SOME PROBLEMS OF SPACEBORNE SYNTHETIC APERTURE RADAR PRINCIPAL PERFORMANCE VERIFICATION IN FLIGHT TESTS

Full Text

Раздел 1. Радиолокационная поляриметрия и интерферометрия. Радиометрия земных покровов При летных испытаниях впервые проводятся проверки соответствия характеристик космического РСА требованиям по назначению в реальных условиях, поэтому организации, методическому и аппаратнопрограммному обеспечению испытаний должно быть уделено самое серьезное внимание. Особое значение летные испытания приобретают в случае, когда запуск комического РСА высокого разрешения осуществляется после длительного перерыва. Для сокращения времени и затрат на проведение летных испытаний требуется их четкая организация на основе следующих принципов: системный подход к построению единых методик наземных, летных и валидационных испытаний, основанный на общем системном критерии; преемственность методов и результатов измерения сквозных характеристик при наземных и летных испытаниях; единство определений основных характеристик РСА и интерпретации результатов их измерений. Одной из важнейших сквозных характеристик РСА является пространственное разрешение. Для его измерения обычно используются два метода: метод импульсного отклика и критерий Рэлея. В работе [1] показана взаимосвязь между результатами измерений, полученными с использованием этих методов. В методиках, базирующихся на методе импульсного отклика, реализован системный подход к измерению пространственного разрешения: в качестве системного критерия используется ширина сечений функции отклика на одиночную точечную цель [2]. Преимущество этих методик в том, что они могут быть реализованы на всех этапах жизненного цикла изделия. Аппаратной реализацией этих методик при наземных испытаниях является шлейфовый контроль [3], который может применяться как при автономных испытаниях РСА, так и при комплексных в составе КА в безэховой камере или на антенном полигоне. Результаты проверки функции отклика, полученные при наземных испытаниях, протоколируются для последующего сравнения с аналогичными результатами летных испытаний, так как большинство РСА имеет функцию встроенного шлейфового контроля. Таким образом, непосредственно после запуска РСА проводится измерение функции отклика по встроенному шлейфу. Хорошее совпадение с результатами наземных испытаний свидетельствует о сохранении работоспособности РСА после вывода на орбиту. Для геометрической привязки и юстировки наведения антенны целесообразно использовать уголковый отражатель с достаточной ЭПР и геодезической привязкой, установленный на радиолокационном полигоне. Для определения пространственного разрешения проводится съемка квадратной миры из 9 уголковых отражателей. Полученная цифровая радиоголограмма (ЦРГ) обрабатывается средствами испытательного программного обеспечения с усреднением результатов по всем 9 отражателям и приведением к масштабу, привязанному к координатам на местности [4]. Если описанные выше методики позволяют однозначно определить и измерить пространственное разрешение, то единых определений радиометрических характеристик и методик их измерения до сих пор не выработано. Предлагается использовать методику определения радиометрической разрешающей способности, основанную на методе дифференциального радиоконтраста [5]. Преимуществом этого метода является возможность однозначного определения радиометрического разрешения по вероятностному критерию и автоматического анализа радиолокационного изображения. Метод основан на подсчете вероятности того, что для пары точек, случайным образом выбранных из участков РЛИ поверхностей с различными УЭПР, радиояркость элемента изображения участка с большей УЭПР окажется больше. Критерием радиометрического разрешения для заданного соотношения УЭПР участков является вероятность правильного обнаружения не менее 0,67. Для практической реализации этого метода необходимо наличие ряда поверхностно-распределенных целей достаточной площади с простой геометрической формой, имеющих однородную калиброванную УЭПР, отличающуюся на заданную величину. Так как подобных целей в природе не существует, для измерения радиометрических характеристик предлагается воспользоваться их аппаратно-программной имитацией с помощью активной контрольной станции [6]. Для измерения радиометрических характеристик (разрешения, шумового эквивалента и динамического диапазона) необходимо имитировать ряд однородных поверхностно-распределенных целей, соответствующих требованиям для проверяемого режима: 1) соотношение УЭПР смежных участков должно соответствовать требованию по радиометрическому разрешению; 2) минимальное значение УЭПР должно быть на 3...5 дБ ниже расчетного значения шумового эквивалента; 3) соотношение максимального значения УЭПР и расчетного значения шумового эквивалента при экспериментальном определении последнего должно быть на 3... 5 дБ ниже, а при экспериментальном определении динамического диапазона - на 3...5 дБ выше расчетного значения динамического диапазона РЛИ; 4) должен иметься участок с нулевым коэффициентом рассеяния, по которому определяется уровень собственного шума [5]. Для привязки радиометрической шкалы РСА, определяющей связь коэффициента радиолокационного рассеяния снимаемых объектов с численными значениями радиояркостей их РЛИ, необходима радиометрическая калибровка, выполняемая в два этапа. Первичная калибровка выполняется путем съемки природных поверхностно-распределенных объектов, имеющих однородную на большой площади и стабильную УЭПР [7]. Результатом такой калибровки является уточнение диаграммы направленности антенны и коэффициента, компенсирующего зависимость затухания сигнала от угла места, с остаточной постоянной ошибкой, составляющей около 1 дБ, обусловленной наличием флуктуаций и незначительных сезонных колебаний УЭПР природного объекта. Окончательную радиометрическую калибровку, позволяющую уменьшить остаточную ошибку до 0,3 дБ и учесть возможную нестабильность коэффициента 33 Вестник СибГАУ. № 5(51). 2013 усиления радиотракта, предлагается периодически осуществлять путем съемки активной контрольной станции, обеспечивающей имитацию точечных целей с калиброванной ЭПР. Для повышения точности измерений необходима калибровка коэффициента усиления собственного радиотракта активной контрольной станции с точностью до 0,1 дБ, а также может применяться дополнительная модуляция ретранслированного сигнала для глубокого подавления отклика от подстилающей поверхности [8]. Анализируя вышесказанное, можно сделать следующие выводы. Для успешного проведения летных испытаний требуется специально оборудованный радиолокационный полигон с установленными на нем уголковыми отражателями, имеющими калиброванную ЭПР и проходящими периодическую поверку, и активной контрольной станцией. Для сокращения временных и материальных затрат целесообразно как можно больший объем измерений выполнять при наземных испытаниях радиолокатора, а затем, используя единые методики, провести летные испытания и сравнить полученные результаты с целью уточнения сквозных характеристик космического РСА. Использование метода импульсного отклика и единого системного критерия позволяет проводить наземные и летные испытания по единым методикам. Установлена однозначная взаимосвязь между разрешающей способностью по критерию Рэлея и шириной функции отклика на точечную цель на основе вероятностного метода. Метод дифференциального радиоконтраста и разработанные на его базе методики обеспечивают однозначное определение радиометрических характеристик РСА путем автоматического анализа РЛИ. Предложен способ формирования калиброванных испытательных воздействий для реализации измерений радиометрического разрешения, шумового эквивалента и динамического диапазона по этому методу. Периодическая радиометрическая калибровка РСА с помощью активной контрольной станции обеспечивает повышение качества РСА как измерительного инструмента для исследования свойств снимаемых объектов по их радиометрическим характеристикам.

About the authors

T. A. Lepekhina

Scientific Production Centre “SPURT”

Email: tatonika@inbox.ru
4 1-st Zapadny passage, Zelenograd, Moscow, 124460, Russia

V. I. Nikolaev

Scientific Production Centre “SPURT”

4 1-st Zapadny passage, Zelenograd, Moscow, 124460, Russia

References

Supplementary files