Буняева І В

Національний аерокосмічний університет «ХАІ» вул Чкалова 17, м Харків, 61070, Україна тел: +380577381260, E-mail: common@niiril

АТ «Науково-дослідний інститут радіовимірювань» вул Ак Павлова, 271, м Харків, 61054, Україна тел: +380577381260, E-mail: common@niirikharkovcom

Анотація – Представлена ​​нова концепція побудови розміщується на двох супутниках радіометра для отримання двовимірного зображення поверхні Землі з космосу з високим просторовим дозволом Можливості цього інструменту визначені в термінах кутовий / просторової роздільної здатності та чутливості Представлений ілюстративний приклад Біста-тичного радіометра L – діапазону

I                                       Введення

в останні роки фахівцями активно обговорюються можливості використання методів радіоастрономії [1] для задач дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) з аерокосмічних платформ по її радіотеплового випромінюванню [2-11] При цьому найбільш ефективними виявляються методи обробки радіотеплового випромінювання Землі, що враховують взаємне переміщення радіометричної системи і поверхні Землі [4,5,8,913] Основним елементом систем такого типу є розріджена антенна решітка Для досягнення високої роздільної здатності радіометричних систем з антенними гратами виявляється доцільним розміщення елементів решітки на окремих платформах При цьому знімаються конструктивні обмеження на розміри антенних решіток та роздільну здатність відповідних радіометричних систем [6]

Стосовно до бістатичних радіометричним системам значний інтерес представляє подальший розвиток отриманих в [12, 13] алгоритмів обробки радіотеплових сигналів в радіометричних системах на основі найпростіших двоелементних інтерферометрів в умовах знижених вимог до координатно-тимчасового забезпечення

У доповіді отримані: алгоритм оптимальної обробки сигналів, функція невизначеності і чутливість радіометра з поздовжнім синтезом апертури Можливості системи демонструються на ілюстративних прикладах

II                              Основна частина

Геометрія задачі зображена на рис 1 Для спрощення, без втрати спільності Земля передбачається плоскою Випромінює поверхня S з елементом ZIS = АхЛу паралельна площині XOY

Чотири прийомних антени радіометричної системи розміщені попарно на двох супутниках з висотою орбіти Z = h, що переміщаються з постійною швидкістю V вздовж осі X Антени утворюють одну поперечну (межспутнікових) і дві поздовжні бази Причому поперечна база паралельна площині (хОу), а поздовжні – площині (xOz) і мають кут тангажу а

До виходів антен приєднані ідентичні приймальні пристрої, частотні характеристики яких мають центральну частоту / ЬІ еквівалентну шумову смугу 2F У єдину радіометричну систему обидва супутника обєднуються радіолінією, по якій сигнали, прийняті на одному з них, передаються на інший для спільної обробки

Діаграми спрямованості антен також ідентичні, орієнтовані в надир, а їх ширина така, що забезпечує прийом випромінювання з усієї зони видимості радіометричної системи

Рис1 Гзометрія завдання

Fig 1 The problem geometry

Оптимальна обробка коливань з виходів прийомних каналів полягає [13] в безперервній фокусуванні антеною системи в точку (точки) на поверхні Землі, інтенсивність випромінювання яких підлягає вимірюванню У підсумку за допомогою антеною системи формується двовимірний віяло діаграм спрямованості, що перекриває всю зону видимості системи При цьому накопичення сигналів від кожного елемента дозволу здійснюється протягом часу його перебування в межах ширини діаграми спрямованості одного елемента грати Цей час може на один – два порядки перевищувати час накопичення сигналів в типовому сканирующем радіометрі, що дозволяє при малій сумарної площі антен мати прийнятні значення чутливості Крім того, розширення інтервалу накопичення призводить до появи ефекту синтезу апертури, який в даному випадку проявляється в тому, що апаратна функція радіометричної системи (її реакція на точковий випромінювач) виявляється такою ж, як і у радіометра з суцільною дзеркальною антеною, діаметр якої дорівнює розміром поздовжньої бази Радіометричні системи з поздовжнім синтезом апертури поступаються по чутливості скануючого радіометра з тією ж роздільною здатністю і часом накопичення Однак цей програш є платою за суттєве, на кілька порядків зменшення фізичної площі і ваги антен

Зокрема, розрахунки показують, що для радіометричної системи, що працює в дециметровому діапазоні, виграш в площі антеною системи досягає 150 При цьому чутливість системи (при шумовий температурі системи 200 К) виявляється менш 1 К, а роздільна здатність 35×35 км ^, що задовольняє [2] сучасним вимогам споживачів радіометричної інформації

III                                  Висновок

Визначено потенційні можливості (роздільна здатність і чутливість) Біста-тичні радіометричних систем з синтезом апертури та їх звязок з параметрами систем

Показано, що основна перевага бістатіче-ських радіометрів полягає в тому, що вони забезпечують необхідні просторовий дозвіл і чутливість, використовуючи антенні системи з дуже малою фізичною поверхнею Площа антенних пристроїв складає долі відсотка від площі антени еквівалентного за характеристиками типового радіометра при порівнянній складності апаратури обробки

IV                           Список літератури

[1] Thompson А R, J М Moran and G І / Swenson Jr Inter-ferometry and synthesis in radio astronomy, Krieger Publishing Company, Malabar, Florida, 1994

[2]  Ruf C S, C T Swift et al « Interferometeric synthetic aperture microwave radiometry for the remote sensing of the earth», IEEE Trans GRS, 26, 1998, pp597-611,

[3] Le Vine D М, M Kao et al «Initial results in the development of a synthetic aperture microwave radiometer», IEEE Trans, GRS, 28, 1990, pp614-619

[4] ПіскоржВ S, КірілюкВ М, Верещак A П Радіометричні системи з синтезом апертури для дослідження природних ресурсів Землі з космосу / / Косм1чна наука I технолопя, I, № 2, 1995, с 15-23

[5] Komlyama К «High resolution imaging by super synthesis (SSR) for the passive microwave remote sensing of the earth» Electronic Letters, 27, 1998, pp389-390

[6]  Ivan Bekey «Extremely Large Swarm Array of Picosats for Microwave / RF the Earth Sensing, Radiometry, and Mapping», Progress report Research Sub Award # 0760-003- 029, march, 2005

[7]  Martln-Neira M etal «Integration of MIRAS breadboard and future activities» Proceedings of IGARSS96, 1996

[8]  Edelsohn C etal «RADSAR (RADiometric SAR) experimental results» Proceeding of IGARSS98, 1998

[9]  US Patent No 4,990, 925

[10]          Dong, X L, J Wu, J S Jiang, «The signal analysis and imaging of synthetic aperture radiometer» Proceedings of IGARSS, 98, 1998

[11 ] Le vine D M et al «Passive microwave remote sensing with the synthetic aperture radiometer ESTAR during the southern great plane experiments» Proceeding of IGRASS98, 1998

[12] І B Буняееа, A П Верещак, AA Зеленський Потенційні можливості радіометричних систем дистанційного зондування землі на основі використання угруповання супутників / / Радіотехніка, 2006, вип 144-С 258 -268

[13] І В Буняееа, А П Верещак Радіометр з поздовжнім синтезом апертури для дистанційного зондування Землі / / Радіоелектронні і компютерні системи, 2006, № 1 (13)-С 5-12

LONGITUDINAL SYNTHETIC APERTURE BISTATIC RADIOMETER FOR THE EARTH SURFACE OBSERVATION

I V Bunyaeva National Aeronautical University «KhAi»

17 Chl<aiova Str, Kharl<ov, 61070, Ul<.raine Ph: +380577385260 E-maii: common@niirii<harl<ov com

A                                       P Vereschak Scientific-research institute for Radio Engineering Measurements 271 Ai<. Pavlova Str, Khari<ov, 61054, Ui<.raine Ph: +380577385260 E-maii: common@niirii<harl<ov com

Abstract – This paper presents the new concept of a two- satellite radiometer for 2-D imaging from space The performances of this instrument are evaluated in terms of angular/spatial resolution and radiometric sensitivity The L-band bistatic radiometer illustrative example is presented

I                                        Introduction

The methods of radio astronomy have been applied in solution of the tasks of the Earth remote sensing from Space recently Scientists discuss widely the capabilities of space-based radiometers, on the base of antenna arrays for observation of the surface with high spatial resolution Such radiometers are similar to ground telescopes by their architecture Their antennas have smaller area and weight than dish antennas of typical radiometers, solving similar tasks The next step in increase of the resolution ability is use of tools with very large bases, the elements of which are placed on separate satellites, forming a common grouping, a common big antenna array

The algorithm of processing of signals received by the longitudinal synthetic aperture bistatic radiometer in conditions of lowered requirements to the quality of coordinate-time provision of its elements has been obtained in that paper

II                                       Main Part

The geometry of the task is shown in Fig 1 For simplification, without losing of generality, the Earth is assumed to be flat Radiating surface S with element AS = AxAy is parallel to plane xOy Four antennas placed in pairs on two satellites with the orbit height z = h moving along axis x with constant speed V are in this plane Antennas form one cross track (inter-satellite) and two longitudinal bases Cross track base is parallel with у axis, and longitudinal bases are parallel to plane xOz and it has a pitch angle a

Identical receiving devises are connected to the outputs of antennas Two satellites are integrated in mutual radiometric system by radio line that transmits receiving signals from one satellite to other for theirs joint processing

The accumulation of signals from each element of the resolution is done during the period when the element is within the width of the antenna array element radiation pattern This allows appropriate sensitivity with the small total area of antennas Besides, the increase of accumulation interval results in the aperture synthesis effect The effect consists in that the ambiguity function of the radiometric system (I e its response to the point emitter) occurs to be the same as that of the radiometer featuring the dish antenna, whose diameter is equal to the size of the longitudinal base

III                                      Conclusion

The potential possibilities of longitudinal synthetic aperture bistatic radiometer for the 2-D Earth surface imaging are specified Small antenna area and precision of resolution ability and sensitivity are the main merits of bistatic radiometer

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р