Введение

Техника 2D-картографирования радаров (англ. Inverse synthetic aperture radar, ISAR) – это радиолокационная техника, использующая радиолокационное изображение для создания двухмерного изображения цели с высоким разрешением. Она аналогична обычной радиолокационной синтезированной апертуре (SAR), за исключением того, что технология ISAR использует движение цели, а не излучателя, для создания синтезированной апертуры. Радары ISAR играют важную роль на борту самолетов морского патрулирования, предоставляя им радиолокационные изображения достаточного качества для распознавания целей. В ситуациях, когда другие радары отображают лишь одну неопознаваемую яркую движущуюся точку, изображение ISAR часто позволяет различить различные типы ракет, военные и гражданские самолеты.

Радарное изображение поперечного сечения

Изображения целевой области, полученные с помощью ISAR, могут служить полезным инструментом для определения местоположения рассеивающих участков на цели. Изображения ISAR часто создаются путем вращения цели и обработки результирующих доплеровских характеристик центров рассеяния. Если цель вращается в азимуте с постоянной скоростью на "небольшой" угол, рассеиватели будут сближаться или удаляться от радара со скоростью, зависящей только от поперечного положения – расстояния, перпендикулярного линии визирования радара, с началом в оси вращения цели. Вращение приведет к генерации доплеровских частот, зависящих от поперечного диапазона, которые можно пространственно упорядочить с помощью преобразования Фурье. Для малых углов изображение ISAR является двумерным преобразованием Фурье принятого сигнала как функции частоты и угла обзора цели. Если цель вращается на большие углы, доплеровская характеристика рассеивателя становится нелинейной, следуя траектории синусоиды. Эту доплеровскую характеристику нельзя обработать непосредственно преобразованием Фурье из-за размытости доплеровской частоты, что приводит к потере разрешения по поперечному диапазону. Максимальный угол вращения, который может быть обработан стандартным преобразованием Фурье, определяется ограничением, согласно которому ошибка фазы синтезированной апертуры должна изменяться менее чем на заданную (произвольную) величину, например, 45 градусов. Это происходит, когда синтезированная апертура по отношению к дальности до цели меньше, чем требуется по пределу, где – требуемая боковая протяженность цели. В этой точке синтезированная апертура находится в области ближнего поля цели и требует фокусировки. Фокусировка достигается путем применения фазовой коррекции к синтезированной апертуре.

Приложения

ISAR используется в морском наблюдении для классификации судов и других объектов. В этих приложениях движение объекта под воздействием волн часто играет большую роль, чем вращение объекта. Например, элемент, выступающий далеко за поверхность судна, такой как мачта, будет давать сильный синусоидальный отклик, который отчетливо виден на двухмерном изображении. Иногда изображения создают удивительное сходство с визуальным профилем, и возникает интересный эффект: по мере качки объекта к приемнику или от него, чередующиеся доплеровские сигналы заставляют профиль циклически переходить из прямого в перевернутое положение. Разработка ISAR для морского наблюдения была начата компанией Texas Instruments в сотрудничестве с Научно-исследовательской лабораторией ВМС и стала важной возможностью для самолетов P-3 Orion и S-3B Viking ВМС США. Исследования также проводились с использованием наземного ISAR. Сложность использования этой возможности заключается в том, что движение объекта значительно меньше по величине и обычно менее периодично, чем в морских условиях. Пожалуй, наиболее впечатляющим и научно значимым применением ISAR является получение изображений астероидов в дальнем космосе. Особенно красивым примером является так называемый астероид "собачья кость" 216 Клеопатра, который находится примерно на 20% дальше от Земли, чем от Солнца. Ширина астероида всего около 100 километров в самой широкой части. Тем не менее, изображение четкое и выглядит как оптическое. Это сравнимо с использованием телескопа в Лос-Анджелесе размером с хрусталик человеческого глаза для получения изображения автомобиля в Нью-Йорке. Конечно, секрет в том, что астероид представлен на очень редком фоне, что позволяет существенно уточнить изображение. В феврале 2013 года испанская технологическая компания Indra Sistemas объявила о создании первого пассивного ISAR. Пассивный радар характеризуется отсутствием излучения каких-либо сигналов, то есть он использует сигналы, присутствующие в окружающей среде. В данном случае радар использует сигналы цифрового наземного телевидения в качестве некооперативного источника освещения.