture microwave radiometry for the remote sensing of the earth», IEEE Trans. GRS, 26, 1998, pp.597-611,.

[3]  Le Vine D. М., M. Kao et al. «Initial results in the development of a synthetic aperture microwave radiometer», IEEE Trans., GRS, 28, 1990, pp.614-619.

[4]  ПискоржВ. S., КирилюкВ. М., Верещак A. П. Радиометрические системы с синтезированием апертуры для исследования природных ресурсов Земли из космоса // Косм1чна наука I технолопя, I, № 2, 1995, с. 15-23

[5]  Komlyama К. «High resolution imaging by super synthesis (SSR) for the passive microwave remote sensing of the earth». Electronic Letters, 27, 1998, pp.389-390.

[6]  Ivan Bekey. «Extremely Large Swarm Array of Picosats for Microwave / RF the Earth Sensing, Radiometry, and Mapping», Progress report. Research Sub Award # 0760-003- 029, march, 2005

[7]  Martln-Neira M. etal. «Integration of MIRAS breadboard and future activities». Proceedings of IGARSS’96, 1996.

[8]  Edelsohn C. etal. «RADSAR (RADiometric SAR) experimental results». Proceeding of IGARSS’98, 1998.

[9]  US Patent No. 4,990, 925.

[10]          Dong, X. L., J. Wu, J. S. Jiang, «The signal analysis and imaging of synthetic aperture radiometer». Proceedings of IGARSS, 98, 1998.

[11 ] Le vine D. M. et al. «Passive microwave remote sensing with the synthetic aperture radiometer ESTAR during the southern great plane experiments». Proceeding of IGRASS’98, 1998.

[12]          И. B. Буняееа, A. П. Верещак, A. A. Зеленский. Потенциальные возможности радиометрических систем дистанционного зондирования земли на основе использования группировки спутников// Радиотехника, 2006, вып. 144.-С. 258 -268.

[13]          И. В. Буняееа, А. П. Верещак. Радиометр с продольным синтезом апертуры для дистанционного зондирования Земли// Радиоэлектронные и компьютерные системы, 2006, №1(13).-С. 5-12

LONGITUDINAL SYNTHETIC APERTURE BISTATIC RADIOMETER FOR THE EARTH SURFACE OBSERVATION

I. V. Bunyaeva National Aeronautical University «KhAi»

17 Chl<aiova Str, Kharl<ov, 61070, Ul<.raine Ph.: +380577385260 E-maii: common@niiri.i<harl<ov. com

A.                                       P. Vereschak Scientific-research institute for Radio Engineering Measurements 271 Ai<. Pavlova Str., Khari<ov, 61054, Ui<.raine Ph.: +380577385260 E-maii: common@niiri.i<harl<ov. com

Abstract – This paper presents the new concept of a two- satellite radiometer for 2-D imaging from space. The performances of this instrument are evaluated in terms of angular/spatial resolution and radiometric sensitivity. The L-band bistatic radiometer illustrative example is presented.

I.                                        Introduction

The methods of radio astronomy have been applied in solution of the tasks of the Earth remote sensing from Space recently. Scientists discuss widely the capabilities of space-based radiometers, on the base of antenna arrays for observation of the surface with high spatial resolution. Such radiometers are similar to ground telescopes by their architecture. Their antennas have smaller area and weight than dish antennas of typical radiometers, solving similar tasks. The next step in increase of the resolution ability is use of tools with very large bases, the elements of which are placed on separate satellites, forming a common grouping, a common big antenna array.

The algorithm of processing of signals received by the longitudinal synthetic aperture bistatic radiometer in conditions of lowered requirements to the quality of coordinate-time provision of its elements has been obtained in that paper.

II.                                       Main Part

The geometry of the task is shown in Fig. 1. For simplification, without losing of generality, the Earth is assumed to be flat. Radiating surface S with element AS = AxAy is parallel to plane xOy Four antennas placed in pairs on two satellites with the orbit height z = h moving along axis x with constant speed V are in this plane. Antennas form one cross track (inter-satellite) and two longitudinal bases. Cross track base is parallel with у axis, and longitudinal bases are parallel to plane xOz and it has a pitch angle a.

Identical receiving devises are connected to the outputs of antennas. Two satellites are integrated in mutual radiometric system by radio line that transmits receiving signals from one satellite to other for theirs joint processing.

The accumulation of signals from each element of the resolution is done during the period when the element is within the width of the antenna array element radiation pattern. This allows appropriate sensitivity with the small total area of antennas. Besides, the increase of accumulation interval results in the aperture synthesis effect. The effect consists in that the ambiguity function of the radiometric system (I. e. its response to the point emitter) occurs to be the same as that of the radiometer featuring the dish antenna, whose diameter is equal to the size of the longitudinal base.

III.                                      Conclusion

The potential possibilities of longitudinal synthetic aperture bistatic radiometer for the 2-D Earth surface imaging are specified. Small antenna area and precision of resolution ability and sensitivity are the main merits of bistatic radiometer.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты