Квазиоптические электронные сканеры электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн

• Автор: Павлов, Роман Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Аннотация
В работе проведен обзор развития систем пассивной радиометрии миллиметрового диапазона и их состояния в настоящий момент. Подробно описаны принципы их функционирования. Рассмотрены существующие виды и типы подобных систем с проведением классификации, рассмотрены достоинства и принципиальные недостатки систем радиометрии по сравнению с системами других диапазонов длин волн.
Показаны способы построения радиотепловых изображений
наблюдаемых сцен. Рассмотрено понятие аппаратной функции. Показано её определяющее значение для математической обработки полученных экспериментальных данных, с целью получения максимально
информативного изображения. Рассмотрен пример практически использованных расчетов для определения аппаратной функции как
диаграммы направленности антенной системы. Показана необходимость
определения аппаратной функции. Поставлена и решена задача определения аппаратной функции для применения ее в алгоритмах сверх разрешения. Показаны примеры обработки радиотепловых изображений методами воснову которых положена аппаратная функция. Приведены примеры полученных радиотепловых изображений различных предметов. Рассмотрены пути совершенствования и перспективы развития пассивного радиовидения миллиметрового диапазона. Основная цель применение подобных систем -получение изображений предметов недоступных в других диапазонах. Однако до сих пор не решен ряд задач применения систем радиометрии - в частности основной проблемой является не достаточно высокое пространственное разрешение.
Поскольку системы радиометрии визуализируют картину, получаемую в миллиметровом диапазоне, возник вопрос о возможности проведения технического и экологического радио мониторинга местности системами радиометрии.
В работе были поставлены и решены следующие задачи: разработать систему ближней радиометрии с параметрами близкими к современным системам;
получить радиоизображений реальных предметов под одеждой человека;
разработать действующий макет радиометрического сканера для построения радиоизображения местности, поиска источников излучения, проведения технического и экологичекогорадиомониторинга;
получить радиоизображений местности и источников излучения в миллиметровом диапазоне длин волн.
В работе описаны методики расчета, моделирования и измерения аппаратной функции различных систем радиовидения оптимальной для применения в алгоритмах сверхразрешения с целью получения наиболее информативных радиоизображений и повышения их радиотеплового разрешения. Рассматрены ситуации ближней (2-6 м) и дальней (50-500 м) радиометрии. Разработана методика построения изображения в разработанной системе ближней радиометрии. Разработана методика построения радиоизображений местности и источников излучения для макета системы дальней радиометрии.
Получены радиоизображения реальных предметов и источников миллиметрового излучения расположенных на местности.

Используемые сокращения и термины
АФ - аппаратная функция
Радиояркостная температура - температура наблюдаемая системой ’ радиометрии, эквивалентна физической температуре абсолютно черного тела Радиояркостный контраст - разность радиояркостной температуры наблюдаемого тела и фона
Радиоизображение - изображение предмета или области пространства, получаемое системой радиометрии.
Сверхразрешение - пространственное разрешение радиоизображений превышающее Релеевский порог, получаемое при помощи математической обработки.
Ть - наблюдаемая радиояркостная температура Т] - радиояркостный контраст То - радиояркостная температура объекта ТТ - радиояркостная температура фона

же значение радиотеплового контраста будет зафиксировано и в случае маскировки скрытых предметов поглощающими покрытиями.
Для надежного обнаружения объекта величина создаваемого им радиотеплового контраста должна как минимум в три раза превышать значение минимально разрешимого контраста ЛТт , характеризующего чувствительность приемного устройства и определяется выражением
_ ЦГ0 +(1-17)7’, +ТГ

где Тг - эффективная шумовая температура радиометра, т] - эффективность входной радиооптической системы, Л/ - полоса принимаемых радиометром частот, г- время накопления выходного сигнала.
Системы пассивного радиовидения характеризуются угловым
разрешением , чувствительностью ЯГ и скоростью обзора пространства. Наилучшее теоретически достижимое угловое разрешение (в радианах) определяется рэлеевским пределом:
86 = 1.22 — и

где О - апертура приемной антенны; X - рабочая длины волны.
Пространственное разрешение системы радиовидения зависит от отношения длины волны X к размеру апертуры антенны Б и на расстоянии Я составляет
1.22 X _

В 5-мм диапазоне при апертуре 0,5 м и на расстоянии четырех метров пространственное разрешение составит порядка 0,04 м.
При использовании многоэлементного приемного устройства
/ • П
т ~ т