Ловля отражений или “непрямая” радиолокация

antenna Не так давно публиковалась занимательная работа, в которой исследователи с большого расстояния считывали изображения на мониторах компьютеров, используя телескоп и отражение света от поверхности самых привычных бытовых предметов, типа кофейной чашки, расположенных в той же комнате, где и “атакуемый” монитор. Хитрости с отражениями – это вообще интересно, особенно для радиолокации, где кроме “банальных” “первичных” отражений используются и многократные: они, как и в случае с подсматриванием за монитором, позволяют увидеть объекты, находящиеся не на линии визирования.

Вот, кстати, если разобрать на минимальные логические составляющие задачу наблюдения за окружающей действительностью с помощью электромагнитных полей, то получится, что одна из основ – это измерение неких характеристик полей в данной точке пространства.

Но какую информацию о “реальности вокруг” можно получить, просто проведя единичное измерение поля в единственной точке? Практически никакой, ну разве что убедиться, что некоторое поле есть – не более. Совершенно бесполезная информация. Сама по себе.

Полезность возникает тогда, когда измерение проводится для проверки некоторой гипотезы, а результаты интерпретируются в канве дополнительной “априорной” информации. Судите сами: например, радар лишь проверяет предположение (гипотезу) о том, что в некоторой точке пространства (куда “светит луч”) находится “цель”, а результаты каждого “элементарного точечного” измерения интерпретируются с учётом сведений о ранее отправленном в эфир зондирующем импульсе и, скажем, о положении излучателя в момент отправки этого импульса.

Вообще, оказывается, что чем в большем количестве точек пространства измеряется поле (точность измерений тоже определяюще важна) и чем больше априорной информации о полях/сигналах имеется в распоряжении, тем точнее можно проверять “гипотезы”. (При этом дополнительная информация вполне может компенсировать недостатки измерений.) Воплощением этой давно известной “схемы” является, например, цифровое синтезирование апертуры: в различные моменты времени измеряем поле во множестве точек, получаем “виртуальную антенну”.

Переходим к использованию сложных отражений сигнала в радиолокации, упомянутому в первом абзаце заметки. Ясно, что зондирующий сигнал радара, работающего, например, в городе, отражается железобетонными конструкциями многократно. То есть луч запросто может “светить” “за угол”, потому что многократные отражения происходят от стен зданий, расположенных вдоль улицы за тем самым “углом”. Или можно “посветить” через дверной проём в помещение и вернувшийся обратно сложный сигнал (пусть и слабый) обретёт “частотно/временные” характеристики, определяемые планом помещения и расположением в нём металлических предметов (например, стрелкового оружия).

Хитрость вот в чём: если просто записать этот сложный сигнал с помощью приёмника и попытаться извлечь из него полезную информацию о расположении зданий или кухонных кастрюль внутри них, то ничего не получится. Ведь один и тот же результат “суперпозиции” отражений могут давать самые разные конфигурации отражающих поверхностей – возникает неоднозначность в интерпретации “результатов измерений”.

Но вот если воспользоваться дополнительной информацией, то неоднозначности можно свести к минимуму. Точно известен план улицы, местоположение зданий, можно вычислить положение автомобиля, въехавшего на улицу. При этом, ещё раз напомню, наблюдение радаром ведётся не “в прямой видимости”, приёмом “первичных” отражений, а с помощью анализа многократно отражённого стенами зданий сигнала. Наблюдать вообще можно с соседней улицы. Возможности РЛС многократно расширяются: теперь можно видеть объекты, “напрямую” невидимые.

Дополнительную информацию, позволяющую “убирать неоднозначности”, можно получить из карт местности или из других разведданных. Самое интересное, что можно довольно быстро и, при этом, тщательно измерить текущее состояние “отражений” специальным зондирующим сигналом, записать состояние и в дальнейшем по изменению принимаемого сигнала во времени вычислять местоположение движущихся объектов, особым образом варьируя модуляции зондирующих импульсов (задача упрощается, если такой объект в исследуемом пространстве один). Схема работает потому, что “гладкое” (без, так сказать, телепортаций) перемещение объекта внутри “промеренного 3D-рельефа” вполне позволяет вычислить наиболее вероятную траекторию этого объекта.

Радары, позволяющие подобным образом смотреть “за угол” в городах, уже заказывает DARPA. Ну и загоризонтная радиолокация уже давно работает на логически схожих принципах. А главная проблема тут кроется в вычислительном моделировании конфигурации электромагнитных полей – требуется мощный компьютер, способный на лету решать непростые системы дифференциальных уравнений. Но вот сейчас как раз очень мощные компьютеры с “высокой степенью параллелизма” стали весьма компактными: в качестве примера годятся игровые приставки.

()

Похожие записки:



Далее - мнения и дискуссии

(Сообщения ниже добавляются читателями сайта, через форму, расположенную в конце страницы.)

Комментарии читателей блога: 4

  • 1. 20th April 2009, 09:31 // Читатель arcman написал:

    Загоризонтный радар против стелсов должен быть хорошь, хотя бы в плане обнаружения.

  • 2. 20th April 2009, 18:49 // Читатель Vadim написал:

    “занимательная работа, в которой исследователи с большого расстояния считывали изображения на мониторах компьютеров, используя телескоп”
    Ссылка не сохранилась?

  • 3. 20th April 2009, 19:03 // Александр Венедюхин ответил:

    Во: http://crypto.m2ci.org/unruh/publications/reflections.pdf – весьма изящно.

  • 4. 21st April 2009, 08:58 // Читатель Vadim написал:

    Спасибо!