dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Не так уж и давно я писал про форму антенн в РЛС с фазированной антенной решёткой. Резюме той записки такое: использование антенной решётки из многих элементов, снабжённых “управлением фазой”, позволяет создавать антенны самой разной формы: плоские, выпуклые или “ломанные”. Развитием темы является одно из важнейших достижений современной радиолокации (в том числе, используемое в современных бортовых РЛС) – антенны с синтезированной апертурой.

Проще всего понять, что такое синтезированная апертура, можно следующим образом: во-первых, нужно представить фазированную антенную решётку, диаграмма направленности которой формируется вращением фазы принимаемого (передаваемого) излучения в каждом элементе антенны; во-вторых, нужно обратить внимание на то, что, так сказать, с математической точки зрения вовсе и не обязательно, чтобы все элементы антенны были различными элементами.

На первый взгляд, это выглядит странно. Тем не менее, создать (теоретически – произвольную) нужную апертуру антенны можно, перемещая один единственный элемент по тем точкам пространства, в которых должна быть представлена “виртуальная” решётка. Апертура, созданная перемещением приёмо-передающего элемента, и есть та самая синтезированная апертура.

Можно сказать, что с математической стороны задача синтезирования сводится к определению характеристик некоторых электромагнитных полей по результатам измерений, сделанных в нескольких точках пространства в разное время. Задача местами сложная, но вполне разрешимая (особенно когда измеряется отражённое излучение от источника, характеристики которого соответствуют некоторым требованиям, – это как раз случай с РЛС).

На практике применение синтезирования апертуры выглядит, например, так: радиолокатор бокового обзора, установленный на самолёте, записывает принимаемое с заданного направления отражённое излучение на протяжении некоторого участка траектории самолёта (“интервал синтезирования”) – после соответствующей обработки записанной “сигнальной информации” можно получить данные по наблюдаемым объектам с разрешающей способностью, близкой к разрешающей способности физической антенны с размером апертуры, совпадающим с дистанцией, которую преодолел самолёт за время синтезирования.

Иными словами, сильно утрируя, можно сказать: если самолёт за время синтезирования апертуры пролетел десять метров, то и полученная “картинка” будет иметь разрешающую способность, аналогичную десятиметровой “зеркальной антенне” (а это уже что-то вроде небольшого радиотелескопа). Понятно, что десятиметровую антенну можно разместить далеко не на всяком самолёте.

Конечно, на практике синтезирование апертуры сталкивается с целым рядом проблем. Например, требуется очень точная информация о положении приёмника (передатчика) в пространстве в каждой “точке отсчёта” (отсюда повышенные требования к навигационным системам и стабильности полёта). Понятно, что лучше всего антенна с синтезированной апертурой подходит для наблюдения за “статичными сценами” (дело в том, что быстро движущийся объект наблюдения за время интервала синтезирования существенно изменит своё положение в пространстве, что приведет ко всяким “хитрым эффектам” в итоговых данных). Поэтому отличные результаты у РЛС с синтезированной апертурой традиционно получаются при картографировании поверхности.

Интересно, что синтезированная апертура сама собой напрашивается для использования в РЛС, размещённых на околоземных спутниках, ведь их орбита весьма стабильна и хорошо просчитывается.

В бортовых РЛС с АФАР для современных истребителей “синтезированием апертур” могут заниматься несколько элементов антенны, выделенных для этой задачи управляющей ЭВМ. Типичная задача – “фоновое” картографирование поверхности с обнаружением наземных движущихся целей.

Адрес записки: https://dxdt.ru/2008/03/09/1207/