Составные элементы прибора для активного дистанционного зондирования земли

По данным [3], при среднеквадратическом значении флюктуаций фазы 1 радиан величина смещения положения максимума отклика PCА на точечную цель по азимуту может достигать 25% от длительности отклика, относительное расширение главного лепестка отклика (ухудшение азимутальной разрешающей способности) составить 0,5%, а уровень первых боковых лепестков функции отклика увеличиться на 5 дБ. Все указанныеискажающие параметры могут быть уменьшены до пренебрежимо малых значений, если задать и выполнить требование по величине допустимых среднеквадратических фазовых флюктуаций на уровне [4]:(σφ)доп 0,2 рад (11◦) (1.3)Полоса спектра фазовых флюктуаций для опорного генератора PCА сантиметрового диапазона должна рассматриваться в пределах от 100 Гц, что соответствует времени распространения сигнала до объекта съемки и обратно, до 500 МГц, что соответствует длительности самого короткого символа модулирующего сигнала. Сводные требования к опорному генератору и тракту формирования зондирующего сигнала приведены в табл. 1.3.Таблица 1.3. Требования к параметрам опорного генератора PCАПараметрЗначение1. Долговременная относительная нестабильность частотыза время штатной работы на орбите 7 лет, не более2 · 10-62. Кратковременная относительная нестабильность частоты за время от 4 мс до 3 с, не более2 · 10-123. Быстрые гармонические колебания фазы с периодомменее 7 мс,◦ не более114. Интегральное среднеквадратическое значение фазовыхфлюктуаций в полосе частот от 100 Гц до 500 МГц, неболее11Формирователь сигналов PCАдолжен вырабатывать следующие сигналы:– когерентные ансамбли СВЧ-импульсных зондирующих сигналов с внутриимпульсной модуляцией для возбуждения тракта передатчика АФАР. Номинальное значение несущей частоты зондирующих сигналов и максимальная полоса рабочих частот должны соответствовать заданному заказчиком частотному диапазону и международному «Регламенту радиосвязи».Вид внутриимпульсной модуляции -ЛЧМ и/или ФКМ;– сигналы гетеродинов, когерентные с зондирующими сигналами и имеющие малый уровень фазовых флюктуаций;– СВЧ-тест-сигнал на несущей частоте без внутриимпульсной модуляции, который используется в режимах внутренней радиометрической калибровки и диагностического контроля АФАР;– импульсные последовательности стробов тракта передатчика,которые используются в АФАР для включения передающих каналов на время излучения зондирующих импульсов и стробов тракта приемника, которые используются в АФАР для открытия приемных каналов в течение интервала приема отраженных от земной поверхности сигналов;– импульсы выборки аналого-цифровых преобразователей (АЦП),частота которых должна быть согласована с шириной спектра зондирующего сигнала. Параметры перечисленных сигналов должны на этапе проектирования рассчитываться для каждого режима работы PCА и для каждого угла визирования объекта съемки и храниться в постоянномзапоминающем устройстве блока управления PCА либо включаться в массив исходных данных на сеанс работы PCА, передаваемый с наземного раздела управления на борт КА (в бортовой комплекс управления) перед началом рабочего витка орбиты. Возможности выбора диапазонов и ширины полосы радиосигналов для космических PCА ограничены международным «Регламентом радиосвязи» [8], согласно которому для радиолокационнойсъемки из космоса выделены полосы частот, приведенные в табл. 1.4.Таблица 1.4. Частотные диапазоны, выделенные для космической радиолокацииУсловноеобозначениедиапазоначастотРазрешенныечастоты,МГцРазрешеннаяширинаполосы,Δf, МГцСредняя длинаволны, λ смПотенциальноепространственноеразрешение при γ= 60◦, δy, мP410÷440307010L1215÷130085243,5S3100÷33002009,41,5C5250÷53501005,73,0X9300÷99006003,10,5В последней колонке табл. 1.4 приведены значения потенциального пространственного разрешения PCА по координате угла места, которое можно получить, если использовать всю разрешенную полосу частот для каждого диапазона радиоволн. Этот параметр рассчитывается по формуле [4]:(δy)потенц = (1.4)где C = 3 · 108 - скорость света; γ- угол скольжения.Максимальное значение разрешенной полосы частот отведено в X-диапазоне и составляет 600 МГц, что позволяет получить потенциальное значение пространственного разрешения PCА 0,5 м. Для дальнейшего улучшения этого параметра требуется, чтобы в международном «Регламенте радиосвязи» разрешенная полоса частот для космических PCА, работающих в X-диапазоне, была расширена до 800÷1000 МГц. Заявки на такие изменения регламента уже поступили от ряда стран, так что в последующие годы можно ожидать появления космических PCА с пространственным разрешением около 0,3 м.Приемник, входящий в состав приемопередающей аппаратуры(см. рисунок 1.1), должен выполнять следующие функции:– принимать от АФАР отраженный сигнал в паузах между зондирующими импульсами, осуществлять усиление, согласованную с полосой сигнала фильтрацию и преобразование сигнала в цифровую форму. Каждый радиочастотный канал приемного тракта должен быть оснащен дискретными управляемыми аттенюаторами с примерными величинами затухания20 дБ в тракте СВЧ и 20 дБ в тракте промежуточной частоты. Алгоритм управления аттенюаторами должны входить в состав специального программного обеспечения блока управления PCА;– вырабатывать информацию об эффективном уровне сигналана входе АЦП для использования в схеме автоматической регулировки усиления и для включения ее в состав служебной информации в кадр радиолокационной информации;– преобразовывать аналоговые видеосигналы с выходов приемника в цифровую форму с заданным числом разрядов.Максимальное число разрядов АЦП приемника должно быть не менее восьми. Число разрядов выходной информации АЦП может быть ниже максимального значения и устанавливаться по командам от блока управления PCА из следующего ряда: 8/6/5/4/3/2/1 (в отдельных режимах радиолокационной съемки возможно снижение числа разрядов без существенной потери качества выходных продуктов). При наличии технической возможности можно производить дискретизацию отраженных сигналов на промежуточной частоте, без перехода на видеочастоты и без разделения на синфазную и квадратурную составляющие. Частота выборок сигнала в АЦП должна быть связана с несущей частотой зондирующего сигнала целочисленным соотношением и согласована с эффективной шириной спектра принимаемых сигналов в каждом режиме работы PCА. В современных PCА с целью сокращения потока выходной цифровой информации применяются методы и устройства адаптивного квантования, которые позволяют снизить число разрядов на отсчет радиоголограммы с исходных восьми до двух-трех разрядов. В состав бортовой аппаратуры PCАможет входить измеритель амплитуд и фаз сигналов, поступающих с выхода АФАР в режиме радиометрической калибровки передающих и приемных каналов. Ошибки измерения указанных параметров должны быть не более±0,5 дБ и ±5◦.ЗАКЛЮЧЕНИЕВопросы интегрирования и унификации космических радиолокационных систем ДЗЗ разделяются на три категории.Первая категория касается элементной комплектующей базы длябортовой аппаратуры. К аппаратуре космического применения всегда предъявляются требования минимизации размеров, массы и энергопотребления, что предполагает использование электронных компонентов с высоким уровнем интеграции. К примеру, практика проектирования приемопередающих модулей (ППМ) для АФАР показала, что переход от твердотельной микроэлектронной технологии намонолитные интегральные микросхемы позволяет уменьшить размеры ППМ в 1,5 раза. Вместе с тем в настоящее время российскаяпромышленность не в состоянии предложить достаточную номенклатуру высокоинтегрированных радиоэлектронных компонентов с высокими параметрами радиационной стойкости для построения бортовых радиолокационных комплексов. Перспективы развития отечественной СВЧ интегральной электроники тема для отдельного рассмотренияВторая категория вопросов интегрирования и унификации относится к уровню блоков и устройств. В этом сегменте можно говоритьо целесообразности создания унифицированных технологий для производства фрагментов излучательных систем АФАР, унифицированных приемопередающих модулей для АФАР разных диапазонов частот, опорных высокостабильных генераторов, формирователей зондирующих сигналов, блоков приемников, блоков аналого-цифровыхпреобразователей, бортовых управляющих вычислительных машин. В частности, еще в 2003 г. специалисты 4 ЦНИИ Министерства обороны выделяли такие актуальные направления развития бортовыхвычислительных и управляющих машин для изделий космическойтехники, как унификация бортовых цифровых вычислительных систем различных классов и создание единого унифицированного ряда ЭВМ с использованием единого конструктивно-функционального модуля и максимальная унификация интерфейсов длябортовыхЭВМ [5].К третьей категории относятся системные вопросы интегрирования и унификации. Прежде всего, это интегрирование и унификация наземных комплексов приема и обработки данных, получаемыхс разных средств ДЗЗ космического базирования (оптических, радиолокационных, отечественных и иностранных). В соответствии с «Концепцией развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года» для решенияданной проблемы предполагается создать Единую территориально-распределенную информационную систему дистанционного зондирования (ЕТРИС ДЗ), которая позволит функционально объединитьназемные комплексы и центры приема, обработки и распространениякосмической информации, принадлежащие ведомствам, регионам, крупным компаниям, интегрировать их информационные ресурсыв области ДЗЗ в единое геоинформационное пространство для максимального удовлетворения потребностей различных категорий потребителей.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1. Кашкин В. Б. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений : учеб.пособие / В. Б. Кашкин, А. И. Сухо-нин. – М. : Логос, 2001. – 264 с.Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды : учеб.пособие / В. И. Козинцев [и др.] ; под ред. В. Н. Рождествина. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. – 528 с.Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммынаправленности фазированных антенных решетках. М.: Радиотехника 2010. – 144 С.ГостюхинВ.Л.,Трусов В.Н, Гостюхин А.В. Активные фазированные антенные решетки. М: Радиотехника. 2011. – 305 С.Неронский Л.Б., Михайлов В.Ф., Брагин И.В. МИКРОВОЛНОВАЯ АППАРАТУРА ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ И АТМОСФЕРЫ РАДИОЛОКАТОРЫ С ...» Учебное пособие, МИРЭА, электронная версия.Захаров А.И., Ковалевский Н.П., Синило В.П. Особенности методов обработки радиолокационной космической информации // Космонавтика и ракетостроение. 2014. Т. 5. Вып. 78. С. 108–113.