Область использования

Настоящее изобретение относится к области компьютерного диагностирования в реальном масштабе времени. В частности к системам и способам дистанционного обнаружения оружия, взрывчатки и наркотиков, спрятанных под одеждой на теле человека, либо в его багаже, которые основаны на формирование изображений таких объектов, в особенности, в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. Предшествующий уровень техники

В области дистанционного обнаружения маскированных объектов, основанного на формировании изображений объектов, миллиметровое и субмиллиметровое излучение (далее - ММ/СММ) имеет преимущества из- за высокого уровня проницаемости такого излучения через различные ткани одежды, пластиковые, керамические, деревянные материалы и другие непрозрачные в видимом диапазоне среды. Благодаря относительно короткой длине волны ММ/СММ излучения сохраняется также возможность создания систем формирования изображений (СФИ), которые обеспечивают необходимое пространственное разрешение в получаемых такими системами изображениях. Такие СФИ могут очень эффективно использоваться в различных местах массового скопления людей и/или повышенного государственного значения (аэропорты, суды, банки, места появления государственных деятелей высокого ранга и т.д.) с целью своевременного и скрытого дистанционного обнаружения спрятанных оружия, наркотиков, контрабанды и взрывчатки в том числе в условиях быстроизменяющейся обстановки.

Известные и широко используемые в настоящее время способы (детектирования) обнаружения оружия и контрабанды, проносимых людьми через выходы и входы зон безопасности, основаны на использовании систем, чувствительных к индукционным изменениям в области досмотра. Большинство этих способов ограничены бинарным

(«дa»/«нeт») характером обнаружения присутствия металлических предметов без возможности выявления каких-либо их характерных деталей, отличительных свойствах или даже информации о месте расположения таких предметов. Такие системы не могут быть использованы для скрытного, эффективного и проводимого в реальном масштабе времени обнаружения с низким уровнем ложного срабатывания. Достаточная доступность пластикового и керамического оружия делает такие традиционные системы обнаружения неработоспособными. Для того, чтобы надежно визуализировать и идентифицировать оружие этого нового класса, а также обычного оружия но с высоким уровнем надежности, скрытности и низким уровнем ложного срабатывания в автоматическом режиме, мин, а также обнаружение и идентификации наркотиков и взрывчатки, требуются принципиально новые способы и технические системы Использование ММ/СММСФИ для любых объектов, отражающих или испускающих ММ/СММ излучение позволяет решить эту проблему. Это становится возможным благодаря тому факту, что ММ/СММ излучение проникает через одежду с очень малым ослаблением, причем без влияния на человеческое здоровье, в отличие от рентгеновского и СВЧ излучения. Характеристики отражения и поглощения для ММ/СММ излучения для человеческой кожи существенно отличаются от таких же характеристик для пластикового и керамического оружия и наркотиков, так же как и от подавляющего числа материалов, используемых для производства оружия и взрывчатки.. Это позволяет формировать контрастные изображения объектов, сделанных из таких материалов, которые спрятаны на теле человека под одеждой. Благодаря прозрачности для ММ/СММ излучения большинства материалов, из которых производится различные сумки, чемоданы и т.д., такие объекты также могут быть контрастно наблюдаемы и в багаже.

Известно, что пассивные радиометрические ММ/СММ СФИ оказываются крайне неэффективными в закрытых помещениях, где собственно и производится в большинстве случаев дистанционный

досмотр. Эта неэффективность обусловлена отсутствием контраста в освещении объектов внутри помещения по сравнению с открытым пространствами, где объект освещается «xoлoдным» небом, яркостная температура которого около T=70 К и «тeплoй» поверхностью Земли T=300K . На открытых пространствах радиояркостный контраст на объекте может превышать 200 К, в то время как внутри помещения такой контраст не превышает в лучшем случае 5-7 К. Поскольку современные быстродействующие радиометрические камеры имеют чувствительность около IK, то радиометрические изображения для любых практически реальных систем имеют низкое визуальное качество благодаря высокому уровню шумов и соответственно низкому контрасту.

Реализовать потенциальные возможности активных ММ/СММ СФИ, возможно только при определенных условиях, накладываемых, главным образом, на параметры излучения, зондирующего наблюдаемый объект. В первую очередь это относится к формированию освещения с низким уровнем когерентности излучения в зоне досмотра. Несоблюдение этого условия приводит к получению посредством таких ММ/СММ СФИ изображений с высоким уровнем когерентных шумов и, соответственно, низким визуальным качеством и информационным содержанием. Известна система формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн, содержащая по крайней мере один составной источник излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, предназначенного для освещения поля зрения указанной системы формирования изображений и выполненный в виде пространственно-распределенног� � набора отдельных независимых точечных источников излучения , несущая частота излучения каждого из которых отличается от несущей частоты излучения любого другого источника излучения из указанного набора на небольшую величину, не превышающую величину допустимого производственного отклонения фиксированной несущей частоты для различных узкополосных однотипных источников излучения, изготовленных в одинаковых

производственных условиях, элемент для фокусирования излучения, отраженного от объектов наблюдения, расположенных в указанном поле зрения, на приемном устройстве, выполненного с функцией независимого приема указанного сфокусированного излучения, падающего из различных пространственных частей указанного поля зрения и преобразования его в соответствующий матричный набор электрических сигналов, выходы которого связаны с устройством, предназначенного для формирования изображения поля зрения из указанного матричного набора электрических сигналов и отображения этого изображения на дисплее, причем каждый элемент изображения сформирован соответствующим электрическим сигналом из указанного матричного набора, при этом каждому электрическому сигналу соответствует излучение, отраженное от тех частей наблюдаемых объектов, которые расположенных в одной из указанных частей поля зрения и разные электрические сигналы соответствуют разным частям этого поля зрения (US патент N° 5227800, GOlS 13/89, опубл. 13.07.1993).

Указанный источник информации принят в качестве прототипа для заявляемых устройств.

Из этого же источника информации известен способ формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн, заключающийся в формировании излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, состоящего из отдельных парциальных отличающихся друг от друга по физическим параметрам излучений, направлении сформированных излучений в сторону объекта наблюдения, приеме через фокусирующий элемент рассеянного из зоны нахождения объекта наблюдения излучения, преобразовании принятого излучения в электрические сигналы и формировании по данным электрическим сигналам визуально воспринимаемого изображения объекта наблюдения. Указанный источник информации также принят в качестве прототипа для заявляемых объектов.

Этот способ активного формирования изображений и соответствующая активная ММ/СММ СФИ основаны на оригинальном способе формирования пространственно некогерентного квазимонохроматического излучения в зоне досмотра, совпадающим с полем зрением СФИ. Особенностью способа и системы формирования изображения при детектировании объекта является использование в качестве освещающего прибора пространственно распределенной решетки (матрицы) точечных источников ММ/СММ излучения. Точечные источники решетки являются источниками квазимонохроматического излучения с слегка различными центральными частотами излучаемого излучения (частотное распределение не больше, чем стандартные допуски для источников промышленного изготовления). Решетки предназначены для освещения объекта излучением с уменьшенной пространственной когерентностью. Изображение объекта проецируется на многоэлементную приемную матрицу (МПМ) посредством фокусирующей линзы. Совокупность электрических сигналов генерируется МПМ и обрабатывается (смешивается, усиливается, фильтруется и т.д.) электронными средствами так, чтобы сформировать изображение объекта и визуализировать его на экране соответствующего дисплея. Существенным недостатком такой системы является тот факт, что в миллиметровом диапазоне волн невозможно получить качественное изображение путем простого разрушения пространственной когерентности почти монохроматического излучения в поле зрения СФИ , как это осуществляется в оптических системах. Это имеет место благодаря почти зеркальному отражению излучения миллиметрового диапазона практически от всех объектов, представляющих интерес для дистанционного обнаружения, в отличие от диффузного характера отражения излучения оптического диапазона от практических любых предметов (кроме ограниченного числа объектов зеркального типа). В ММ/СММ диапазоне волн во входной зрачок фокусирующего элемента СФИ преимущественно попадают только то небольшое число

компонент излучения из всего широкого углового спектра компонент пространственно-некогерентного освещающего объект излучения, которые удовлетворяют условию зеркального отражения. Поэтому пространственная когерентность излучения, которое преимущественно фокусируется на приемной матрице и участвует в формировании изображения, обладает достаточно высокой когерентностью, даже в том случае, когда излучение, освещающее объект, характеризуется предельно низкой пространственной когерентностью. Благодаря этому формируемые изображения характеризуются высоким уровнем когерентных шумов (спеклов) и подвержены влиянию зеркальных бликов, разрушающих качество получаемых изображений.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение указанных выше проблем, согласно которому конечное (результатное) изображение СФИ получается как результат анализа и синтеза достаточного числа парциальных изображений наблюдаемого объекта, получаемых независимо друг от друга и каждое их которых характеризуется независимым (и отличным друг от друга) набором параметров излучения. К таким физическим параметрам относятся несущая частота излучения освещения, его поляризационное состояние, угол падения и т.д. Анализ и синтез таких изображений (под синтезом может пониматься, например, взвешенное накопление парциальных изображений) выполняется посредством аналоговых или цифровых электронных (электронно- оптических) средств или их комбинаций. Такой расширенный набор парциальных изображений для различных комбинаций физических параметров допускает намного лучший анализ объектов и помех в конечном изображении, поскольку он допускает независимый доступ к таким компонентам. Имея доступ к парциальным компонентам изображений можно, например, оптимизировать по выбранному критерию взвешенную комбинацию таких компонент (например минимизировать уровень (помеховых) компонент,

разрушающих визуальное качество конечного изображения и снижающих его информационное содержание. В конечном счете открываются уникальные возможности по выявлению отличительных особенностей наблюдаемых объектов и значительному увеличению вероятности их правильного распознавания.

Достигаемый при этом технический результат заключается в обнаружении маскированных объектов на теле человека или в его багаже независимо от материала, из которого этот объект изготовлен, на основе формировании его изображений с улучшенным визуальным качеством информационным содержанием .

Указанный технический результат для устройства достигается тем, что устройство дистанционного обнаружения оружия и взрывчатки, спрятанных под одеждой людей, содержащая по крайней мере один источник излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, выполненный в виде набора отдельных независимых элементов излучения, физические параметры излучения каждого из которых выполнены отличными от физических параметров излучения других элементов излучения, элемент для фокусирования излучения, отраженного от объекта наблюдения, в направлении приемного устройства, выполненного с функцией независимого приема излучения, падающего из соответствующих комплементарных частей области нахождения объекта наблюдения и преобразования его в матричный набор соответствующих электрических сигналов, выходы которого связаны с процессором для формирования изображения объекта наблюдения и зоны его нахождения и отображения этого изображения на дисплее, причем каждый элемент изображения сформирован соответствующим электрическим сигналом из этого матричного набора, которому соответствует пространственно определенная часть объекта наблюдения и окружающей зоны его нахождения, снабжена диффузором, расположенным на расстоянии от источника излучения для приема излучения и рассеяния его в сторону области наблюдения, каждый отдельный независимый элемент излучения

источника излучения выполнен с возможностью кодирования излучения за счет модуляции последнего, отличной от модуляции других отдельных независимых элементов излучения, диффузор выполнен активным с возможностью реализации функции уменьшения пространственной когерентности падающего излучения и/или с возможностью реализации функции рассеяния падающего излучения пространственно различными частями диффузора с дополнительным кодированием излучения посредством модуляции рассеивающих свойств указанных частей диффузора, приемное устройство выполнено с возможностью независимого приема каждой кодированной составляющей излучения, падающей из области нахождения объекта наблюдения, и преобразования каждого электрического сигнала из матричного набора в набор электрических сигналов, причем каждый электрический сигнал из набора электрических сигналов соответствует отдельной кодированной составляющей излучения, процессорный блок выполнен с функциями независимого приема отдельных электрических сигналов, преобразования каждого матричного набора электрических сигналов, полученных из электрических сигналов с одинаковым кодированием, в соответствующее ему отдельное парциальное изображение, и формирования результатного изображения объекта наблюдения и области его нахождения путем объединения отдельных парциальных изображений или их фрагментов.

Указанный результат для способа достигается тем, что в способе дистанционного обнаружения оружия и взрывчатки, спрятанных под одеждой людей, заключающемся в формировании излучения в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне волн, состоящего из отдельных парциальных отличающихся друг от друга по физическим параметрам излучений, направлении сформированных излучений в сторону объекта наблюдения, приеме через фокусирующей элемент рассеянного от объекта наблюдения излучения, преобразовании принятого излучения в электрические сигналы и формировании по данным электрическим сигналам визуально воспринимаемого изображения

объекта наблюдения, каждое отдельное парциальное излучение дополнительно кодируют путем его модуляции, отличной по параметрам от модуляции других парциальных излучений, направляют парциальные излучения на диффузор для уменьшения их пространственной когерентности и/или рассеяния их различными пространственными частями диффузора для создания дополнительных парциальных излучений с дополнительным модулированием, соответствующим углу падения на объект наблюдения, после отражения излучения от объекта наблюдения осуществляют фокусирование этого излучения и передачу его на приемное устройство, которое осуществляет прием этого излучения независимо из каждой части наблюдаемого пространства в зоне нахождения объекта наблюдения и перевод набора излучений в соответствующий матричный набор электрических сигналов, осуществляют декодирование парциальных электрических сигналов, соответствующих указанным парциальным излучениям, из каждого из указанных электрических сигналов указанного матричного набора формируют парциальные изображения из матричных наборов различных парциальных электрических сигналов, а затем осуществляют объединение парциальных изображений или их фрагментов для формирования визуально воспринимаемого результатного изображения объекта.

Указанные признаки для каждого из объектов являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности признаков для каждого из объектов.

Краткое описание чертежей Настоящее изобретение иллюстрируется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенными совокупностями существенных признаков требуемого результата.

На фиг. 1 - обобщенная структурная схема одной из возможных реализаций активной системы формирования синтезированных изображений;

фиг. 2 - структурная схема системы формирования синтезированных изображений; фиг. 3 - точечно-подобный источник излучения в волноводной реализации; фиг. 4 - устройство частотного преобразования и обработки сигнала; фиг. 5 - первое парциальное изображение, характеризуемое первым положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 6 — второе парциальное изображение, характеризуемое вторым положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 7 - третье парциальное изображение, характеризуемое третьим положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 8 - четвертое парциальное изображение, характеризуемое четвертым положением точечно-подобного источника излучения относительно зоны наблюдения; фиг. 9 - показаны кривые таких парциальных изображений

(одинаковые сечения изображений), физические параметры излучений которых практически близки (например частоты практически одинаковы

(в случае изменения частоты излучения как параметра), или углы подсвета практически одинаковы; фиг. 10 - показаны парциальные изображения, физические параметры которых (указанный угол падения компонент на объект) отличны друг от Друга на величину, при которой эти изображения для наблюдаемого объекта становятся статистически различимыми; фиг. 11 - показаны парциальные изображения, физические параметры которых (указанный угол падения компонент на объект) отличны друг от друга на величину, при которой эти изображения для наблюдаемого объекта становятся статистически различимыми, однако средняя энергия

изображений различны в силу различий в «диффyзнoм» и « зepкaльнoм» отражений от объекта соответствующих компонент излучения; фиг. 12 — представлен первый вид результатов численного моделирования объекта (по форме напоминающего пистолет), имеющего внешнее сходство формы и характерных размеров деталей с типичными формами и деталями для таких объектов; фиг. 13 - представлен второй вид результатов численного моделирования объекта (по форме напоминающего пистолет), имеющего внешнее сходство формы и характерных размеров деталей с типичными формами и деталями для таких объектов; фиг. 14 - изображена шкала градаций для уровня сигнала в соответствующих элементах изображений, показанных на фиг.12- 13; фиг. 15 - показана структурная схема системы формирования изображений с использованием несканируемого многоэлементного пространтственно-распределенно� �о источника излучения и несканируемого многоэлементного приемного устройства; фиг. 16 - детализированная схема адаптивной ММ/СММ системы формирования изображений, основанная на использовании многоэлементного пространственно-распределенног� � источника излучения и многоэлементного приемного устройства; фиг. 17 - функциональная схема генератора двух взаимно- когерентных сигналов, состоящего из парных генераторов со стабилизированной частотой их разностного сигнала; фиг. 18 - устройство для приема многокомпонентного излучения, усиления, декодирования и последующей обработки разностных сигналов первого типа фиг. 19 - устройство для приема многокомпонентного излучения, усиления, декодирования и последующей обработки разностных сигналов первого типа

фиг. 20 - устройство для приема многокомпонентного излучения, усиления, декодирования и последующей обработки разностных сигналов первого типа; фиг. 21 - первый пример реализация генератора взаимно когерентных сигналов генератора BKC с числом генерируемых сигналов большим двух и с различным значением разностных частот; фиг. 22 - представлены фазорные диаграммы компонент излучения; фиг. 23 - схема системы формирования изображений, иллюстрирующая механизм формирования сильных «зepкaльныx» и слабых «диффyзныx» сигнальных составляющих в принятом сигнале; фиг. 25 - представлена схема МПР источника излучения; фиг. 26 - представлен спектр одной из боковых составляющих результирующего излучения в зоне наблюдения; фиг. 27 - показана тонкая структура спектра сигнала, полученного одним из приемных элементов приемной матрицы при формировании изображения объекта; фиг. 28 - показана тонкая структура спектра сигнала фиг.27 после уменьшения уровня зеркальных составляющих спектра. фиг. 29- графическое отображение особенностей распределение спектральных линий декодированных сигналов, соответствующих тонкой структуре спектра фиг. 27, в виде двумерной матрицы- диаграммы. фиг. 30 - графическое отображение особенностей распределение спектральных линий декодированных сигналов, соответствующих тонкой структуре спектра фиг. 28, в виде двумерной матрицы-диаграммы. фиг.Зl- иллюстрация особенностей радиометрического и многокомпонентного формирования изображений. фиг. 32 - иллюстрация положения объекта на человеке, с указанием стрелками возможных отражений формирующих различные парциальные изображения; фиг. 33 - иллюстрация процесса формирования результатного синтезированного изображения из набора парциальных изображений, из

которого исключаются шумоподобные мешающие парциальные изображения; фиг. 34 — второй пример реализация генератора взаимно когерентных сигналов генератора BKC с числом генерируемых сигналов большим двух и с различным значением разностных частот; фиг. 35 - пример реализации генератора взаимно когерентных сигналов, составные генераторы которых имеют существенно различные частоты; фиг. 36 - обобщенная схема приемного канала входного узла приемного устройства; фиг. 37 - представлен стандартный входной тракт супергетеродинного приемника, первая схема входного узла приемного устройства; фиг. 38 - вторая схема входного узла приемной устройства; фиг. 39 - третья схема входного узла приемной устройства; фиг. 40 - четвертая схема входного узла приемной устройства.

Лучшие варианты осуществления изобретения На фиг.l. показана обобщенная структурная схема одной из возможных реализаций активной системы формирования синтезированных изображений.

В этой реализации активная система формирования синтезированных изображений может состоять из:

1) Пространственно-распределенног� � (ПР) источника 1 многокомпонентного излучения миллиметрового и/или субмиллиметрового диапазонов волн, каждая компонента 2, 3, 4, 5 которого характеризуется различным набором величин физических параметров, при этом такие компоненты могут быть либо отличительно кодированы (например отличительно модулированы) , либо излучаются в различные моменты времени.

ПР источник 1 предназначен для освещения многокомпонентным излучением зоны наблюдения 6 и находящихся в них человека 7 и спрятанного на его теле объекта 8 под одеждой 9;

2) Фокусирующего элемента 10 (например, линзы), предназначенного для фокусирования отраженного в зоне наблюдения 6 излучения, представляющего собой совокупность отраженных компонент излучения 11,12,13,14, в плоскости резкого изображения 15;

3) Приемного устройства 16, выполненного с функцией приема многокомпонентного излучения в различных пространственных точках поверхности (в частности плоскости) резкого изображения (ПРИз), преобразования излучения, принятого в каждой из указанных точках ПРИз в соответствующий первичный электрический сигнал, преобразования каждого первичного сигнала в соответствующий набор отдельных вторичных электрических сигналов, соответствующим указанным кодированным (например, модулированным) компонентам излучения, излученным указанным ПР источником в одни и те же промежутки времени, и/или компонентам, излученным в различные промежутки времени, и входящие в состав принятого в данной точке ПРИз многокомпонентного излучения с использованием процедур декодирования (например посредством демодуляции) кодированных (модулированных) вторичных электрических сигналов и/или процедур временного разделения для соответствующих вторичных электрических сигналов с временным уплотнением,

4) Первой поляризационной решеткой 17, расположенной между линзой 10 и плоскостью резкого изображения 15, которая может вращаться вокруг оптической оси 18, для пропускания на приемной устройство 16 линейно-поляризационных компонент излучения с определенным выбираемом направлением поляризации, посредством механически связанного с первой поляризационной решеткой 17 узла вращения 19, управляемого внешними контролирующими сигналами,

5) Второй поляризационной решеткой 20, расположенной между ПР источником излучения 1 и зоной наблюдения 6, которая снабжена функцией вращения вокруг оси, проведенной через центр ПР источника 1 и центр зоны наблюдения 6 , посредством механически связанного с ней узла вращения 21, под управлением внешними контролирующими сигналами, для пропускания в зону наблюдения 6 линейно- поляризационных компонент излучения, с определенным выбираемом направлением поляризации,

6) процессорного устройства 22, связанного с приемным устройством 16 , ПР источником излучения 1, узлом вращения 19 и узлом вращения 21 и предназначено, в том числе, для управления работой приемного устройства 16 , ПР источника излучения 1 и узлов вращения 19,21. Процессорное устройство выполнено с функцией приема вторичных сигналов и определения посредством их обработки интенсивности излучения каждой из соответствующих компонент излучения, принятых приемным устройством 16 в соответствующих точках ПРИз 15, а также формирования многочисленных парциальных изображений, величины значений элементов (отсчетов) которых соответствует интенсивностям тех компонент излучения, которые приняты в различных точках плоскости резкого изображения (ПРИз) приемным устройством 16 , и физические параметры которых либо практически одинаковы, либо лежат в определенных диапазонах, либо выбираются исходя из одного и того же критерия выбора. При этом для формирования каждого элемента парциального изображения используется только одна компонента из компонент излучения принятых приемным устройством в соответствующей данному элементу пространственной точки плоскости резкого изображения. Процессорное устройство 22 предназначено также для выполнения функции синтеза высококачественного изображения, в том числе путем взвешенного суммирования парциальных изображений или их ограниченных фрагментов. В такие фрагменты может входить

небольшое число элементов (отсчетов) изображений, вплоть до одного элемента.

При этом доля значения величины элемента каждого из парциальных изображений, используемой для формирования значения величины соответствующего элемента синтезированного изображения, определяется в соответствии с алгоритмом достижения наилучшего качества синтезированного изображения и зависит от параметров компоненты излучения, ответственной за формирование данного парциального изображения и характеристик отражения этого компоненты тем участком поверхности объекта, который изображается данным пикселем, а также характеристиками соседних с ним участков поверхности.

Процессорное устройство 22 может также выполнять функцию автоматического распознавания изображений и идентификацию по этому изображению маскированного объекта 8. 7) Отображающего устройства 23 предназначено для визуализации полученных изображений посредством высвечивания их на экране дисплея отображающего устройства 23, которое связано с процессорным устройством 22.

Процессорное устройство может выполнять управление положением поляризационных решеток 17, 20 посредством подачи соответствующих контролирующих сигналов на их узлы управления 19,21 , что позволяет формировать поляризационно-зависимые ( в частности образованные как ко-, так и кросс- поляризационными компонентами излучения) парциальные изображения Под кодированием различных компонент излучения здесь и далее будут пониматься процедуры отличительного маркирования указанных компонент излучения или, другими словами, наделение каждой компоненты (или нескольким практически одинаковым по физическим параметрам компонентам) отличительным признаком. Такое кодирование осуществляется в многокомпонентном ПР источнике излучения. Процедуры кодирования компонент излучения могут основываться на

отличительном модулировании (амплитудном модулировании, частотном модулировании, фазовом модулировании и т.д.) различных компонент излучения отличными друг от друга модулирующими сигналами или, например, на формировании излучения, отличительные компоненты излучения которого являются дублетными компонентами излучения, спектральные линии каждого из дублета (эти две спектральные линии по своим физическим свойствам могут отвечать практически эквивалентным излучениям) отличаются друг от друга по несущей частоте на величину, которая различна для различных дублетов. (Компоненты могут быть таюке мультиплетными, а их спектральные линии, в том числе, отвечать различным физическим параметрам, например, различным поляризационным состояниям). Под кодированием могут пониматься и другие процедуры наделения отличительным признаком различных компонент излучения. В этом случае в приемном устройстве, из первичных электрических сигналов сформированных приемным устройством из принятого в различных точках ПРИз 15 сфокусированного излучения, могут быть выделены, посредством соответствующих декодирующих устройств (например, демодулирующих устройств) многочисленные вторичные электрические сигналы, каждый из которых соответствует только одной их кодированных (например, модулированных) компонент. При этом процедуры кодирования (например, модулирования) компонент излучения и декодирования (например, демодулирования) соответствующих им электрических сигналов должны осуществляться таким образом, чтобы по каждому образованному вторичному сигналу могла быть измерена интенсивность каждой из соответствующей сфокусированной компоненты излучения, принимаемой приемным устройством в указанных пространственных точках ПРИз 15.

Процессорное устройство выполнено с функцией приема всех вторичных сигналов для всех указанных наборов и определения, посредством их обработки, интенсивности излучения каждой

соответствующей компоненты излучения, из совокупности компонент, принятых приемным устройством 16 в соответствующих точках ПРИз 15 и формирование многочисленных парциальных изображений, причем значению какого-либо элемента каждого парциального изображения присваивается величина интенсивности только одного из вторичных сигналов, и из того набора вторичных сигналов, который соответствует излучению, принятой в определенной пространственной точке в ПРИз 15. Положение точки ПРИз относительно других точек приема излучения ПУ16 в ПРИз соответствует положению соответствующего элемента (отсчета) парциального изображения относительно его других элементов (отсчетов). Каждый вторичный сигнал из всех наборов вторичных сигналов участвует в формирование только одного элемента изображения (отсчета) для всех из формируемых парциальных изображений. Если для формирования какого-либо парциального изображения по каким-либо причинам недостаточно полученных вторичных сигналов, тогда соответствующим элементам присваиваться какое-либо определенное значение (например, равное нулю). Выбор вторичных сигналов для формирования каждого из парциальных изображений осуществляется по заранее выбранному критерию выбора. Преимущественно каждое парциальные изображения формируются из вторичных сигналов, образованных из одной и той же компоненты излучения, но принятой ПУ 16, соответственно, в различных пространственных точках ПРИз 15 (если используется многоэлементное приемное устройство) или различным компонентам излучения (излученным в различные моменты времени, что связано со сканирующим принципом приема используемого ПУ16), но с одинаковыми физическими параметрами или различным компонентам излучения с близкими по значению физическим параметрами (если некоторые физические параметры компонент излучения ПР источника 1 также сканируются во времени) и т.д.. Далее процессорное устройство 22 выполняет синтезирование качественного изображения зоны наблюдения 6 и находящихся в них

объектов, например, человека 7 и спрятанного под одеждой 9 объекта 8 из полученных парциальных изображений. Предварительно каждое из парциальных изображений может быть подвергнуто одной из традиционных процедур анализа изображений (например выявлению элементов изображения, соответствующих участков поверхности объекта 8, зеркально отразивших данную компоненту излучения, поэтому величина ее интенсивности в каких элементах соответствующего парциального изображения слишком велика в сравнении с соответствующими элементами других парциальных изображений) и процедур обработки парциальных изображений (например, процедурам пространственной фильтрации и/или уменьшения или удаления (замены заведомо малой величиной) значений элементов, соответствующим зеркально отраженным компонентам излyчeния)c целью улучшения их качества. (В ряде случаев традиционные процедуры обработки парциальных изображений могут также вообще не использоваться.) После этого инициируется процедура формирования синтеза результатного изображения с использованием полученного набора парциальных изображений. Указанные парциальные изображения используются в процедуре синтеза результатного (комбинированного) изображения, при этом в процедуре синтеза могут использоваться как все образованные парциальные изображений так, может быть, только часть этих изображений, или только фрагментов части или всех изображений (причем фрагменты могут состоять из любого числа элементов парциальных изображений, в том числе и из только одного элемента). В дальнейшем указанные выше процедуры синтеза изображений будем называть процедурами комбинирования парциальных изображений или называть также процедурами объединения парциальных изображений. К процедурами такого синтеза могут считаться процедуры взвешенного суммирования парциальных изображений, причем значения величины каждого элемента синтезированного изображения равно взвешенной сумме значений тех элементов парциальных изображений (взятых по

одному из каждого парциального изображения) положение которых соответствует положению указанного элемента синтезированного изображения. Коэффициенты взвешивания значений величин соответствующих элементов различных парциальных изображений, формирующих значение одного и того же элемента синтезированного изображения могут быть разными, и это может иметь место для любого элемента синтезированного изображения. Как указывалось ранее, любые взвешенные коэффициенты выбираются из условия получения наилучшего качества синтезированного изображения и в соответствии с выбранном алгоритмом достижения требуемого качества синтезированного излучения.

Для упрощения изложения принципов формирования и синтезирования изображений рассмотрим простейшую реализация такой системы формирования изображения. Структурная схема простейшей по исполнению (но не по функциональным возможностям) системы формирования синтезированных изображений представлена на фиг. 2. Система состоит из сканирующего пространственно-распределенног� � (СПР) источника 24, фокусирующего элемента (линзы) 10, поляризационной решетки 17 и связанным с ней узлом вращения 19, сканирующего приемного устройства 25, отображающего устройства 23 и процессорного устройства 22. Процессорное устройство 22 электрически связано с отображающим устройством 23, со сканирующим пространственно-распределенным источником 24 через блок управления СПР источником 26 и со сканирующим приемным устройством 25 через блок управления приемным сканирующим устройством 27.

СПР источник излучения 24 в простейшей реализации состоит из:

1) Одного (единственного) точечно-подобного (ТП) источника излучения 28, освещающего зону наблюдения 6;

2) Сканирующего устройство источника излучения 29, осуществляющего пространственные перемещения указанного ТП источника 28 вдоль траектории сканирования 30, обеспечивая тем самым

последовательное во времени освещение зоны наблюдения 6 излучением с различными углами его падения в зону наблюдения 6 (в силу изменения пространственного положения ТП источника 28 относительно зона наблюдения 28 во время его механического перемещения). При сканировании ТП источника излучения 28 по сути выполняется синтезирование апертуры СПР источника излучения 24, которая определяется размерами поверхности 31 (в простейшем случае плоскости) сканирования (в которой расположена указанная траектория сканирования 30 ТП источника 28), из пространственных точек которой, подобных точкам 32,33, зона наблюдения 6 последовательно освещается в течение всего цикла сканирования.

Описанный выше пространственно-распределенный (ПР) источник 24 в дальнейшем будет называться либо как сканирующий ПР (СПР) источник излучения, либо как ПР источник излучения с синтезированной апертурой.

В общем случае ТП источник 28 состоит из блока 34 генерации, контроля и кодирования излучения (блок ГККИ), которое излучается в свободное пространство посредством соединенной с блоком 34 ГККИ передающей антенны 35. ТП источник 28 может быть также установлен в держателе 36, перемещающим вместе с установленным на нем ТП источником 28 вдоль описанной выше траектории 30 описанным выше образом, который дополнительно снабжен электронно-контролируемым поворотным устройством 37 , способном вращать ТП источник 28 излучения вокруг оси, совпадающей с направлением наибольшего усиления антенны 35. ТП источник может также дополнительно снабжен поляризационной решеткой 38, механически укрепленной на держателе 36, пропускающей сквозь себя в сторону зоны наблюдения только линейно-поляризованное излучение. Указанные электронно-управляемый держатель 36 и поляризационная решетка 38 обеспечивают возможность освещения зоны досмотра линейно-поляризованным излучением с контролируемым

положением плоскости поляризации, изменяемым последовательно во времени.

Точечно-подобный (ТП) источник 28 излучения в простейшей волноводной реализации (фиг. 3) состоит из последовательно- соединенных друг с другом источника излучения MM или CMM диапазона 39, имеющий вход для управляющих сигналов 40 (например, для изменения частоты его излучения), вентиля 41, электронно- управляемого аттенюатора 42, имеющий вход для управляющих сигналов 43, р-i-п модулятора 44, имеющий вход для модулирующих сигналов 45, и передающей антенны 35. Последовательно-соединенный генератор 39 излучения MM или CMM диапазона, вентиль 41, электронно-управляемого аттенюатор 42, р-i-п модулятор 44 образуют блок 34 генерации, формирования и кодирования излучения (блок ГККИ).

В качестве источника MM или CMM диапазона 39 могут быть использованы генераторы любого типа (с использованием диода Ганна, ЛПД генераторы, генераторы «шyмa» любого типа, характеризуемые широкими «шyмoвыми» спектральными полосами генерируемого излучения (от 50 МГц до 40 ГГц и выше) и т.д.) при условии, что приемное устройство СПУ 25 разработано с возможностью оптимального приема излучения используемого источника излучения 39.

Конструкция сканируемого ITP источника излучения может быть усложнена и функционально улучшена, если в качестве источника 39 ТП источника 28 используется лампа обратной волны (ЛОВ) или любой другой генератор излучения, обеспечивающий электронно-управляемое изменение частоты его излучения посредством процессорного блока 22.

Диаграмма направленности передающей антенны 35 выбирается достаточно широкой и симметричной, чтобы обеспечить освещение любой точки зоны наблюдения 6 с одинаковым уровнем интенсивности излучения при любом пространственном положении сканируемого ТП источника 28 излучения. Если используется антенна с узкой симметричной диаграммой направленности, то описанный выше

держатель 36 может быть дополнительно снабжен также двухкоординатным поворотным устройством 46, обеспечивающим нацеливание максимума диаграммы направленности передающей антенны 35 в одну и ту же точку зоны наблюдения 6 при любом пространственном положении ТП источника 28 излучения.

Сканирующее приемное устройство 25 в простейшей реализации состоит из:

1) Одноэлементного приемника (ОПр) 47 (фиг.2) состоящего, в свою очередь, из приемного элемента 48 и сопряженного с ним блока 49 усиления, частотного преобразования и обработки сигнала (УЧПОС), принятого приемным элементом 47;

2) Сканирующего устройства приемника 50, обеспечивающего механическое сканирование одноэлементного приемника 47 в плоскости резкого изображения фокусирующего элемента 10 по соответствующей траектории сканирования 51, лежащей в поверхности (например, в плоскости) сканирования 52.

Указанное сканирующее устройство приемника 50 может также быть разработано с возможностью сканирования ОПр 47 по любой, в том числе и сложной поверхности сканирования 52, повторяющей форму поверхности резкого изображения, чтобы обеспечить оптимальный прием излучения сфокусированного неплоского изображения приемным элементом 48 даже в случае использования линзы 10 с недостаточной коррекцией ее аберрационных искажений.

В качестве приемного элемента 48 может быть использована любая антенна, в том . числе рупорная. Антенна выполняет функцию приема излучения, попавшего в его входную апертуру (пространственные размеры которой значительно меньше размеров синтезируемой апертуры СПР источника 24) и преобразование принятого излучения в соответствующий электрический сигнал. В качестве блока УЧПОС 49, принимающего указанный электрический сигнал, может быть использована любая совокупность радиотехнических устройств, обеспечивающих появление на

выходе этого блока сигнала, либо амплитуда которого пропорционального интенсивности принятого антенной излучения, либо эта интенсивности может быть определена по такому сигналу после его оцифровывания и подачи в цифровой процессор либо любым другим способом.

Например, в блоке УЧПОС 49 (фиг.4) может быть использовано устройство прямого усиления и детектирования сигнала, в котором входной сигнал, поступающий в блок 49 УЧПОС с выхода антенны 48 усиливается по высокой частоте усилительным блоком прямого усиления 53 , состоящим из фильтра 54 и усилителя прямого усиления УВЧ 55 до достаточно высокого уровня (с коэффициентом усиления 50 дБ и выше) без какого-либо частотного преобразования этого сигнала и затем подается на вход амплитудного детектора 56 (который функционально, в общем случае, эквивалентен инерционному нелинейному элементу) состоящему из нелинейного диода 57 , являющимся в этой схеме выпрямляющим, и фильтра низкой частоты 58 , на выходе которого 59 появляется только низкочастотная (или постоянная во времени) огибающая усиленного сигнала, амплитуда которого прямо- пропорциональна интенсивности принятого антенной излучения (или, другими словами, мощности излучения, усредненной во времени в результате прохождения фильтра низкой частоты 58). Если излучение ТП источника ТП модулируется (например, посредством подачи прямоугольных импульсов определенной частоты следования на вход 45 модулятора 44), то указанная огибающая оказывается модулированной такими импульсами. Чтобы получить значение величины пропорциональной амплитуде выходного модулированного сигнала может быть использован синхронный детектор 60, вход которого связан с выходом фильтра низкой частоты 59, при этом на вход синхронизации 61 (опорный вход) синхронного детектора 60 должен подаваться сигнал, содержащий те же, указанные выше, модулирующие прямоугольные импульсы, быть может с некоторой фазовой задержкой для получения

максимального сигнала на выходе 62 синхронного детектора 60. Выходной сигнал далее может быть оцифрован аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) и загружен в память процессорного устройства для дальнейшей обработки. В качестве процессорного блока 22 и блока отображения 23 может быть применен персональный компьютер со встроенными функциональными платами, обеспечивающими цифровое управление источником излучения 24 через блок правления источника 26 и приемным устройством 25, через блок управления приемным устройством 27, а также приема выходных сигналов приемного устройства, оцифровывания их платой АЦП и загрузку во внутреннюю память такого процессорного устройства для дальнейшей обработки.

Система функционирует следующим образом: процессорное устройство 22 подает сигналы управления на СПР источник 24 через его блок управления 26, по которым ТП источник 28 перемещается из текущей пространственной точки своего положения вдоль траектории перемещения 30 в соседнюю точку 32 поверхности сканирования 31. Антенна 35 ТП источника направлена 28 в сторону зоны наблюдения 6 с целью ее равномерного освещения. Излучение ТП источника 28 имеющее, в результате перемещения этого источника и изменения его пространственного положения относительно зоны наблюдения 6 , новое направление распространения в зоне наблюдения, после рассеяния его в зоне наблюдения 6, принимается входным зрачком фокусирующего элемента 10 и через поляризационную решетку 17 фокусируется на поверхности (плоскости) резкого изображения фокусирующего элемента 10.

Процессорный блок 22 посылает сигнал управления на сканирующее устройство 50 СПУ 25 через блок его управления 27 с целью позиционирования ОПр 47 в начальную точку 63 траектории 51 сканирования ОПр 47 по поверхности сканирования 52 , с точностью до продольного расстояния от фазового центра антенны до этой плоскости

совпадающей с поверхностью резкого изображения ПРИз фокусного элемента 10. Опр. 47 принимает излучение, сфокусированное в приемную антенну 48 (или, что в данном случае эквивалентно, в приемный элемент 48) Опр. 47, находящегося в данной точке 63 поверхности сканирования 52 (или траектории сканирования 51), при этом принятое излучение рассеяно тем участком поверхности 64 наблюдаемого объекта 8 в зоне наблюдения 6, которое оптически сопряжено с данным положением приемной антенны 48 ОПр 47 посредством фокусирующего элемента 10. На выходе блока УЧПОС 49 ОПр 47 появляется практически постоянный сигнал, пропорциональный интенсивности принимаемого посредством приемной антенны 48 ОПр 47 излучения. Этот сигнал, через блок управления 27 подается на вход помехоустойчивого аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), входящего в состав процессорного блока 22, который оцифровывает указанный выходной сигнал ОПр 47 и загружает его в память процессорного блока 22 в виде цифрового значения величины элемента изображения, соответствующего текущему пространственному положению ОПр 47 в плоскости сканирования 52 . Затем процессорный блок 22 посылает новый сигнал управления на сканирующее устройство 50 приемного устройства 25 для перемещения ОПр 47 в соседнюю пространственную точку 65 плоскости сканирования 52 вдоль траектории сканирования 51 ОПр 47 с целью определения интенсивности принимаемого излучения в этой 65 точке и загрузки значения величины нового элемента изображения в память процессорного устройства 22. Процедура перемещения ОПр 47 и загрузки в память процессорного блока 22 соответствующих значений величин элементов изображения продолжается до тех пор, пока ОПр 47 не достигнет конечной пространственной точки 66 на траектории его сканирования 51, что означает что полный растр значений величин элементов изображения предмета 8 и человека 7 зоны наблюдения 6, попавших в поле зрения системы формирования изображений (точнее фокусирующего объектива

10) сформирован полностью. Причем это изображение сформировано излучением ТП источника излучений 28, расположенного в одной из пространственных точек 32 поверхности сканирования 31 ПР источника излучений 24. Более того, изображение будет характеризоваться также и другими физическими параметрами (кроме угла падения этого излучения в зону наблюдения) формирующего его излучения в зависимости от типа используемого источника излучения 39 ТП источника 28. Например, это может быть узкополосный источник излучения линейно поляризованного излучения с вертикальной поляризацией и с центральной частотой 95,6 ГГц. С другой стороны это может шумовой источник линейно- поляризованного излучения и полосой испускаемых частот 10 ГГц, с центральной частотой 94 ГГц и горизонтальной поляризацией излучения. Важно, чтобы в обоих случаях элементы ОПр 47 были адаптированы для оптимального приема излучения ТП источника излучения 28. После завершения формирования парциального изображения, соответствующего позиции в точке 32 для ТП источника 28 в соответствии с процедурой синтезирования апертуры ПР источника 24 (точнее сканирования ТП источника 28 вдоль траектории сканирования 30) процессорный блок 22 вновь посылает сигналы управления на СПР источник 24 через его блок управления 26, по которым ТП источник 28 перемещается из пространственной точки 32 вдоль траектории сканирования 30 в следующую соседнюю точку 33 поверхности сканирования 31. Затем процессорный блок 22 посылает сигнал управления на сканирующее устройство 50 приемного устройства 25 через блок его управления 27 с целью позиционирования ОПр 47 в начальную точку траектории 63 траектории сканирования 51 ОПр 47 по поверхности сканирования 52 и процедура формирования нового парциального изображения для нового положения ТП источника 28 в поверхности сканирования 31 ПР источника излучения 24 вновь полностью повторяется. Указанная процедура повторяется вновь и вновь для следующих пространственных положений ТП источника излучения 28,

пока ТП источник 28 не пройдет полностью траекторию своего сканирования 30 вдоль поверхности 31 ПР источника 24 закончив синтез апертуры ПР источника излучения 24. В результате в память процессорного устройства 22 будут загружены различные парциальные изображения, характеризуемые различным положением ТП источника 28 относительно зоны наблюдения 6, а значит различными углами падения соответствующих компонент 2,3,4 сканируемого ПР источника 24 на поверхность наблюдаемого объекта 8 (фиг.5 — фиг.8). Каждое из соответствующих парциальных изображений (точнее одинаковые сечения этих изображений плоскостью) 67,68,69 в силу достаточно высокой когерентности каждой из освещающих объект 8 компонент 2,3,4 излучения будет иметь плохое качество из-за случайного распределения спеклов внутри соответствующих когерентных изображения. Однако характер распределения спеклов зависит от угла падения компонент излучения 2,3,4 на неровную поверхность объекта 8. Причем необходимый диапазон изменения угла падения соответствующей компоненты излучения для указанной смены спеклового распределения зависит от свойств поверхности. Предварительный анализ различных полученных парциальных изображений позволит выбрать парциальные изображения с существенно различными распределения спектров и просуммировать их. Усреднение спекловых таких распределений посредством описанной выше процедуры суммирования парциальных изображений 67,68,69 приведет к уменьшению количества спеклов и улучшению качества синтезированного изображения 70 объекта 8. Указанная процедура анализа вместе с операцией суммирования или любой другой операции может входить в описанные выше процедуры синтеза (комбинирования) парциальных изображений.

При реализации указанных процедур суммирования парциальных изображений следует учитывать, что спекловые структуры в различных парциальных изображениях могут быть практически пространственно подобны (практически одинаковы), если соответствующие излучения, их

формирующие, имеют близкие значения отличительного физического параметра (например, разность углов падения компонент 2 и 3 на объект 8 незначительна) На фиг. 9 показаны кривые таких парциальных изображений (одинаковые сечения изображений) 71 и 72, физические параметры излучений которых практически близки (например частоты практически одинаковы (в случае изменения частоты излучения как параметра), или углы подсвета практически одинаковы (в случае изменения угла подсвета). Их суммарное изображение 73 практически повторяет исходные парциальные изображения и обладает таким же плохим качеством и соответственно несхоже с требуемым «идeaльным» изображением)) показанное на фиг. 9- фиг.10 пунктирной линией. На фиг.10 показаны парциальные изображения 74, 75 физические параметры которых (указанный угол падения компонент на объект 8) отличны друг от друга на величину, при которой эти изображения для наблюдаемого объекта 8 становятся статистически различимыми. Если средние энергии таких изображений (или их искаженных фрагментов) одинаковы (то есть отсутствует эффект зеркального отражения), то суммирование таких изображений (или их искаженных фрагментов) ведет к получению результатного изображений улучшенного качества 76. Однако даже в случае выполнения условия на выбор оптимального значения изменяющегося физического параметра, но в случае зеркального характера отражения одного из парциальных компонент излучения соответствующее ему парциальное изображение 77 преимущественно будет более ярким и соответственно с большей средней энергией (или энергий части фрагментов, содержащих зеркальные отражения) по сравнению с парциальным изображением 78 диффузно отраженного излучения, при этом суммарное их изображение 79 (или часть фрагмента, содержащий зеркальный фрагмент одного из парциальных изображений) будет повторят зеркальное изображений 77 несмотря на наличие в общей сумме других диффузных изображений. Понятно, что в случае отдельного приема парциальных изображений их суммирование (или суммирование

их фрагментов) должно осуществляться с различными весами для получения качественного суммарного изображения типа, по качеству близкому к идеальному 74 (причем в данном случае все элементы зеркально изображения 77 могут иметь одинаковые уменьшающие коэффициенты взвешивания. В этом случае система позволяет осуществлять трансформацию суммарного «зepкaльнoгo» 79 (т.е. содержащего доминирующую зеркальную компоненту во всех или части фрагментов или даже элементов) плохого качества изображения в суммарное «диффyзнoe» типа 76 изображения повышенного качества, что ранее было не достижимо (фиг. 11) .

Причем необходимый диапазон изменения угла падения соответствующей компоненты излучения необходимый для достижения указанной смέны спеклового распределения зависит от свойств поверхности объекта 8. Предварительный анализ различных полученных парциальных изображений позволит выбрать только парциальные изображения с существенно различными распределения спектров и только их в конечном счете просуммировать. Суммирование всех парциальных изображений, среди которых может оказаться большее число парциальных изображений, содержащих статистически одинаковые спекловые изображения, не способствующих улучшению качества синтезированного (полученного как их сумма) изображения, может привести к ситуации, когда относительный вклад парциальных изображений с существенно различными спекловыми распределениями в это синтезированное изображение оказывается незначительным по сравнению с вкладами «нe улучшающими качество)) парциальными изображения. Поэтому предварительный анализ и отбор парциальный изображений существенен и должен входить в большинство процедур синтеза изображений (или, что тоже самое, объединение или, что то же самое, комбинирование парциальных изображений или их фрагментов). Процедуры предварительного анализа спекловых распределений и последующего их усреднения посредством суммирования может быть

выполнена отдельно для одних и тех же частей (фрагментов) различных парциальных изображений. Эти части изображений могут включать любое количество элементов соответствующего изображения вплоть до одного элемента. Анализируя характер изменения величины интенсивности в эквивалентных элементах разных парциальных изображений (то есть элементов различных парциальных изображений, полученных путем приема соответствующей компоненты излучения антенной 48 ОПр 47 в одной и той же точке ПРИз или, что то же самое, отраженные в зоне наблюдения 8 одной и той же частью 64 поверхности объекта 8, при условии, что за время формирования парциальных изображений, объект сохранял практически одно и то же положение) в зависимости от угла падения соответствующей компоненты можно выявить максимальное и минимальное значение интенсивности спекловых распределений для данного элемента и используя эти значения вычислить среднеквадратичное значение величины данного элемента (значение отсчета), которое и будет оптимальным (минимизирующим влияние спеклов) для данного элемента синтезированного изображения. Дело в том, что изменение спеклового распределения для данного элемент может слабо зависть от угла падения компонент излучения на соответствующий участок поверхности 64 объекта. Поэтому усреднение всех имеющихся значений величин для данного элемента парциальных изображений может дать неверное значение, если эти значение неравномерно распределяется относительно истинного среднего значения (когда статистика не полная).

Вычислительные возможности процессорного блока 22 могут быть эффективно использованы и в случае бликовых отражений компонент излучений от ряда участков поверхности объекта 8. В этом случае большие значения величин элементов «зepкaльныx» изображений могут быть уменьшены или вообще удалены из соответствующих сумм. Количество процедур улучшения синтезированных изображений, в том числе и включая описанные процедуры суммирования, достаточно велико благодаря повышенному объему информации об объекте, который может

быть получен благодаря предлагаемой системе формирования изображений.

Если в качестве источника излучения 39 ТП источника 47 используется лампа обратной волны (ЛОВ) или другой частотно- свипируемый источник излучения, то посредством управляющего сигнала из процессорного блока 22, значение частоты излучения ЛОВ может изменяться. Описанная выше процедура получения многочисленных парциальных изображения для различных положений ТП источника 28 в плоскости сканирования 31, ПР источника излучений 24, но уже для нового значения частоты падающих под различными углами компонент повторяется вновь. Затем частота излучения ЛОВ опять меняется и новый набор парциальных изображений генерируется вновь и так повторяется до тех пор пока весь диапазон изменений частоты ЛОВ не будет исчерпан.

Источники излучения, входящих в состав указанного ТП источника 47, как указывалось, могут иметь любое происхождение от узкополосных (квазимонохроматических) генераторов на диодах Ганна или ЛПД генераторов до широкополосных шумовых генераторов, может использоваться также генератор гармоник (например умножитель частоты, реализованный на диоде Шоттки), на вход которого через гибкие коаксиальные кабели может подаваться сигнал генератора СВЧ диапазона ( который легко свипируются по частоте в диапазоне от 8 ГГц до 16 ГГц под управлением внешних управляющих сигналов), при этом на выходе генератора гармоник будут появляться гармоники излучения различных порядков и, в зависимости от порядка выделяемой тем или иным способом порядка гармоники излучения (равном 4 или 5 или 6 порядку и т.д.), например посредством полосового фильтра, подключенного к выходу генератора гармоник, с выхода такого генераторного устройства будет подаваться в зону наблюдения 8 сигнал, свипируемый по частоте, например, в диапазоне от 48 ГГц до 128 ГГц. В общем случае все гармоники могут подаваться в зону наблюдения 8 ( и более того даже независимо приниматься соответствующим СПУ или другого типа ПУ).

Изменение частоты излучения может влиять на распределение шумов когерентных изображений. На фиг.12- 13 представлены результаты численного моделирования объекта (по форме напоминающего пистолет), имеющего внешнее сходство формы и характерных размеров деталей с типичными формами и деталями для таких объектов, для наблюдения за которыми и разрабатываются, главным образом, системы формирования изображений миллиметрового диапазона. При моделирования были специально устранены все факторы, способные вызвать спекл структуру в изображениях, чтобы продемонстрировать деструктивное влияние только осцилляции Гиббса (другого вида шумов, вызванных когерентности излучения), а также возможности для преодоления их влияния. В миллиметровом диапазоне, в отличие от оптического диапазона, пространственный эффект Гиббса, обусловленный ограниченностью полосы пропускания пространственных частот объекта фокусирующим элементом, способен серьезно исказить получаемые изображения. На фиг. 12 представлено распределение интенсивности, полученное в одночастотном пространственно когерентном изображении для частоты 70 ГГц. (Предполагалось, что волновой фронт падает на поверхность объекта нормально, при этом различные участки объекта квази-плоские). Это изображение искажено типичными для эффекта Гиббса неустранимыми осцилляциями интенсивности, существенно искажающими его качество, при этом характер распределения яркостных пятен на фиг.12 соответствует структуре пятен в экспериментально получаемых плохого качества изображениях реальных пистолетов. Однако синтезированное изображение, полученное путем суммирования парциальных изображений, независимо полученных для пяти частот 68, 76, 84, 92 и 100 ГГц (фиг.13), делает такое пятичастотное суммарное изображение обладающим существенно улучшенным качеством, увеличивая при этом его информационное содержание, достаточное для однозначного распознавания объекта. На фиг. 14 изображена шкала

градаций для уровня сигнала в соответствующих элементах изображений показанных на фиг.12-13.

Простое увеличение числа частот не способно автоматически увеличивать качество изображения. Гиббс эффект появляется, когда пространственные частоты в изображении объекта превышают полосу пропускания пространственных частот при формировании изображений. Частотный интервал для эффективного уменьшения спеклов в изображениях, как известно, определяется глубиной неоднородностей поверхности объекта и также преимущественно составляет величину в 3- 15 ГГц и более. Дальнейшее уменьшение частотного шага будет вести к суммирования практически одинаковых распределений в интенсивности парциальных изображений и к увеличению абсолютной величины сигнала, но не к существенному ограничению осцилляционных ограничений. Поскольку разработка системы формирования изображений (СФИ), способной функционировать в очень широкой полосе частот излучения представляется дорогостоящей, совместное использование эффектов изменение угла падения компонент излучения и их частоты представляется предпочтительным для дальнейшего увеличения возможностей улучшения качества синтезированных изображений, получаемых в таких системах.

Процессорный блок может также контролировать интенсивность компонент излучения 2,3,4 посылаемых в зону наблюдения 6 ТП источником 28 путем программного посылки сигнала управления коэффициентом ослабления аттенюатора 42 на его вход 43, ослабляя тем самым уровень зеркальных составляющих попадающих в приемную антенну 48 ОПр 47 при различных положениях. Что будет предотвращать насыщения усилительных устройств блока УЧПОС 49 и улучшать условия синтеза изображения улучшенного качества.

Если СПР источник 26 выполнен с возможностью изменения поляризационного состояния излучения ТП источника 28, то указанные выше процедуры формирования новых парциальных изображений могут

быть повторены для различных значений поляризационных состояний подсвечивающих объект 8 компонент излучения, для различных положений поляризационной решетки 17 путем посылки сигналов управления на двухкоординатное поворотное устройство 46 (что дает возможность получать ко- и кросс- поляризационные парциальные изображений, что важно для выявления маскированной взрывчатки и пластикового оружия). Таким образом, объем информации о маскированном объекте существенно увеличивается, увеличивая при этом и количество процедур синтезирования высококачественных изображений. Сканирующий ПР источник может содержать два 28, 80 или несколько ТП источников, каждый из которых может испускать одновременно по две или несколько независимых компонент излучения. Компоненты могут быть отличительно модулированы (например посредством амплитудного модулирования с помощью модуляторов типа модулятора 44). С другой стороны, компоненты, испускаемые одним ТП источником, могут быть сгруппированы в дублетные или мультиплетные компоненты излучения, обладающие одним и тем же (одинаковым) кодирующим признаком. В обоих случаях, различные ТП источники 28,80 могут быть сканированы по собственным непересекающимся траекториям пространственного сканирования в собственных пространственных частях поверхности сканирования 31. В этом случае ТП источники должны выполнены с функцией независимого и отличительного кодирования их излучения (или даже компонент излучения), например путем амплитудного модулирования с частотами моделирования разными для разных ТП 28,80 источников (или даже их компонент). Одноэлементный приемник (ОП) должен содержать дополнительно декодирующие (демодулирующие) узлы, позволяющие извлекать компонентные вторичные электрические сигналы, отвечающие различно кодированным компонентам излучения, принятых совокупно приемным элементом ОП и преобразованный в общий первичный электрический сигнал в виде суммы таких компонентных электрических сигналов. Выделить вторичные

электрические сигналы из указанного первичного в данной случае можно, добавив в схеме УЧПОС 47 на фиг.4 к синхронному детектору 60 еще один такой же синхронный детектор, подключив его вход к выходу фильтра низких частот 59, при этом в качестве синхронизирующих сигналов (опорных сигналов) для каждого из синхронных детекторов должны подаваться разные сигналы , и только те которые используются для модулирования соответствующих ρ-i-n модуляторов соответствующих ТП источников 28, 80. Другой способ заключается в оцифровывании посредством быстрого аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) сигнала с выхода фильтра низких частот 59 с частотой временных выборок не меньше наибольшей частоты, содержащейся в этом сигнале, последующей загрузке всего массива выборок в память процессорного устройства 22, выполнения преобразования Фурье над этим массивом выборок для получения частотного распределения оцифрованного временного первичного сигнала. Далее осуществить выбор спектральных компонент, соответствующих частотам модулирования соответствующих компонент излучения и измерить их амплитуды для получения интенсивности соответствующих компонент, принятых ОПр 47 в текущей точке сканирующей поверхности 52.

Последний способ спектрально анализа применим и для идентификации и измерения практически любого количества одновременно излучаемых и различно амплитудно-модулируемых компонент ПР источника, что выполняется например в случае, когда на модуляторы, типа модулятор 44, ассоциированные с различными ТП источниками ПР источника подаются частотно различные модулирующие сигналы. Понятно, что частота среза фильтра 58 должна быть достаточно большой, чтобы пропустить все частоты модулирования, а АЦП должен быть достаточно быстродействующим, чтобы обеспечить требуемую скорость оцифровывания сигналов. Сканирующее приемное устройство 25 может содержать линейку приемных элементов выходы которых связаны с

многоканальным блоком УЧПОС, причем с выходом каждого приемного элемента связан вход одного электронного канала многоканального блока УЧПОС (этот канал может полностью соответствовать соответствующего блоку УЧПОС одноэлементного приемника 47). Такой приемный элемент и связанный с ним соответствующий электронный канал многоэлементного блока УЧПОС образуют независимый приемный канал, который функционально и структурно может полностью соответствовать одноэлементному приемнику ОПр 47, описанному в связи с фиг.2. Совокупность таких каналов может образовывать приемное устройство любого типа: одноэлементного, со сканирующей линейкой или не сканируемого приемного устройства с двумерной приемной матрицей приемных элементов.

Может быть реализован частотный принцип кодирования компонент излучения, когда каждая компонента излучения характеризуется признаком, связанным с ее собственным частотным спектром и/или частотным спектром такой компоненты, возникающем после ее модулирования или другого вида ее кодирования. В этом случае наиболее эффективная процедура приема, частотного преобразования, обработки и измерения интенсивности каждой принятой компоненты излучения может быть основана на независимом приеме в каждом приемном канале (посредством его приемного элемента, например приемной антенной) соответствующего сфокусированного излучения, преобразование его в соответствующий первичный электрический сигнал (который спектрально эквивалентен принятому приемным элементом сфокусированного излучения) последующего первого частотного преобразования первичного электрического сигнала со сдвигом в область промежуточных частот без нарушения структуры спектра этого сигнала, усиления и полосовой фильтрации сдвинутого сигнала посредством первого усилителя УПЧ, второго частотного преобразования сигнала по частоте вниз без нарушения структуры его спектра, и его усиления и полосовой фильтрации в соответствующем втором усилителе УПЧ и с выхода

второго усилителя УПЧ подачи на вход аналогово-цифрового преобразователя для оцифровывании этого сигнала с частотой временных выборок не меньше наибольшей частоты, содержащейся в этом сигнале, последующей загрузке всего массива выборок в память процессорного устройства 22, выполнения преобразования Фурье над этим массивом выборок для получения частотного (спектрального) распределения оцифрованного сигнала. Далее программным путем, посредством процессорного устройства 22, измерение параметров спектральных компонент, соответствующих различным парциальным различно кодированным компонентам излучения (в случае, если кодирование основано на том или ином указанном выше частотном разделении различных компонент излучения), входящих в состав принятого приемным элементом сфокусированного излучения и определения интенсивности каждой из указанных компонентов излучения, посредством анализа параметров соответствующих спектральных компонент оцифрованного сигнала (в частности, по измерениям их амплитуд) для получения интенсивности соответствующих компонент излучения, принятых приемным каналом приемного устройства в соответствующей пространственной точке поверхности резкого фокусирования. Описанная выше процедура цифрового измерения интенсивности различных компонент может быть применена и в том случае, когда отличительное распределение вторичных сигналов, соответствующих различным компонентам излучения появляется только после обработки принятого приемным элементом сигнала в каком либо узле декодирования (демодуляции). В этом случае оцифровывание необходимо проводить для сигнала, возникающего на выходе соответствующего декодирующего устройства после его усиления и полосовой фильтрации. Далее процедура обработки оцифрованного сигнала может проводится описанным выше образом. На фиг.15 показана структурная схема системы формирования изображений с использованием не сканируемого многоэлементного

пространственно- распределенного (МПР) источника излучения 81 и не сканируемого многоэлементного приемного устройства 82. Структурная схема фиг.15 в целом соответствует по составу узлов и их функциональному назначению узлов обобщенной схеме, изображенной на фиг. 1, но уточняет особенности используемых источника излучения 81 и приемного устройства 82. Такая система открывает широкие возможности в высокоскоростном синтезе высококачественных изображений, поскольку для освещения зоны наблюдения используется излучение пространственно-распределенног� � (ПР) источника 81, состоящего из достаточно многочисленного набора (решетки) неподвижных пространственно-распределенных точечно-подобных (ТП) источников излучения 28,83, излучение каждого из которых независимым образом отличительно кодируется (например амплитудно модулируется), а все компоненты излучения ПР источника могут быть быстро и независимо приняты многочисленными приемными элементами 48, 84, матрицы приемных элементов 85 приемного устройства 82 и одновременно обработаны многоканальным блоком 86 УЧПОС, каждый канал которого связан с соответствующим приемным элементов 48, 84,... с последующим обработкой соответствующих электрических сигналов, формированию парциальных изображений и последующему синтезу высококачественного результатного изображения на (или, другими словами, описанного выше, объединения (комбинирования) указанных парциальных изображений) и отображением синтезированного изображения на экране отображающего устройства 23. Не сканируемый многоэлементный пространственно-распределенный

(МПР) источник излучения 81, в общем случае, состоит из независимых ТП источников излучения 28,83, которые излучают независимые парциальные компоненты излучения МПР источника излучения, являющимися фазово-независимыми друг от друга, при этом такие составляющие кодируются (например, отличительно амплитудно модулированы) отличительным друг от друга образом и поэтому могут

быть приняты каждым приемным элементом 48,84 приемной матрицы 85 и независимо декодированы (демодулированы) в каждом независимом канале многоканального блока УЧПОС 86.

При этом излучение МПР источника 81 направляется в область наблюдения 7 и после его рассеяния объектом 8, а также одеждой и кожей человека 7 из зоны наблюдения 6 частично попадает во входной зрачок фокусирующего элемента 10 системы формирования изображений. (Размер входного зрачка в большинстве случаев совпадает с диаметром используемого фокусирующего элемента (линзы)). Фокусирующий элемент (ФЭ) 10 (линза или зеркало, например), фокусирует излучение, рассеянное в зоне наблюдение 6 на поверхности резкого изображения (ПРИз), в которой расположена многоэлементная приемная матрица (МПМ) 85, способная принять это излучение независимо в различных точках ПРИз, размер МПМ 85 определяет в конечном счете поле зрения данной системы формирования изображений. Перед приемной матрицей может быть размещена поляризационная решетка 17 для выделения ко- и кросс- поляризационных составляющих в излучении фокусируемом линзой 10 на приемной матрице МПМ 85. При этом фокусирующий элемент 10 устанавливает взаимно однозначное соответствие между приемными элементами 48, 84 приемной матрицы 85 и соответствующими порциями поля зрения системы формирования изображений. Любое излучение рассеянное какой-то определенной точкой 87 объекта 8 преимущественно фокусируется в определенной точке приема и принимается соответствующим приемным элементом 48 матрицы 85. Поэтому любые парциальные составляющие излучения ТП источников 28 ,83, отраженные от точки 87 объекта 8 и попавшие во входной зрачок фокусирующего элемента 10, могут быть приняты указанным приемным элементом 48 приемной матрицы 85 и независимо декодированы в соответствующем независимом канале многоканального блока УЧПОС устройства 82, ассоциированный с этим приемным

элементом 48, и это справедливо для любого приемного элемента МПМ 85.

В качестве канала многоканального блока 82 усиления, частотного преобразования и обработки сигналов (УЧПОС) может быть использован любой радиотехнический канал, способный осуществлять необходимые выше операции усиления, преобразования и обработки сигналов, в том числе и одноканальные УЧПОС описанные выше в тексте описания в связи с фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.

В качестве ТП источников 28,83 многоэлементного пространственно- распределенного (МПР) источника 83 могут использоваться любые источники излучения в том числе и ТП источники, описанные в связи с фиг. 2 и фиг. 3. Источники излучения, входящих в состав указанных ТП источников 28,83, также могут иметь любое происхождение от узкополосных (квазимонохроматических) генераторов на диодах Ганна или ЛПД генераторов до широкополосных шумовых генераторов. В частности, в качестве генераторов могут использоваться генераторы гармоник (например умножители на диодах Шоттки), на входы которых через гибкие коаксиальные кабели могут подаваться сигналы генераторов СВЧ диапазона (которые легко свипируются по частоте в диапазоне от 8 ГГц до 16 ГГц) при этом на выходе генераторов гармоник будут появляться гармоники излучения различных порядков и зависимости от порядка выделяемой тем или иным способом гармоники излучения (равном 4 или 5 или 6 порядку и т.д.), например использования соответствующего приемного устройства 82, свипируемых например в диапазоне от 48 ГГц до 128 ГГц. В качестве указанных генераторов могут быть использованы и ЛOB(ы), однако матрица таких генераторов будет достаточно дорогостоящей. Наиболее практичной представляется МПР источник в виде двумерной планарной матрицы генераторов MM или CMM, выполненных по интегральной технологии, когда и излучающая антенна (антенны) и, скажем связанный с ней диод Ганна каждого из таких ТП источника, выполнены в едином технологическом процессе или, более

того, вся матрица выполнена в указанном интегральном исполнении. Такие генераторы могут быть как узкополосными, так и достаточно широкополосными (до 2-3 ГГц полосы излучения). При массовом изготовлении стоимость матриц будет ненамного больше стоимости одного генератора. Независимое модулирование излучением отдельных генераторов может выполняться путем модулирования токов питания для каждого из генераторов. Более изящная схема кодирования излучения генераторов таких матриц основана на объединение узкополосных монолитных генераторов MM или CMM излучения в группы по два генератора, расположенных друг около друга, один из которых, по крайней мере должен быть ГУНом — генератором, частота которого в определенных пределах управляется внешним напряжением. ГУНы создаются из обычных генераторов добавлением в генераторную схему диодного варикапа, емкость которого изменяется контролирующим напряжением, что и приводит к изменению генерируемого излучения в зависимости от контролирующего варикап напряжения. Использование двух монолитных генераторов резонаторные антенны которых приводят к генерированию компонент излучения с примерно близкими частотами излучения, один из которых является ГУНом, позволяет посредством подачи части их излучений, например посредством микрополосковых линий на планарный диодный смеситель, который также может быть выполнен интегрально на одной с генераторами подложке, и выделить посредством этого смесителя и интегрально связанного с ним полосового усилителя разностный сигнал, частота которого равна разности частот сигналов генераторов. Для этого указанная меньшая часть одного из двух генераторов должна быть на порядок больше меньшей части второго генератора, чтобы обеспечить оптимальный режим работы смесителя. Затем этот разностный сигнал необходимо фазово синхронизировать стабильным сигналом кварцевого генератора (или его гармоникой) посредством соответствующей петлиФАПЧ (кварцевый генератор и схема ФАПЧ могут располагаться вне матрицы ТП парных генераторов, а сигнал

рассогласования петли ФАПЧ (сигнал ошибки дискриминатора, например, фазового детектора ( или даже частотного детектора, если необходимо стабилизировать только разностную частоту а не фазу) петли ФАПЧ ), который пропорционален уходу (разности) фазы разностного сигнала от фазы сигнала кварцевого генератора (или его гармоники) подавать на управляющий электрод ГУНа, для уменьшения величины сигнала рассогласования, обеспечивая фазовую синхронизацию указанного разностного сигнала и сигнала кварцевого генератора (или его гармоники), (или выравнивание соответствующих частот, если в качестве дискриминатора используется частотный детектор) Благодаря такой схеме частотно-фазовые изменения сигнала ГУНа будут повторять частотно- фазовые изменения второго генератора из указанной пары генераторов, при этом их разностный сигнал по своей спектральной чистоте будет эквивалентен сигналу кварцевого генератора, уход частоты которого может быть менее тысячной доли процента от его центральной частоты. Большая часть генерируемых сигналов посредством планарных антенн будет излучена в свободное пространство практически из одной пространственной точки относительно зоны наблюдения 6. После рассеяния в зоне наблюдения эти компоненты практически одинаковым образом сфокусируются в плоскости резкого изображения, сформировав пространственно-подобные парциальные изображения, поэтому многоканальное приемное устройство 82, приняв пространственно- эквивалентные выборки этих изображений каждым из приемных элементов 48,84 может сформировать в соответствующих каналах блока УЧПОС разностные сигналы, (например путем подачи электрических сигналов, соответствующих излучениям указанных генераторов на нелинейный диод и последующую за диодом схему фильтрации), который спектрально будет практически эквивалентен разностному сигналу в описанной выше схеме генерации дублетного ТП источника MM или даже CMM излучения (в зависимости от резонансной частоты используемых соответствующих передающих антенн).. Поскольку каждая такая пара

5 000496

44 генераторов MlIF источника 81 может иметь свой кварцевый генератор со своим значением частоты или может использовать различные его гармоники, то в соответствующих приемных каналах приемного устройства 82 могут формироваться разностные сигналы частоты, которых отличаются друг от друга по разностной частоте и которые формируются из пар частотно сдвинутых друг относительно друга на частоту кварцевого генератора (или частоту его гармоники) электрических сигналов, отвечающих дублетным компонентам излучения, принятых в свою очередь соответствующими приемными элементами 48,82. Формирование их разностного сигнала может быть выполнено путем их подачи на нелинейный элемент (например диод). Что и приводит к отличительному декодированию различных дублетных сигналов приемным устройством 82. Это может быть выполнено в блоке независимо в различных каналах многоканального УЧПОС 86, каждый из которых эквивалентен одноканальному УЧПОС, рассмотренному в связи с фиг.4, когда принятый сигнал, после его усиления в усилительном блоке прямого усиления 53 подается в виде суммы различных дублетных сигналов на вход нелинейного диода 57, на его выходе возникает сигнал, содержащий стабилизированные разностные сигналы с различными значениями их частот, этот сигнал может быть предварительно отфильтрован, чтобы сохранить в нем только указанные разностные сигналы, и затем каждый разностный сигнал может быть выделен и его параметры определены в различных радиотехнических узлах, основанных на схемах частотной селекции, в том числе посредством оцифровывания профильтрованного сигнала и применения различных цифровых методов определения параметров его компонент (описанными выше способами).

При этом может быть измерена интенсивность соответствующей дублетной компоненты (или одной из линий, входящей в дублет), путем измерения усредненной мощности соответствующего разностного сигнала, или его отдельных компонент. Предполагается, что многоэлементная приемная устройство 82 системы формирования

изображения может быть откалибрована предварительно путем подачи на входы приемных элементов 48,84, излучения с заведомо известной интенсивностью излучения). В ряде случаев такая калибровка не является необходимой, поскольку для идентификации объектов важны относительные изменения интенсивности в каждом из парциальных изображениях. С другой стороны, если чувствительность приемной системы является зависимой от физических параметров принимаемых компонент излучения, и это существенно для конкретного алгоритма синтеза изображений, такая калибровка может быть осуществлена для каждого или части из изменяемых параметров, при этом такая калибровка может производиться периодически во время функционирования системы.

Каждая такая пара монолитных генераторов излучения будет формировать соответствующий ТП источник 28, 83, МПР источника излучения 81. С точки зрения возможностей формирования синтезированных изображений такой МПР источник дублетных линий предпочтителен, поскольку может быть не дорогостоящим и обеспечивать очень высокую плотность информационных каналов в соответствующих полосах MM и/или CMM излучения, поступающих на входы приемного устройства 82, существенно снижая уровень излучения освещения в зоне наблюдения 6, увеличивая число возможных парциальных изображений, которые могут быть получены приемным устройством 82 и обработаны процессорным устройством для синтезирования высококачественных изображений практически в реальном времени.

В идеальном случае точка каждая точка на поверхности резкого изображения (в плоскости резкого изображения) 48 должна соответствовать определенной точке 87 в зоне наблюдения 6 (плоскости объекта). Однако, в силу конечной апертуры используемого фокусирующего элемента (ФЭ), каждой точке 48 (или ограниченной области) в зоне приема ФЭ однозначно соответствует ограниченная область наблюдения 6, или, соответственно, ограниченная, но вполне пространственно-определенная, часть поля зрения системы формирования

изображений, рассеянное (или излученное) излучение из которой преимущественно фокусируется в эту точку фокусирующим элементом (линзой) 10. По сути, речь идет об ограниченном объеме зоны наблюдения резкого изображения для рассматриваемого элемента приемной матрицы, который достигается при используемым фокусирующего элемента, для фокусирования не плоскопараллельных пучков излучения и положение которого определяется из условия оптического сопряжения зоны/плоскости приема и зоны/плоскости наблюдения посредством ФЭ. Поперечные размеры этого объема определяются радиусом разрешаемого квазиоптической системой элемента изображения, а продольный линейный размер соответствующей глубиной резкости для фокусирующего элемента (линзы) 10. Указанные конечные размеры разрешаемого элемента и определяют пространственные размеры спекл шумов и пропорциональны размерам осцилляции Гиббса, характерных для MM изображений и интенсивно разрушающих их качество.

Более детализированная схема адаптивной ММ/СММ системы формирования изображений (СФИ), основанная на использовании многоэлементного пространственно-распределенног� � (МПР) источника излучения и многоэлементного приемного (МП) устройства показана на фиг. 16.

Такая адаптивная СФИ состоит из следующих подсистем и узлов:

1) широко-частотный фокусирующий элемент (линза) 10, предназначенная для формирования ММ/СММ изображений;

2) приемное устройство 82, включающее в себя: а) многоэлементную приемную матрицу (МПМ) приемных элементов

85, предназначенную для получения ее приемными элементами 48, 84 пространственных выборок в сфокусированном линзой 10 ММ/СММ излучении в поверхности резкого изображения ПРИз фокусирующего элемента 10 и преобразовании принятых элементами приемной матрицы 82 излучения в соответствующую матрицу (набор) независимых электрических сигналов (размерность матрицы независимых

электрических сигналов совпадает с размерностью формируемых в последствии парциальных и результатных изображений), б) многоканальный блок УЧПОС 87 усиления, частотного преобразования и обработки, включая как и ранее декодирование (например, демодуляции) частичного или полного указанных сигналов принятых указанной приемной матрицей (каждый элемент матрицы 48, 84 имеет свой собственный указанный канал 49,88 блока 87 УЧПОС, образуя вместе с соответствующим приемным элементом соответствующий приемный канал приемного устройства 82. Выходы указанных каналов блока УЧПОС 87 связаны с мультиплексором 89. Блок УЧПОС 87 включает блок гетеродинных генераторов 90, генерирующих гетеродинные сигналы для опорных сигналов смесителей соответствующих каналов УЧПОС 87, для частотного смещения по частоте вниз принятых приемными элементами МПМ 85 (например МПМ антенных приемников) сигналов в полосы усиления соответствующих УПЧ, каждый из которых связан с соответствующим указанным смесителем в указанном канале многоканального блока 87 УЧПОС (при необходимости такого гетеродинного частотного преобразования),

3) процессорный блок 22 выполненный с функцией управления различными узлами, входящих в состав различных блоков этой системы формирования изображений, в с функцией цифрового приема сигналов выходных каналов блока УЧПОС 87 (соединенных со входами мультиплексора 89) с выхода мультиплексора 89 путем соединения выхода блока мультиплексоров с входом АЦП 91 а также цифровой обработки и визуализации сформированных блоком 22 матричных парциальных изображений, выполнении функции предварительной численной обработки соответствующих парциальных изображений сигналов с помощью препроцессора изображений 92. Процессорный блок 22 включает в себя также интерфейсный блок 93 (обеспечивающего передачу сигналов между различными узлами системы), главного процессорного блока 94, управляющего функционированием всей системы

в целом и синтезирующий высококачественные результатные изображения), блоком визуального отображения результатных изображений 95, имеющий дисплей 96.

4) многоэлементного пространственно-распределенног� � источника излучения 81, состоящих из двумерной матрицы точечно-подобных источников излучения, каждый из которых состоит из отдельных генераторов излучения 39, 97, 98, соединенных с собственными вентилями, каждый из которых соединен с собственным электрически управляемым аттенюатором 42,99,100, выход каждого из которых связан со входом соответствующего модулятором излучения 44,101, 102 выходы которых соединены со входами соответствующих передающих антенн 35, 103,104. Каждый генератор, аттенюатор и модулятор электрически связан с собственным блоком управления и модуляции 105,106,107, и управляется или модулируется его сигналами. Фазовая стабилизация разностной частоты спектрально сдвинутых несущих двух или нескольких таких сигналов позволяет решить проблему высокой чувствительности приемной аппаратуры, также как и выполнить эффективное кодирование парциальных излучений.

Первое достигается в максимально возможной концентрации энергии сигнала, несущего информацию о свойствах отражающей поверхности объекта, в предельно узкой полосе частот разностного сигнала выделяемого в приемной части системы для каждого элемента индивидуально. Это имеет место несмотря на то, что собственная стабильность генераторов синглетного (из одной спектральной линии) излучения ММ/СММ диапазонов не позволяет в принципе достичь требуемой стабилизации частоты и соответственно такой спектральной концентрации. При этом сверхвысокая концентрация энергии разностного сигнала достигается для частот, в области которых спектральная мощность избыточных шумов электронных компонент (а это частоты по крайней мере не меньше 10-50 Мгц, а вполне достижимо может быть свыше 1-3 ГГц и т.д. в зависимости от реализации генератора дублетной линии)

становится минимальной и характеризуется только спектральной мощностью тепловых шумов, которые хотя и неустранимы практически ни для какого спектрального диапазона, но в указанном диапазоне разностных частот характеризуются ничтожно малой величиной (для полосы частот в 1 Гц характеризуется величиной в 10 ^"20 Вт).

Таким образом, двойной подход, заключающейся в предельно возможном сужении полосы разностного сигнала (или, что эквивалентно, спектральной концентрации энергии отраженного объектом сигнала) и его частотной стабилизации (вплоть до 1 Гц девиации разностной частоты), с другой стороны перенос его частоты в диапазон с предельно низким уровнем шумов электронной аппаратуры (сравнимым или выше 1 ГГц) позволяет достигать предельно высокой чувствительности приемной аппаратуры СФИ (а значит и сверхнизкого уровня активного подсвечивающего одежду человека излучения — значительно меньшего в сравнении с общем уровнем внешнего естественного фона излучения в данном спектральном диапазоне), а с другой стороны повышенного динамического диапазона приемной аппаратуры.

Последнее важно в связи с зеркальном характером отражения излучения этого диапазона от объектов наблюдения, что определяет большой динамический диапазон сигналов, отраженных под произвольными углами от поверхности объекта наблюдения и углами зеркального отражения. При этом очевидно что, если динамический диапазон приемной аппаратуры не достаточен, визуально отобралсаться будут только компоненты излучения, зеркально отраженные от объекта, что заведомо определяет крайне низкое качество формируемых изображений.

Согласно настоящего изобретения приемо-передатчик системы формирования изображений для получения полной информации о рассеянном объектом излучении в условиях низкого уровня мощности освещения объекта по первому примеру исполнения содержит гетеродинный приемник миллиметрового и субмиллиметрового

излучения, предназначенный для приема миллиметрового и субмиллиметрового излучения изображений указанной системы формирования изображений, источник миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для освещения объекта , при этом гетеродинный приемник включает в себя приемную антенну, соединенную с субгармоническим первым смесителем для приема на его на опорном входе сигнала первый генератор излучения, выполняющий функцию гетеродина для указанного смесителя, первый полосовой фильтр, соединенного с первым смесителем для выделения сигнала промежуточной частоты, субгармонический второй смеситель, сигнальный вход которого электрически связан с выходом первого полосового фильтра и, а опорный вход предназначен для приема умноженного по частоте первым умножителем частоты сигнала генератора опорного сигнала, второй полосовой фильтр, вход которого связан с выходом второго смесителя, высокочастотный или низкочастотный анализатор сигнала, вход которого с соединен с выходом второго смесителя, средства отображения и обработки сигнала, связанные с выходом анализатора сигнала, источник излучения представляет собой второй генератор излучения, выход которого соединен со входом второго умножителя частоты, выход которого соединен с передающей антенной, и включает в себя контролирующий блок для контроля частоты излучения второго генератора излучения частотой первого генератора излучения посредством формирования сигнала разностной частоты указанных генераторов и обеспечения фазовой синхронизации указанного разностного сигнала сигналом генератора опорного сигнала путем регулирования частоты второго генератора, генератор опорного сигнала предназначен для активирования контролирующего блока и генерации опорного сигнала для указанного анализатора сигнала, а первый и второй умножители частоты источника сигнала и первый субгармонический смеситель выполнены с возможностью функционирования на гармонике одного и того же порядка.

В этом приемопередатчике анализатор сигнала представляет собой два аналогово-цифровых преобразователя, осуществляющих синхронное оцифровывание сигнала с выхода второго полосового фильтра и умноженного сигнала генератора опорного сигнала с выхода первого умножителя частоты; и процессор, имеющий память для загрузки цифровых массивов оцифрованных указанных сигналов, и выполненный с возможностью вычисления амплитудной и фазовой информации принимаемых приемников сигналов.

В этом приемо-передатчике контролирующий блок представляет собой первый направленный ответвитель, соединенный с выходом первого генератора и осуществляющий деление сигнала первого генератора по мощности на меньшую и большую части, второй направленный ответвитель, соединенный с выходом второго генератора и осуществляющий деление сигнала первого генератора по мощности на меньшую и большую части, смеситель, входы которого предназначены для приема меньших частей сигналов указанных первого и второго генераторов, и который осуществляет выделение сигнала разностной частоты из указанных сигналов для подачи этого разностного сигнала через полосовой фильтр на один вход фазового детектора, другой вход которого предназначен для приема сигнала указанного генератора опорного сигнала, а сигнал ошибки фазового детектора, являющийся сигналом фазового рассогласования между сигналом разностной частоты сигналов указанных первого и второго генераторов и сигналом генератора опорной частоты, подается на управляющий электрод второго генератора для изменения частоты сигнала второго генератора и уменьшения указанного фазового рассогласования.

Гетеродинный приемник приемо-передатчика может быть установлен на сканирующем устройстве с возможностью приема излучения полного изображения, сформированного системой формирования изображений путем сканирования гетеродинного приемника в плоскости резкого изображения этой системы.

Гетеродинный приемник приемо-передатчика может быть выполнен в виде матрицы гетеродинных приемников, расположенных таким образом, что фазовые центры указанных антенных приемников каждого гетеродинного приемника совпадают с плоскости резкого изображения системы формирования изображений, а каждый гетеродинный приемник снабжен направленным ответвителем для передачи часть мощности второго генератора на гетеродинный вход соответствующего первого смесителя, а указанный второй генератор является общим для всех гетеродинных приемников, каждый из которых выполнен с возможностью приема части его мощности через соответствующий направленный ответвитель.

Согласно второго примера исполнения приемо-передатчик системы формирования миллиметровых и субмиллиметровых изображений для получения детальной информации о рассеянном объектом излучении в условиях низкого уровня мощности освещения объекта содержит приемник прямого усиления и детектирования миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для приема миллиметрового и субмиллиметрового излучения изображений указанной системы формирования изображений, источник составного миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для освещения объекта или, при этом приемник прямого усиления и детектирования включает в себя приемную антенну, соединенную с усилителем высокой частоты, сигнал которого подается на квадратичный детектор, анализатор сигнала, вход которого соединен через фильтр с выходом указанного квадратичного детектора, средства отображения и обработки сигнала, связанные с выходом анализатора сигнала, источник составного излучения, состоящий из первого генератора излучения, соединенного с первым направленным ответвителем, делящего сигнал первого генератора по мощности на большую и меньшую части и второго генератора излучения, соединенного со вторым направленным ответвителем, делящего сигнал второго генератора по мощности на

большую и меньшую части, выходной антенной системы, предназначенной для передачи указанных больших частей мощности сигналов первого и второго генераторов в свободное пространство преимущественно одинаковым образом, контролирующий блок, на входы которого с соответствующих выходов указанных направленных ответвителей подаются указанные сигналы меньшей мощности соответственно первого и второго генераторов и, который предназначен для контроля частоты излучения второго генератора излучения частотой первого генератора излучения, генератор опорного сигнала предназначенный для активирования контролирующего блока и генерации опорного сигнала для указанного анализатора сигнала.

Анализатор сигнала для этого примера может представлять собой полосовой фильтр с центральной частотой пропускания, соответствующей частоте указанного генератора опорного сигнала, связанный со аналогово- цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, который осуществляет обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала. Кроме того, анализатор может состоять дополнительно из смесителя, сигнальный вход которого соединен с выходом указанного полосового фильтра, а на опорный вход указанного смесителя поступает сигнал генератора опорного сигнала, и выходной сигнал указанного смесителя через фильтр подается на вход аналогово- цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, при этом процессор осуществляет цифровую обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала.

Контролирующий блок для приемо-передатчика по этому примеру исполнения представляет собой смеситель, входы которого предназначены для приема меньших частей сигналов указанных первого и второго генераторов, и соединены с соответствующими выходами указанных первого и второго направленных ответвителей, и который осуществляет

выделение сигнала разностной частоты из указанных сигналов для подачи этого разностного сигнала через полосовой фильтр на один вход фазового детектора, другой вход которого предназначен для приема сигнала указанного генератора опорного сигнала, а сигнал ошибки фазового детектора, являющийся сигналом фазового рассогласования между сигналом разностной частоты сигналов указанных первого и второго генераторов и сигналом генератора опорной частоты, подается на управляющий электрод второго генератора для изменения частоты сигнала второго генератора и уменьшения указанного фазового рассогласования. При этом приемник прямого усиления и детектирования может быть установлен на сканирующем устройстве с возможностью приема излучения полного изображения, сформированного системой формирования изображений, путем сканирования гетеродинного приемника в плоскости резкого изображения этой системы. В области резкого изображения фокусирующего элемента может быть расположена матрица указанных приемников прямого усиления и детектирования таким образом, что антенны указанных приемников расположены около плоскости резкого изображения фокусирующего элемента.

При использовании набора указанных источников составного излучения, при котором частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников отличаются друг от друга, к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения.

А при использовании набора указанных источников составного излучения, при которых частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников отличаются друг от друга, к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования

параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения, при этом на опорный вход смесителя указанного анализатора сигнала подается сигнал опорного генератора указанного источника составного излучения.

При этом разные источники составного излучения из набора ( в том числе ТП источников пространственно-распределенног� � источника) источников предназначены для освещения или объекта. Разные источники составного излучения из набора источников имеют существенно различные их средние частоты, вычисляемые как средне-арифметическое частот соответствующих парных генераторов.

Распространяющееся в свободном пространстве излучение указанной большей части сигнала первого генератора преимущественно линейно поляризовано в первом пространственном направлении, а распространяющееся в свободном пространстве излучение указанной большей части сигнала второго генератора преимущественно линейно поляризовано во втором пространственном направлении. В этом случае первое пространственное направление совпадает со вторым пространственным направлением или первое пространственное направление ортогонально второму пространственному направлению.

Приемник может быть снабжен поляризационными средствами, выделяющими из падающего на него излучения излучение, линейно- поляризованное в первом пространственном направлении или приемник может быть снабжен поляризационными средствами, выделяющими из падающего на него излучения излучение, линейно-поляризованное во втором пространственном направлении.

Частоты первого и второго генераторов источника составного излучения одновременно увеличиваются или уменьшаются по частоте в достаточно широком диапазоне частот, а указанный контролирующий

блок сохраняет указанное управление частоты и фазы второго генератора частотой и фазой первого генератора во всем указанном диапазоне частот.

Согласно следующего примера исполнения приемо-передатчик системы формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн для получения детальной информации о рассеянном объектом излучении в условиях низкого уровня мощности освещения объекта, содержащий приемник прямого усиления и детектирования миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для приема миллиметрового и субмиллиметрового излучения изображений указанной системы формирования изображений в плоскости резкого изображения ее фокусирующего элемента, источник миллиметрового и субмиллиметрового излучения, предназначенный для освещения объекта, приемник прямого усиления и детектирования включает в себя приемную антенну, соединенную с усилителем высокой частоты, сигнал которого подается на квадратичный детектор, высокочастотный или низкочастотный анализатор сигнала, вход которого соединен через фильтр с выходом указанного квадратичного детектора, средства отображения и обработки сигнала, связанные с выходом анализатора сигнала, источник излучения состоит из источника составного излучения, источник составного излучения состоит из первого генератора излучения, соединенного с первым направленным ответвителем, делящего сигнал первого генератора по мощности на большую и меньшую части и второго генератора излучения, соединенного со вторым направленным ответвителем, делящего сигнал второго генератора по мощности на большую и меньшую части выходной антенной системы предназначенной для передачи указанных больших частей мощности сигналов первого и второго генераторов в свободное пространство преимущественно одинаковым образом, контролирующий блок, на входы которого с соответствующих выходов указанных направленных ответвителей подаются указанные сигналы меньшей мощности соответственно первого и второго генераторов и, который предназначен

для контроля частоты излучения второго генератора излучения частотой первого генератора излучения, генератор опорного сигнала предназначенный для активирования контролирующего блока и генерации опорного сигнала для указанного анализатора сигнала. Для этого примера исполнения указанный анализатор сигнала представляет собой полосовой фильтр с центральной частотой пропускания, соответствующей частоте указанного генератора опорного сигнала, связанный со аналогово-цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, который осуществляет обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала. Указанный анализатор может состоять дополнительно из смесителя, сигнальный вход которого соединен с выходом указанного полосового фильтра, а на опорный вход указанного смесителя поступает сигнал генератора опорного сигнала, и выходной сигнал указанного смесителя через фильтр подается на вход аналогово-цифрового преобразователя, осуществляющего цифровые выборки сигнала и заполнения этими выборками памяти процессора, при этом процессор осуществляет цифровую обработку этих выборок с целью получения спектрального состава этого сигнала,

Для этого приемо-передатчика контролирующий блок представляет собой смеситель, входы которого предназначены для приема меньших частей сигналов указанных первого и второго генераторов, и соединены с соответствующими выходами указанных первого и второго направленных ответвителей, и который осуществляет выделение сигнала разностной частоты из указанных сигналов для подачи этого разностного сигнала через полосовой фильтр на один вход фазового детектора, другой вход которого предназначен для приема сигнала указанного генератора опорного сигнала, а сигнал ошибки фазового детектора, являющийся сигналом фазового рассогласования между сигналом разностной частоты сигналов указанных первого и второго генераторов и сигналом генератора

опорной частоты, подается на управляющий электрод второго генератора для изменения частоты сигнала второго генератора и уменьшения указанного фазового рассогласования.

Может использоваться набор указанных источников составного излучения, при этом частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников должны отличаться друг от друга, а к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения.

Для этого примера исполнения также может использоваться набор указанных источников составного излучения, при этом частоты сигналов генераторов опорных сигналов соответствующих источников отличаются друг от друга, а к выходу квадратичного детектора приемника прямого усиления и детектирования параллельно подсоединяется несколько указанных анализаторов сигналов, число которых равно числу указанных источников составного излучения в указанном наборе, и центральная частота полосового фильтра соответствующего анализатора равна частоте сигнала опорного генератора соответствующего источника составного излучения, при этом на опорный вход смесителя указанного анализатора сигнала подается сигнал опорного генератора указанного источника составного излучения. На фиг. 17 представлена структурная схема парных генераторов, связанных петлей ФАПЧ, позволяющая обеспечивать генерацию двух сигналов MM или CMM диапазонов, разностный сигнал которых фазово- синхронизован сигналом высокостабильного кварцевого генератора или его гармоникой. Такая генераторная схема может быть использована как для генерации вышеописанных дублетных компонент для освещения ими зону наблюдения 6, так и для реализации приемо-передающей аппаратуры

СФИ с гетеродинных смещением в ПУ 16 принятых сигналов, которые генерированы одним из парных генераторов и использован для освещения зоны наблюдения 6, а другой передается в ПУ 16 по гибкому коаксиальному кабелю для использования как сигнал накачки в субгармоническом смесителе (лях) и обеспечивает формирования сигналов промежуточной частоты, частота которых равна частоте указанных разностных сигналов и является высокостабильной даже если частоты сигналов самих генераторов изменятся во времени случайным ( из-за фазовых шумов или в результате дрейфа) или регулярным ( из-за контролируемого свипирования их частот в любом технически достижимом пределе) образами.

Устройство (фиг. 17) состоит из двух генераторов ММ/СММ диапазонов 108 и 109 , работающих на практически одной и той же частоте, по крайней мере один 109 из которых является ГУНом (генератор, частота которого управляема внешним напряжением). В предпочтительной реализации ГУH(aми) являются оба генератора, поскольку это дает возможность изменять их частоты посредством электронного свипирования. В случае волноводной реализации генераторов на их выходы включены вентили 110,111 для развязки генераторов от остальных частей схемы. Посредством направленных ответвителей 112 и 113 меньшие части мощности сигналов генераторов 108 и 109 через их соответствующие выходы подаются на входы смесителя (квадратичный преобразователь) 114, для образования сигнала разностной частоты, равной разности частот сигналов указанных генераторов, указанный разностный сигнал с выхода смесителя 114 поступает на вход частотно селективной цепи 115, состоящей из полосового фильтра 116, (настроенный на центральную частоту разностного сигнала), последовательно соединенный с усилителем 117 и с выхода усилителя 117 поступает на один из входов 118 фазового детектора 119, имеющий выход 120, на другой вход 121 фазового детектора 119 поступает сигнал генератора разностного сигнала 122, который является

либо сигналом опорного кварцевого генератора, входящего в состав генератора 122, либо одной из его гармоник, образованная в умножителе частоты 123, последовательно соединенного с указанным образцовым опорным кварцевым генератором (этот генератор может быть кварцевым и термо-стабилизированным, поэтому фазовые шумы такого генератора пренебрежительно малы). Сигнал ошибки с выхода 119 фазового детектора 119 поступает на вход усилителя 124 и с его выхода на вход фильтра 125 частотно-селективного усилительного блока 126, при этом полоса частот полосового фильтра 125 выбирается оптимальным образом для обеспечения должного (с низким уровнем фазовых шумов и/или фильтрации высокочастотных информационных составляющих разностного сигнала.) функционирования описанной выше петли ФАПЧ и затем на управляющей электрод 127 генератора ГУН 109. При правильно выбранных полосах пропускания фильтров 117 и 125 вырабатываемый фазовым детектором 119, сигнал ошибки регулирует частоту ГУН 109 для уменьшения (ликвидации) фазовых различий между указанным разностным сигналом, частота которого равна разности сигналов указанных двух генераторов 108 и 109 и фазово-синхронизирован стабилизированным сигналом генератора 122 . . При этом указанная меньшая часть сигнала одного из генераторов

(например, генератора 108) должна быть на порядок больше указанной меньшей части другого генератора (например, 109) для оптимальной работы смесителя 114.

Большие части сигналов генераторов 108 и 109 с соответствующих выходов 128 и 129 направленных ответвителей 112 и 113 могут затем излучаться в открытое пространство (или использоваться другим образом), в том числе после прохождения ими соответствующих модуляторов 130, 131 (амплитудных или фазовых) каждый из которых последовательно соединен с соответствующей излучающей антенной 132 и 133, которые могут быть как индивидуальными 132, 133 для каждого из каналов прохождения больших частей сигналов генераторов 108, 109, так и могут

быть объединены посредством направленных ответвлителей 134, 135 в общий волновод 136 для излучения через общую антенну 137. Частоты таких сигналов сдвинуты относительно друг друга на частоту спектрально чистого разностного сигнала генератора 122 (122,123) и их разностный сигнал фазово синхронизован с сигналом указанного опорного генератора 122, при этом указанный разностный сигнал после распространения сигналов генераторов 108, 109 до приемного устройства СФИ и последующего приема этим устройством может быть сформирован в соответствующем усилительном канале этого приемного устройства и этот вновь выделенный разностный сигнал будет обладать спектральными характеристиками сигнала опорного стабилизированного генератора 122.

Показанная выше схема демонстрирует функциональные связи генераторного устройства реализованного в волноводном исполнении. Такое же устройство может быть выполнено в интегральном исполнении в виде монолитного полупроводникового устройство, в этом случае, в соответствии с монолитным исполнением генераторных устройств, антенны 132 и 133 объединены с соответствующим генераторами 108, 109 и служат как собственно в функции планарных антенн для излучения генерируемых сигналов в открытое пространство, так и соответствующих резонаторных систем в составе соответствующих генераторов (должным образом подключенных к соответствующему нелинейному элементу с отрицательным импедансом для генерации сигнала - например к диоду Ганна). В этом случае модуляторы 130, 131 исключаются из состава составного генератора (здесь может модулироваться разностная частота такого генератора). Могут быть исключены и направленные вентили ПО,

111. Направленные ответвители в планарном (полосковом) исполнении

112, 113 выполняют ту же функцию отбора меньших частей энергий генерируемых сигналов планарных генераторовlОδ, 109 и подачи в планарный смеситель 114. (который может быть выполнен в едином технологическом процессе изготовления вместе с генераторами). Все другие элементы, в том числе и фазовый детектор 119 и частотно-

усилительные блоки 115, 126, могут быть выполнены по интегральной технологии также. Генератор 122 опорного сигнала стабилизированного типа предпочтительно должен быть внешним.

Такой парный генератор может быть крайне дешевым (при массовом изготовлении) и может найти широкое применение в приемо-передающих телекоммуникационных ММ/СММ системах (в том числе для межкомпьютерной связи). При этом на одной подложке могут быть расположены нескольких парных генераторов с различной разностной частотой и даже различными собственными частотами генераторов (при изменении конфигурации их антенн). Антенны могут быть разными для разных пар и парные антенны могут быть различно ориентированы на подложке (одинаково для антенн в паре, но различно для разных пар).

На фиг. 17 фазовый детектор 119 и селективный блок 115 (усилитель 125-фильтp 124 объединен в блок 138, имеющим один выход 139, совпадающий с выходом усилителя 125, и два входа, входом 140, совпадающим с сигнальным входом 118 фазового детектора 119 и входом 141, совпадающим с другим (опорным) входом 121 фазового детектора 119; при этом дополнительно указанный первый объединенный блок 138 объединен со смесителем 114 и частотно-селективным блоком 115 (усилителем 117 - фильтром 116) во второй объединенный блок 142 (ФAПЧ1), имеющим выход 143, совпадающий (электрически соединенный) с выходом 139 блока 138 и три входа, вход 144 является одновременно и первым входом смесителя 114, а второй вход 145 блока 142 является вторым входом смесительного элемента 114, и третий вход 146, совпадающий с опорным входом 121 фазового детектора 119

Наконец, блок 142 ФAПЧ1, объединенный с генераторами 108,109, вентилями (невзаимными устройствами) 110, 111 и соответствующими направленными ответвителями 112, 113 образуют парный генератор взаимно-когерентных сигналов (генератор BKC) 147 или, в другой терминологии - генератор дублетной (мультиплетной) линий 147 ( генератор ДЛ), последний термин будет использоваться если указанный

генератор BKC используется специфически для излучение в свободное пространство излучение обеих спектральных компонент в виде дублетной компоненты через выходной объединенную антенну 137 по фиг. 17, либо двумя преимущественно одинаково ориентированными антеннами 132, 133 имеющими преимущественно одинаковые диаграммы направленности. Предпочтительно, чтобы амплитуды спектральных компонент дублетной компоненты были практически одними и теми же.

Блок 147 имеет два выхода 128 и 129, которые совпадают с выходами соответствующих направленных ответвителей 112, 113, на которые поступают большие части энергий сигналов соответственно генераторов 108, 109, один вход 148, совпадающий со входом фазового детектора 119, предназначенный для подачи сигнала опорного генератора 122, две контактные группы 149, 150, обычно соединенных между собой перемычкой 151, (наличие соединения контактной группы 149, 150 перемычкой 151 обеспечивает электрическое соединение выхода усилителя 125 и управляющего электрода ГУНа 109 с соответствующей подачей сигнала ошибки, вырабатываемого фазовым детектором 119 непосредственно на управляющий электрод 127 ГУНа 109).

При отсутствие перемычки 151 (в случае вышеописанного кодирования дублетного сигнала посредством детерминированного, не изменяющегося во времени относительного сдвига несущих частот спектральных компонент дублетной компоненты, перемычка должна быть всегда подключенной) указанный сигнал ошибки фазового детектора 119 может быть подан на один из входов сумматора напряжений сигнала 152, на другой вход сумматора может быть подан модулирующий сигнал (в виде изменения напряжения сигнала от времени например) для ЧМ/ФМ кодирования (модулирования) разностного сигнала генераторов 108, 109. Выход генератора модулирующего сигнала 153 в этом случае электрически связан с одним из входов сумматора 152 в случае.. Как указывалось выше (фиг. 17) полосы пропускания блоков 115, 126 должны быть выбраны таким образом, чтобы модулирующий, появляющийся на

выходе смесителя 114 в составе общего разностного сигнала максимально подавлялся и не проходил на выход 143 блока 142. Это обеспечивает высокую стабильность частоты разностного сигнала в промежутках отсутствия модулирующего сигнала генератора 151 и гарантирует стабильность соответственно параметров ЧМ/ФМ модулирования разностного сигнала, если ЧМ/ФМ модулирование выполняется.

Такие обозначения, связанные в объединение различных элементов в различные блоки (посредством перемычки 151), выполнены для простоты изложения последующего материала. Рассмотренный выше генератор BKC и аналогичные ему, основанные на принципе излучения практически из одного фазового центра (или нескольких, но близко расположенных) взаимно-когерентных сигналов (двух или более), с модулированными разностными частотами могут представлять значительный практический интерес в ММ/СММ системах связи. Такие системы могут найти широкое применение в беспроволочной высокоскоростной (широкополосной) межкомпьютерной связи, релейной широкополосной связи, для беспроволочной связи различных систем жизнеобеспечения внутри зданий, для скрытой связи, если несущие частоты генераторов расположены в полосах поглощения ММ/СММ излучения атмосферой (скрытность обеспечивается также принужденной девиацией (может быть по случайному закону) собственно частот несущих при сохранении указанной фазированности их разностных частот) и т.д.

При этом соответствующие приемо-передающие системы позволяют значительно уплотнить информационные каналы связи (за счет временной стабильности спектральной локализации соответствующих разностных частот), при этом расширяя как полосу одного такого канала (фазовая или частотная девиация или частотный сдвиг разностного сигнала может быть сколь угодно большой), так и диапазон частот, занимаемых такими каналами (абсолютная величина разностного сигнала может быть сколь угодно большим, при этом диапазон несущих MM (/CMM) диапазона во много раз превышает диапазоны радиочастот и СВЧ частот. В этом случае данное устройство представляет собой

передающий тракт приемопередатчика с двойной (или многими) несущей, который можно использовать для телекоммуникационных целей с повышенной помехозащищенностью и без дополнительных ограничений на полосу информационного сигнала. При этом могут быть использованы любые модуляционные/демодуляционные методы, основанные на принципе когерентной (повышенной помехозащищенности и селективности) демодуляции приемных сигналов, поскольку разностная частота присутствующая в спектре сигнала обладает повышенной фазовой когерентностью, (существует огромное количество подходов сделать ее дискретной). Фазовые модуляторы могут работать в противофазе для увеличения глубины или эффективности фазовой модуляции.

В таких системах сигналом коммуникационного сообщения модулируется разностный сигнал (или сигналы в случае числа взаимно- когерентных сигналов в составе общего сигнала больше чем два). Для реализации дуплексной связи на выходе такого приемопередатчика может быть установлен частотный диплексор, при этом разница частот передачи и приема может быть достаточно большой в силу принципа реализации устройства, что обеспечивает повышенную развязку приемо-передающих каналов. Развязку приемо-передающих каналов можно обеспечивать и разницей частот соответствующих разностных сигналов (передачи и приема соответственно)

Сам разностный сигнал может модулироваться различным образом. Некоторые описаны выше в связи с обсуждением генератора BKC реализации по фиг. 1, Модуляторы 130 и 131, входящие в состав соответствующих независимых сигнальных каналов могут осуществлять как амплитудную так и фазовую модуляцию несущих частот (при этом одновременно могут использоваться оба модулятора 130, 131, или только один 131, вторая несущая играет роль опорной для создания разностного сигнала в смесительном диоде приемного устройства путем гетеродинирования).

Другой подход в реализации частотной (или фазовой) модуляции разностного сигнала заключается в добавлении дополнительного

амплиτудно модулированного сигнала источника сообщений 152 к указанному сигналу ошибки фазового детектора 119 хотя бы посредством суммирующего этих двух сигналов блока 151 (например суммирующего операционного усилителя или другого более быстродействующего устройства).

Другая возможность в модуляции двухчастотной несущей заключается в частотно - фазовой модуляции сигнала опорного генератора 122 (источника сигнала разностной частоты). Частотная (фазовая) модуляция разностного сигнала посредством генератора BKC переносится в соответствующий разностный сигнал. В этом случае быстродействие устройства определяется частотно-фазовой реализацией цепи обратной связи ФАГГЧ

Достоинство последних двух подходов заключается в простоте интегрально-планарного исполнения такого передатчика, когда стоимость генераторов (скажем на диоде Ганна) невысокая в силу невысоких требования к стабилизации их абсолютных частот, при этом MM смеситель 114, как, впрочем, и все элементы устройства генератора BKC может быть расположен на той же подложке (и выполнен посредством единой интегральной технологии, что и MM генераторы) В качестве генераторов 108, 109 генератора BKC могут выступать генераторы любых диапазонов, начиная от ЖИГ генераторов СВЧ диапазона, легко перестраиваемых в диапазоне 8 -18 ГГц, (генерация излучения миллиметрового диапазона с использованием ЖИГ генератора СВЧ диапазона может быть осуществлена путем подачи сигнала такого генератора на вход умножителя частоты, в частности реализованного на диоде Шоттки путем образования его гармоник различного порядка), диодов Ганна ММ/СММ диапазонов, ламп обратной волны, перестраиваемых в диапазонах десятков ГГц и выпускаемых для спектральных диапазонов вплоть до ТГц. При этом схема генератора BKC может быть дополнена умножителями частот (генераторами гармоник), последовательно

включенных по одному в каждый независимый канал до или после модуляторов 130, 131 (в этом случае модуляторы должны быть настроены на соответствующий частотный диапазон функционирования).

Умножители частот могут быть реализованы на диодах Шоттки, позволяющие получить гармоники сигнала накачки с низким уровнем потерь преобразования вплоть до (в зависимости от частоты сигнала накачки) ТГц диапазона.

Каждый такой умножитель может быть снабжен частотно- селективным полосовым фильтром, выделяющим гармоники нужной кратности (в дальнейшем возможность включения на выход умножителя гармоник указанного полосового фильтра предполагается, но фильтр на дальнейших фигурах может не изображается, как впрочем в ряде случаев может и не использоваться). Применение умножителей делает возможным использовать любой участок спектра ММ/СММ для несущих, излучаемых в свободное пространство посредством антенн 132, 133 (137) (фиг. 17), используя в качестве задающих генераторов 108, 109 источники гораздо более низкой частоты (например, излучение СВЧ ЖИГ генераторов может быть переведено в миллиметровый диапазон посредством умножения частот с фактором 3-5). Реальный фактор умножения не должен превышать величину 8-10 (в противном случае уровень фазовых шумов начинает быстро нарастать и увеличиваться потери преобразования).

Частоты парных генераторов 108 и 109 могут синхронно меняться во величине в принципе в любых пределах в сторону одновременного увеличения (или одновременного уменьшения) например под управлением соответствующего блока управления 106 фиг. 16 при этом благодаря описанной схеме ФАПЧ разностный сигнал этих генераторов будет по прежнему фазово-синхронизирован указанным выше образом (при должном выборе параметров элементов петли ФАПЧ) и обладать указанной выше спектральной чистотой (а сигналы отдельных в этой паре свипируемых по частоте генераторов будут повторять частотно-фазовые изменения друг друга (сигнал одного генератора будет управлять

сигналом другого. Диапазон изменяемых частот свипируемых парных генераторов может быть достаточно большим (в случае ЛОВ или ЖИГ генераторов он может перекрывать до нескольких десятков ГГц), что позволяет получать парциальные изображения при сверхнизком уровне подсвета зоны наблюдения 6 в широком диапазоне частот, получая принципиально новую информацию в виде новых парциальных спектрально-отличных изображений.

В этом случае генератор 108, также как и генератор 109 является генератором, частота которого изменяется управляемым внешним напряжением, подаваемым на управляющий вход 154 ведущего ГУНа 108, который управляет ведомым Гунном 109 посредством описанного выше ФАПЧ блока, управляющим напряжением, а соответствующий генератор BKC характеризуется дополнительным входом 155, совпадающим с управляющим входом 154 генератора 108. Генератор BKC 147 может быть эффективно использован для существенного повышения чувствительности приемных каналов одноэлементного 49 или многоэлементного 82 блоков УЧПОС соответствующего приемного устройства СФИ существенно снижая уровень излучения, подсвечивающего зону наблюдения. Для этого предпочтительно используются генераторы СВЧ диапазона, например описанный выше ЖИГ генераторы (в частности, транзисторные) с частотой сигнала генерации, позволяющей использовать в качестве линии передачи для сигналов генерации гибкий коаксиальный кабель (обычно частота сигнала не должна превышать 36 ГГц). В этом случае сигнал одного из парных генераторов 108 подается посредством гибкого коаксиального кабеля 156 на вход описанного выше умножителя гармоник 157 (или, другими словами, генератора гармоник), выход которого связан с передающей антенной 35, посредством которой гармоники сигнала генератора 108 излучаются в направлении зоны наблюдения 8 . В этом случае ТП источник 28 состоит из генератора гармоник 157 и передающей антенны 35. Между этими элементами могут быть включены фильтр и/или

вентиль и/или аттенюатор и/или амплитудный модулятор, однако и без этих элементов приемная схема СФИ, основанная на принципе субгармонического гетеродинирования будет характеризоваться высокой чувствительностью . Для реализации высокой чувствительности сигнал второго генератора 109 с выхода 129 генератора BKC 147 посредством гибкого коаксиального кабеля 158 подается (фиг. 18) на гетеродинный вход 159 субгармонического диодного смесителя 160 в соответствующем канале блока УЧПОС одноэлементного 47 или многоэлементного 82 приемного устройства, на выходе субгармонического смесителя смесителя 160 появляются гармоники разностного сигнала соответствующих сигналов генераторов 108, 109. Гармоника разностного сигнала требуемого порядка (например, гармоника разностного сигнала сигналов генераторов 108,109 пятого порядка), полученная на выходе субгармонического смесителя 160, выделяется частотно избирательным усилительным блоком 161 УПЧ, который подключается к выходу смесителя 160 , на выходе 162 УПЧ 161 усиленный разностный сигнал гармоник 162 будет частотно стабильным и фазово-когерентным по отношению к соответствующей гармонике (порядок который равен порядку гармоник сигналов генераторов 108, 109) сигнала генератора разностных частот 122 генератора BKC 147 и при этом будет содержать информацию о коэффициенте отражения участка поверхности объекта, от которого отразился сигнал генератора 108 и который был сфокусирован фокусирующим элементом 10 на приемном элементе соответствующего приемного канала используемого приемного устройства. По величине выделенный смесителем 169 и УПЧ 161 разностный сигнал гармоник (гармоник сигналов генераторов 108,109. Сигнал генератора 108 принят приемным элементов, а сигнал генератора 109 подан на гетеродинный вход смесителя 160 через гибкий коаксиальный вход), появляющейся на выходе 162 УПЧ 161 равен частоте сигнала генератора разностных сигналов 122 в генераторе BKC 147

(фиг.17) умноженной на порядок выбранной гармоники (например, порядок равный 5).

С выхода 162 УПЧ 161 разностный сигнал подается на сигнальный вход последующего синхронного детектора 163, а на опорный вход 164 синхронного детектора 163 подается соответствующая (например, гармоника 5) гармоника сигнала генератора разностного сигнала 122 генератора BKC, которая сформирована последовательно соединенными умножителем частот 165 и полосовым фильтром 166, выход которого соединен с опорным входом 164 синхронного детектора, при этом на вход умножителя 165 подается сигнал генератора разностных частот 122 генератора BKC 147 посредством соответствующего гибкого коаксиального кабеля. На квадратурных выходах 167,168 синхронного детектора 163 появляются квадратурные составляющие соответствующего разностного сигнала гармоник, После подачи этих составляющих посредством , например, мультиплексора 89 на вход АЦП 91, их оцифровывания посредством АЦП 91 и загрузке их в память процессорного устройства 22, информация об интенсивности принятого сигнала генератора 108 (т.е. соответствующей компоненты излучения) может быть вычислена в соответствующем процессорного устройстве 22. При этом может быть определена не только интенсивность компоненты излучения генератора 108 , но и ее амплитуда и изменение ее фазы относительно сигнала генератора 109, которое она приобрела, распространяясь от излучающей антенны 35 до рассеивающей точки в зоне наблюдения и затем до соответствующего приемного элемента приемного устройства (набег фазы сигнала генератора 109 в коаксиальном кабеле является детерминированным и легко учитывается посредством соответствующей калибровки).

Наиболее простое решение определение параметров принятого (информационного) сигнала генератора 108 связано с цифровыми методами спектрального анализа сигналов, подробно описанных выше. Для их применения разностный сигнал с выхода 162 УПЧ 161 через

мультиплексор 89 подается непосредственно на вход АЦП 91 и выполняется осуществляются временные выборки разностного сигнала с достаточным темпом и с длительностью серии выборок, обратно пропорциональной требуемому спектральному разрешению разностного сигнала. Затем массив загружается в память процессорного устройства и выполняется цифровые преобразование Фурье над этим массивом с целью выявления спектрального состава разностного сигнала и по параметрам спектральной составляющей соответствующей частоте разностного сигнала (например ее амплитуде) определяется интенсивность сигнала генератора 108, принятого соответствующим приемным элементом соответствующего приемного устройства.

Понятно, что приемный канал основанный на цифровом спектральном анализе разностных сигналов может идентифицировать (декодировать) и определить интенсивность большого числа разностных сигналов и, соответственно, отличительно кодированных компонент излучения, одновременно принятых приемным элементом. Для одновременного испускания таких компонент может быть использовано любое количество ТП источников, в качестве генераторов которых применены описанная выше схема генерации гармоник парных сигналов генератора BKC. Достоинство указанной выше схемы приемопередатчика для системы формирования изображений также заключается в том, что СВЧ сигналы парных генераторов могут передаваться в ПР источник излучения и устройство приемника посредством гибких коаксиальных кабелей достаточно длины, а не посредством жестких и длинных отрезков волноводов (последнее нецелесообразно с практической точки).

Более того, если синхронно с оцифровыванием сигнала с выхода 162 УПЧ 161 оцифровывать с выхода 164 умножителя частот 166 сигнал соответствующей (в нашем примере 5 -ой) гармоники сигнала генератора разностных сигналов 122 (предполагается в данном случае, что блоки 165 и 166 в схеме цифрового спектрального анализа сигналов сохранены) и как массив информационного (разностного) сигнала и опорного (сигнала

генератора 122) сигнала (точнее их гармоник одинакового порядка) загружены в память процессорного блока 22, то вычислительным путем может быть определена как амплитуда, так и относительная фаза разностного сигнала, а значит и принятой соответствующим приемным элементом ПУ компонентой излучения генератора 108. Определения частотно-фазовых характеристик прошедшей через зону наблюдения компоненты излучения может быть использована в ряде различных приложений.

В случае использования генератора BKC 147 в качестве генератора дублетных линий, т.е. в этом случае сигналы обоих парных генераторов 108,109 одинаково излучаются в сторону зоны наблюдений 8 либо через независимые, но близко расположенные антенны 132 , 133, либо через общую антенну 137, приемные каналы соответствующих блоков УЧПОС должны быть соответственно адаптированы для приема, декодирования и последующей обработки соответствующих разностных сигналов таких дублетных компонент излучения, например, путем использования схемы показанной на фиг. 19. В такой схеме (фиг. 19) обе составляющие излучения (различные по несущей частоте) дублетные компоненты принимаются приемной антенной 48 одновременно в соответствующей точке поверхности резкого фокусирования фокусирующего элемента 15 и их электрические сигналы подаются на вход смесителя (смесительного диода) 169 и независимо друг от друга преобразуются по частоте вниз, при этом на гетеродинный вход 170 смесителя 169, подается сигнал местного гетеродинного генератора 171. После усиления в усилителе УПЧ 161, смещенные по частоте сигналы дублетных составляющих подаются на вход нелинейного элемента 172 (квадратичного детектора, диода) на выходе которого образуется их разностный сигнал, после фильтрации и усиления в усилителе УПЧ 173 (частотные характеристики которого выбраны у учетом фильтрации самого разностного сигнала, а не его гармоник) разностный сигнал, частота которого равна разности частот сигналов генераторов 108,109, при этом фаза синхронизована с фазой

спектрально-чистого стабилизированного сигнала генератора разностного сигнала 122 генератора BKC 147, через мультиплексор 89, подается на вход АЦП 91 и оцифровывается в виде последовательности временных выборок определенной длительности. Полученный массив выборок загружается в память процессорного устройства 22 и затем выполняется соответствующее Фурье преобразование над этим массивом для определения спектрального состава оцифрованного сигнала. Интенсивность дублетных составляющих может быть определена из полученного спектра в соответствии с многократно описанными выше алгоритмами цифрового спектрально анализа. Понятно, что приемное устройство, основанное на схеме по фиг.19 может выявить достаточное количество дублетных компонент с различной разностной частотой, которое определяется длительностью производимых выборок и полосой рабочих частот приемного устройства в целом. Плотности же независимых информационных каналов велика, благодаря прецизионной частотной сетке разностных сигналов, возникающих на выходе диода 172. При этом частотной стабильности генераторов 108, 109 и гетеродинного генератора 171 не предъявляется никаких существенных требования, поскольку их фазовые шумы не влияют на спектральную частоту соответствующих разностных сигналов. При этом число каналов предварительного частотного преобразования дублетных составляющих может быть больше одного без влияния на качество разностного сигнала, образующегося после таких преобразований, после любые фазовые искажения вносятся в предварительных электронных каскадах в обе дублетные составляющие одинаковым образом.

Схема по фиг.19 может быть использована также для приема компонент излучения с различной амплитудной модуляцией.

Другая схема приема сигналов, функционально эквивалентная схеме, обсуждаемой в связи с фиг. 19, представлена на фиг.20. В этом случае в качестве приемного элемента 174 используется антенно-связанный нелинейный элемент. Нелинейный элемент 175 (как правило, диод

Шоттки) помещают в клеммы приемной антенны, при этом нелинейный элемент 175, соединяет как правило, две металлические части 176, 177 приемной антенны.

В этом случае первичный электрический сигнал, наведенный на антенных частях 176, 177, падающим излучением, состоящим из компонент излучения 178, 179, квадратично детектируется на нелинейном элементе 175 с образованием их разностного сигнала, который появляется на выходе 180 такого приемного элемента 174. В этом смысле точка 180 схемы на фиг. 20 эквивалентна точке, совпадающей с выходом нелинейного элемента 172 схемы на фиг. 19. Поэтому последовательно соединенные усилитель 181, мультиплексор 89 и АЦП 91 фиг.20 в этом случае функционально эквивалентны усилителю 173, мультиплексору 89 и АЦП 91 в схеме на фиг.19, получая тот же конечный результат обработки принятых сигналов, что и получаемый в схеме фиг.19. Приемный элемент 174 может преобразовать индуцированный на его антенных частях первичный электрический сигнал по частоте вниз, если на тот же приемный элемент 174 вместе со сфокусированным излучением 178,179 квазиоптически подается излучение 182 гетеродинного генератора (как правило, излучение гетеродинного генератора 182 падает на приемный элемент 174 в виде плоского волнового фронта). В последнем случае, на выходе 180 приемного элемента 174 появляются смещенные по частоте вниз парциальные электрические сигналы, соответствующие компонентам излучения 178,179. В этом смысле точка 180 схемы на фиг. 20 эквивалентна точке, совпадающей с выходом смесительного диода 160 схемы на фиг. 18. Поэтому последовательно соединенные усилитель 181, мультиплексор 89 и АЦП 91 фиг.20 в этом случае функционально эквивалентны усилителю 161, мультиплексору 89 и АЦП 91 в схеме на фиг.18, характеризуемая тем же конечным результатом обработки принятых сигналов, что и получаемый в схеме фиг.20.

К числу достоинств таких схем приема (в соответствии с фиг.19, фиг.20) заключается в возможности интегрального (монолитного) исполнения многоэлементной матрицы приемных элементов 174. При этом используются как правило планарные антенны, технологически легко реализуемы, что не ограничивает возможности тщательного выбора их параметров.

Высокостабильные разностные сигналы, отвечающие за различные парциальные компоненты принимаемого приемным устройством излучении могут получены в других реализациях приемо передающей аппаратуры СФИ, описываемые ниже.

Высокостабильные разностные сигналы, отвечающие за различные парциальные компоненты принимаемого приемным устройством излучении могут получены в других реализациях приемо-передающей аппаратуры СФИ, описываемые ниже. Одна из реализаций генератора взаимно когерентных сигналов генератора BKC с числом генерируемых сигналов большим двух и с различным значением разностных частот представлен на фиг. 21. В состав генератора BKC 182 входят генераторы отдельных сигналов 183, 108, 109, все или только за исключением одного 183 являющимися ГУНами. Один из генераторов 183 выбран в качестве ведущего, за фазой сигнала которого посредством соответствующих ФАПЧ блоков будут следовать фазы остальных генераторов - ведомых ГУНов 108, 109. С этой целью меньшая часть энергии сигнала генератора 183 посредством направленного ответвителя 184 ответвляется в волноведущий канал 185 (волноводного или микрополоскового исполнений в зависимости от реализаций генераторов 183, 108, 109), заканчивающегося согласованной нагрузкой 186 для минимизации отражений, и набором направленных ответвителей 187, 188, каждый из которых снабжает соответствующей частью энергии сигнала ведущего генератора 183 управляющие ФАПЧ цепи ведомых генераторов 108, 109. В состав указанных управляющих цепей входят блоки 189, 190, функционально полностью соответствующих второму

объединенному блоку 142 (фиг. 17) имеющим входы 191, 192, 193 (блока 189) и 194, 195, 196 (блока 190) которые функционально эквивалентны соответствующим входам 144, 145 и 146 блока 142, а выходы 197 (блока 189) и 198 (блока 190) соответствуют выходу 143 блока 142; а также блоки 199 и 200, являющимися генераторами разностных частот функционально эквивалентных блоку 122 (фиг. 17), но имеющих различные частоты соответствующих генерируемых сигналов. Схемы снабжены также направленными ответвителями 201, 202 каждый из которых делит сигналы соответствующих генераторов 108,109 на меньшие части, подаваемые на входы 192 и 195 блоков 189, 190 а большие части к волноведущим структурам 203, 204, которые могут либо через умножители частот 157,205 кратно увеличивающих частоту излучения (путем генерации гармоник) направляются в зону наблюдения 6 посредством присоединенным к этим умножителям передающих антенн 35, 206 (частоты излучаемых генераторами гармоник - умножителями- равны частотам гармоник генераторов 108,109), либо непосредственно присоединены к антеннам 35, 206 (необходимые в этом случае направленные вентили не показаны на фиг. 21).

Принцип достижения фазового синхронизма разностного сигнала генераторов ведомого 183 и одного из ведущих 108 (аналогично и с любым другим ведомым генератором 109) с сигналом генератора разностной частоты 199 достигается следующим образом. На вход 191 блока 189 подается меньшая часть сигнала генератора 183 а на вход 192 этого блока 189 меньшая часть сигнала ведомого генератора 108, блок 189 по аналогии с функционированием блока 142 (фиг. 17) вырабатывает управляющий сигнал ошибки пропорциональный фазовому рассогласованию разностного сигнала генераторов 183 и 108 и сигнала генератора опорной частоты 199, который с входа 197 попадает на управляющий электрод 154 ГУНа 108 для уменьшения указанного фазового рассогласования до достижения полного фазового синхронизма указанного разностного и указанного опорного сигналов. Соотношение

между указанными выше меньшими частями генераторов 183 и 108 должно быть таким же как и для соотношение меньших частей генераторов 108, 109, обсуждаемых в связи с рисунком 17. Таким образом, достигается синхронизм разностных сигналов ведомого 183 и ведущих генераторов 108, 109 с соответствующими сигналами (преимущественно с различными параметрами) опорных генераторов 199, 200.

.Другими словами процедуру формирования множественных взаимно-когерентных сигналов можно описать следующим образом.

Меньшая часть энергии сигнала ведущего генератора 280 поступает через направленный ответвитель 184 в волноведущий канал 185, из которого части энергии этого сигнала через направленные ответвители 187, 188 в блоки генерирования других взаимно-когерентных сигналов. В каждом блоке соответствующий сигнал из канала 185 подается на один из входов смесителя 93 второго объединенных блока 189 (эквивалентный 142 фиг.17) . На другой вход этого смесителя подается часть энергии ведомого генератора 108 и наконец на вход фазового детектора 95 блока 189 подается сигнал разностной частоты генератор разностной частоты 199, с частотой различной для различных генераторных блоков. Благодаря петле обратной связи, которые обеспечены посредством ФАПЧ (фазы соответствующих разностных сигналов оказывается захваченной фазами сигналов соответствующих опорных генераторов), выходы соответствующих направленных ответвителей 184, 187, через которые поступают большие части энергий сигналов могут быть связаны со входами умножителей частоты 157, 205, 207 для образования взаимно- когерентных сигналов более высокой частоты и затем направляются в зону наблюдения 6, посредством соединенных с умножителями антенн соответственно 35,207 и 208. В этом случае объект освещается мультиплетным излучением, каждая компоненты которого сдвинута относительно основной (испускаемой ведомым генератором 183) на точные спектральные величины равные частотам генераторов разностных частот 199, 200.

При этом сигнал одного из генераторов преимущественно ведущего 183 может быть использован как гетеродинный источник в схеме приема фиг. 18, при этом его сигнал с выхода 209, согласующего устройства 210, подсоединенному к выходу основного канала направленного ответвителя 184 и предназначенного для трансформации энергии сигнала из волноводной линии передачи в коаксиальную линию передачи с минимальными потерям и через которое сигнал генератора 183 трансформируется из его волноводной моды в соответствующую моду коаксиального кабеля и может далее передаваться по коаксиальному гибкому кабелю, для подачи сигнала генератора 183 непосредственно на гетеродинный вход 159 (или несколько таких входов, если используется многоканальный УЧПОС)) смесителя 160 (лей) соответствующих каналов соответствующего блока УЧПОС, в то время как сигналы генераторов 108, 109 используются для освещения зоны наблюдения 6. После отражения от объекта и приемом каждым приемным элементом соответствующего приемного устройства эти сигналы будут смешаны в соответствующих смесительных элементов приемных каналов блока 49 с соответствующей гармоникой сигнала гетеродина 183. Образовавшиеся на выходе таких смесителей разностные сигналы будут обладать частотной и фазовой стабильностью генераторов разностных сигналов 199, 200, частотно будут разделены в соответствие с выбранными гармониками соответствующих генераторов разностных частот 199, 200 и будут нести информацию как интенсивности отраженных объектом сигналов.

Такой подход значительно решает проблему гибкости реализации различных устройств освещения зоны наблюдения и приема рассеянных в ней компонент излучения, поскольку гибкий коаксиальный кабель позволяет легко перемещать в пространстве системы подсвета легкий блок ТП источника, состоящий из умножителя, нагруженного антенной, и помещать его в любую точку, оптимальную для освещения объекта 8 посредством соответствующего сканирующего устройства. Существенно также, что различные генераторы 108, 109 взаимно-когерентных сигналов

по отдельности и достаточно просто технически могут освещать различные участки объекта

Состав и взаимная последовательность радиотехнических узлов, входящих в состав каждого из соответствующих приемных каналов приемного устройства 25 или 82, а также принцип их совместного функционирования при усилении и декодировании сигналов излучений парциальных составляющих, отраженных тем участком поверхности 87 (фиг. 15) объекта 8, на который «cмoтpит» соответствующий приемный элемент 48 приемной матрицы 85 (ассоциированного с одним из указанных каналов), определяется особенностью и последовательностью первичного кодирования излучения, различного для различных парциальных источников 3,4,7 и даже вторичного кодирования (если таковое осуществляется соответствующим ПР источником излучения). В общем случае осуществление двойного (как и большей кратности) декодирования (демодуляции) не представляет существенной сложности и может быть осуществлено с использованием типовых радиотехнических узлов (включая наряду с усилителями соответствующих диапазонов, гетеродинных смесителей, амплитудных (квадратичных) детекторов, синхронных (параметрических) детекторов, в том числе сканирующих, еще и цифровые узлы, позволяющие определенную временную последовательность усиленных и смещенных по частоте вниз (может быть при этом частично-декодированных ) сигналов перевести в их цифровую форму посредством АЦП и осуществить их декодирование посредством методов цифровой обработки сигналов. И это можно осуществлять для любых видов (среди них много достаточно известных) модуляции/демодуляции ММ/СММ излучения.

Как указывалось выше в MM /CMM диапазонах отражение излучения от большинства наблюдаемых объектов осуществляется преимущественно зеркальным образом. Этот факт и определяет низкий уровень качества изображений, формируемых в ММ/СММ диапазонах , даже если пространственная когерентность излучения в области поля

зрения СФИ существенно снижена, по аналогии с оптическими системами формирования изображений.

Сказанное поясним на примере изменений в фазорных диаграммах для компонент излучения при их распространении от участка рассеивающей излучение поверхности 87 объекта 8 (фиг. 15) до точки

ПРИз, совпадающей с положением соответствующего элемента приемной матрицы 48.

На фиг. 22 представлены фазорные диаграммы 211,212,213 компонент излучения. Фазорная диаграмма 188 соответствует состоянию компонент излучения в зоне наблюдения бточке пространства (фиг. 15), находящейся вблизи точки 87 поверхности объекта 8, в момент, предшествующий рассеянию этих компонент указанной поверхностью. Диаграммы 212 и 213 соответствует состояниям компонент излучения в пространственной точке вблизи элемента 48 приемной матрицы 85 в случае, когда это излучение было рассеяно указанной точкой поверхности 87 объекта 8 (фиг.15) соответственно преимущественно зеркальным образом (диаграмма 212), либо преимущественно диффузным образом (диаграмма 213).

На фиг. 23 изображена схема системы формирования изображений, иллюстрирующая механизм формирования сильных «зepкaльныx» и слабых «диффyзныx» сигнальных составляющих в принятом элементом 48 (фиг.15) сигнале. Каждый фазор (214, 215), фиг.22, соответствует компоненте излучения, излученной одним из точечных источников излучения, входящий в состав многоэлементного пространственно- распределенного источника.

Такие фазоры имеют практически одинаковую амплитуду (длину) и различные взаимные фазы 216, 217 (последние несущественны поскольку схема обработки сигналов в конечном итоге выделяет квадраты длин фазоров) перед моментом рассеяния компонент излучения объектом. Если эти компоненты рассеяны участком поверхности диффузно, то соответствующие им индикатрисы их рассеяния имеют широкие угловые

распределение 218, 219, фиг.23, поэтому относительные части волновых фронтов «диффyзныx компонент)), попавших во входной зрачок линзы 10 будут практически одинаковыми. Длины фазоров соответствующих компонент 220,221 на «диффyзнoй» диаграмме 213 фиг. 22 после их фокусирования на соответствующем приемном элементе 48 будут практически одинаковыми (в том случае, когда в формируемых парциальных изображениях присутствуют спекловые искажения, под одинаковостью фазоров понимается равенство среднестатистических отклонение в распределении спекловых осцилляции в данной и ближайших приемных точках для парциальных изображений, соответствующим рассмотренным компонентам), поэтому система будет работать как схема с идеально разрушенной пространственной когерентностью освещающего и принимаемого приемным устройством излучения. При этом имеет место формирование пространственно- некогерентных изображений улучшенного качества, если объект отражает компоненты диффузным образом (за счет эффекта статистического усреднения когерентных спеклов и другого вида пространственных шумов). Если компоненты рассеялись участком поверхности зеркально, то соответствующие индикатрисы их рассеяния имеют узкие угловые распределения 222, 223. Поэтому относительные части волновых фронтов соответствующих различным «зepкaльным компонентам)) будут различны и такие фронты будут различным образом перехвачены входным зрачком линзы. Зеркальная часть 224 соответствующей индикатрисы рассеяния попадает во входной зрачок линзы 10 только для части точечных источников, подобно ТП источнику 83, МПР источника излучения 82, в то время для остальных ТП источников, подобно 28, только диффузная (энергетически относительно малая) часть 225 перехватывается входным зрачком линзы 10. Поэтому в фазорной диаграмме 212 доминирует «зepкaльный)) фазор 226 по сравнению с любым «диффyзным)> фазором типа фазора 227.

Если рассматриваемые компоненты излучения не модулируемы, то и сигнал получаемый приемным устройством детектируется как неразделяемая сумма квадратов соответствующих фазоров. Поскольку в этой сумме доминирует только сигнал, сформированный только частью близко расположенных точечных источников вблизи ТП источника 83 МПР источника излучения 82, то и формируемое этими источниками миллиметровое изображение в ПРИз фокусирующего элемента 10 будет пространственно когерентным со свойственными ему спекловыми искажениями, несмотря на то, что объект освещается пространственно некогерентным светом. Поскольку каждая отдельная рассматриваемая компонента излучения как в области объекта так и в области приемной матрицы обладает высокой пространственной когерентностью (она образована точечным источником излучения), поэтому и парциальное изображение, сформированное такой компонентой будет пространственно- когерентным со свойственным ему шумовым спекловым распределением. Таким образом, при зеркальном характере отражения излучения от объекта наблюдения (что свойственно ММ/СММ излучения) никакое разрушение когерентности излучения в области объекта (в отличие от оптического диапазона) не позволит улучшить качества его изображения, сделав это изображение свободным от когерентных спеклов и от влияния эффекта Гиббса.

Если компоненты независимо модулируемы (или кодированы), то на приемной стороне после их независимого приема существует возможность изменить их относительный вклад в суммарные сигналы для каждого элемента синтезируемого (или относительный вклад в величину каждого пикселя) итогового (результатного) изображения аппаратным или программным путем. В этом случае из плохого «зepкaльнoгo» изображение будет искусственным образом получено «диффyзнoe» изображений с высоким визуальным качеством (соответствующая трансформация состояний фазорных диаграмм показана стрелкой 228 на фиг. 22).

Рассмотренный выше формализм фазорных диаграмм остается верным и для случая использования пространственно-распределенног� � источника излучения с синтезированной апертурой, когда различные компоненты излучения генерируются в различные моменты времени благодаря механическому перемещению (сканированию) единственного источника излучения по поверхности, формируемой предпочтительными пространственными положения такого источника относительно наблюдаемого объекта (в результате перемещений источника осуществляется синтезирование полной апертуры пространственно- распределенного источника). В этом случае квадраты амплитуд различных фазоров накапливаются в приемном устройстве последовательно во времени (приемное устройство должно быть соответствующим образом адаптировано для такого режима приема) в соответствии с темпом перемещений указанного источника. Проанализируем возможности указанной выше коррекции отдельных парциальных составляющих сигналов изображений. В соответствие с принципом суперпозиции комплексная амплитуда излучения в точке приема (например в области приемного элемента) может быть представлен как сумма комплексных амплитуд парциальных составляющих компонент этого излучения (фазоров), каждая из которого была излучена одним из независимых элементов пространственно-распределенног� � (ПР) источника излучения и, после распространения в сторону зоны наблюдения была рассеяна тем участком поверхности объекта наблюдения 87, который оптически сопряжен (посредством формулы линзы 10) с рассматриваемой точкой приема (точкой расположения приемного элемента 48 в ПРИЗ), далее в процессе дальнейшего распространения компонента частично попала во входной зрачок СФИ и была сфокусирована в рассматриваемой точке приема, обозначаемого индексами (m,k)

^β? V(У _m , _k ) Vtf ^k (y _m>k ))- exp(/C ^fc (У _ra , _k )) (D

Для простоты рассмотрения независимые ТП источники МПР источника 82 упорядочены в виде двумерного матричного набора, в котором каждый ТП источник имеет свой порядковый номер строки i и столбца j, однозначно определяющие его положение в пространстве, в том числе и по отношению к поверхности освещаемого объекта 8 в точке наблюдения объекта 87. В этом случае порядковые индексы ТП источника (i,j) однозначно определяют угол 229 падения βу созданного им парциальной компоненты излучения, проходящей через объектную плоскость 230, на участок 231 поверхности 232 объекта 8 в точке наблюдения 87. В другом случае участок 231 может располагаться в отношении входного зрачка линзы ближе чем объектная плоскость.

Понятно, что суммирование в (1) выполняется по всем (фазово) - независимым элементам ТП источникам МПР источника (I -максимальное число ТП источников элементов МПР источника излучения вдоль строк, J — вдоль столбцов соответственно

В формуле (2) ф™ означает абсолютное значение фазы рассматриваемого парциальный компоненты излучения непосредственно после его излучения элементом ПР источника (i,j) в один из моментов времени, фf] i^ _{m k} ,β _t ^ - средний набег фазы этой компоненты излучения при ее распространении от элемента ПР источника до приемного элемента ( т.к. этот множитель не изменяется во времени и не влияет на конечный результат, то он в дальнейших формулах будет опущен), наконец фf _J {x _{m k} , β _{ι J} ) - дополнительный случайный фазовый набег, учитывающий распространение компоненты излучения в углублениях рассеивающего объекта для рассматриваемого участка 229 поверхности объекта наблюдения 8. Этот фазовый набег компоненты при ее дополнительном распространении от объектной плоскости 230 фокусирующего элемента 10 до реального расположения d _d конкретного рассеивающего участка 231 объекта, и наконец, ^α ' V _y ^>k (y _{m k} ) - та часть парциальной компоненты

излучения, которая была отражена рассматриваемым участком объекта (данный участок может характеризоваться точкой х _{m k} ), затем попала во входной зрачок фокусирующего элемента 10 СФИ и сфокусирована на приемном элементе 48 в точке ПРИз у _{m k} . Амплитуда фазора ^« , ^d ^ ^m,k ф _^ ^) определяется той частью волнового фронта соответствующей составляющей, которая попала во входной зрачок фокусирующего элемента 10 и зависит от индикатрисы рассеяния этой компоненты тем участком поверхности объекта в точке х _{m k} , который квази-оптически сопряжен с соответствующим приемным элементом в точке у _{m k} посредством линзы (указанная индикатриса во многом зависит от характера отражения - зеркального или диффузного). В общем случае для фазы указанного дополнительного набега можно записать

Ф.Л^ β u) - 2π ^ _{cQs βm kj j} (3)

d _d - расстояние (или оптическое расстояние, если объект находится в среде) от рассеивающего участка поверхности (206) объекта до объектной (входной) плоскости 207) линзы ( сопряженной с приемной плоскостью формулой тонкой линзы) фиг.24 , β ^mJc i,j - угол падения (229) парциальной компоненты излучения ТП источника ПР источника (i,j) на точку поверхности объекта x _m>k , аf - индекс, характеризующий параметр подсвечивающего объект компоненты излучения, при этом t показывает тип отличительного физического свойства этого излучения (например частоту его несущей, его поляризацию и т.д. (либо и то и другое одновременно и т.д.), а d - конкретную величину его значение (например 94 ГГц для частоты или линейную горизонтальную поляризацию либо даже совместный набор таких значений, (если индекс характеризует одновременно несколько характерных параметров подсвечиваемого излучения).

Сигнал на выходе инерционного квадратичного амплитудного детектора (в предположении, что все гармоники несущей отфильтрованы,

а сигнал отнормирован на коэффициент усиления приемных каналов приемного устройства) и в рассматриваемой точке y _mjk приема в соответствие с (1), (2) будет иметь вид

(4), где T - характерное время усреднения сигнала инерционной частью указанного детектора. В случае, когда разность фаз компонент , излученных различными элементами ПР источника остается постоянной (случай элементов ПР источника, излучающих фазово-когерентные компоненты излучения), выходной сигнал будет состоять из обоих слагаемых и будет содержать интерференционные добавки, определяемые фазовыми соотношениями ф'"j ^к - ф™f между различными компонентами излучения.

Второй интерференционный член может быть удален из суммы (4), если указанные разности фаз ф"f' -ф^f изменяются во времени случайным образом. Этот случай соответствует освещению объекта пространственно-некогерентным излучением и имеет место , когда за время T разница фаз для составляющих сигнала, соответствующих различным угловым парциальным компонентам излучения, принимает равновероятно все возможные значения в диапазоне 2π. Данная ситуация имеет место и в том случае, если излучения всех ТП источников не модулируются или модулируются одинаковым образом, что не позволяет отличить различные компоненты, принадлежащим различным ТП источникам ПР источника излучения. Этот случай полностью описывает случай ПР источника излучения, используемого в прототипе. Существенные недостатки такого источника, связанные с зеркальным характером отражения миллиметрового диапазона, обсуждались ранее.

В случае независимого отличительного кодирования (например посредством амплитудной модуляции) каждой угловой компоненты излучения, как впрочем и любой другой физически отличительно

компоненты излучения (среди таких компонент -компоненты, характеризуемой различными значениями несущей частоты и/или поляризационного состояния и т.д.) появляется возможной

В другой реализации СФИ, компоненты ТП источников (в том числе квадраты длин фазоров их излучений или длин фазоров) могут быть определены независимо за счет селективного кодирования (например) модулирования парциальных компонент каждого ТП источника и соответственно за счет независимый селективный прием каждым приемным элементом и последующего декодирования (например, демодулирования) парциальной компоненты излучения каждого ТП источника (i,j), входящего в состав МПР источника.

В обоих случаях второй член суммы (4), описывающий эффекты взаимной интерференции парциального излучения от различных ТП источников излучения подавляется (в этом случае интермодуляционная шумовая поправка в продетектированном сигнале оказывается равной нулю) в то время как первый член суммы оказывается только пропорциональным времени накопления T, (предполагается все модуляции сигнала сняты предыдущими демодуляционными схемами), который в дальнейшем в тексте не показан в формулах но его присутствие подразумевается. Таким образом сигнал на выходе инерционного амплитудного детектора оказывается равным величине

^α ' ^d S _m>k (y _m , _k ) = ∑( ^α/ V- ^k (У _m , _k )) ² (5)

Т.о. регистрируемый сигнал представляет собой в этом случае сумму квадратов модулей амплитуд принятых приемным элементом 48 парциальных компонент излучения (квадратов длин соответствующих фазоров (см. фиг. 22)), умноженной на время усреднения T (в формуле (5) не показана, как и далее по тексту) и пропорционален сумме усредненных во времени мощностей этих компонент (пропорциональных мощности соответствующих компонент излучения в данной точке приема)

накопленных за время T, без какого-либо шумового влияния взаимных фазовых соотношений между этими компонентами излучения.

По сути соотношение (5) означает, что сигнал, регистрируемый на выходе квадратичного инерционного детектора представляет собой сумму интегральных мощностей (плотностей излучения, в том числе спектральных, для данного набора диапазонов изменения физических параметров, характеризуемых рассматриваемые компоненты излучения, накопленных за время экспозиции изображения) парциальных изображений, образованных парциальными фазово-независимыми составляющими излучения (в соответствие с (5), каждое из которых было случайным и независимым образом излучено одним из независимых ТП источников ПР источника излучения и соответствующие компоненты являются фазово-независимыми.

В случае когда это излучение кодировано отличительным образом, то есть различные компоненты излучения могут быть приняты приемником в результате процедур декодирования независимо друг от друга и их характеристики (например, усредненная мощность) определены независимо, то такой сигнал можно представить как разделимое независимое множество компонент,

^α? Si _k ( _{У ra>k} ) = U( ^α ' V _i f) ² (6)

которое может быть преобразовано в сумму типа (5) (характеризуемое только одним числом- значением величины элемента

(m,k) вместе с произвольно выбираемым весовым множителем ^α ' R|" _j ^k для каждой такой независимой компоненты, включенной в такое множество

^α? S _m,k (у _m,k ) = ∑ ° ^< " R£ ^k • ( ^«< " V^ ) ² (7)

Причем получаемое при этом матричное результатное изображение можно представить как матрица элементов результатного синтезированного (комбинированного изображения), каждый элемент характеризуется положением соответствующей точки приема у _{m k} в

ПРИз, где были приняты соответствующие компоненты сфокусированного излучения и величина значения которого равна "' S _{m k} (y _{m k} ) .

При этом величины весовых коэффициентов ^a ' R _y ^>k будут выбираться из условий получения цельного изображения наилучшего визуального качества и/или информационного содержания. Поскольку эти коэффициенты можно изменять произвольным образом (например, процессором, когда сигналы оцифрованы и загружены в его память), число таких сумм, также как и изменение относительного вклада каждой компоненты в итоговое значение величины элемента (равного указанной взвешенной сумме) результатного (синтезированного) изображения соответствующему данному сигналу. Это позволяет, например, подавлять избыточно большой сигнал одной из компонент соответствующей компоненте излучения, характеризуемой зеркальным отражении от участка поверхности объекта, когда остальные компоненты отразились диффузно, а значит с малым уровнем их сигнала по сравнению с зеркальным сигналом. Причем это может быть сделано для каждого элемента формируемого таким образом изображения и с числом компонент в каждом элементе, равным числу независимо декодируемых сигналов из сигнала, получаемого соответствующим приемником. Независимые ТП источники 28, 80 СПУ 24 или независимые ТП источники 28, 28, МПУ 81 создают в зоне наблюдения 6 независимые пространственные компоненты излучения, которые могут быть либо излучаться в одни и те же моменты времени, при этом они различным образом кодируются (например имеют различную частоту их амплитудной модуляции), чтобы быть, после их приема в плоскости ПРИз соответствующим приемным устройством, независимо декодироваными (демодулированы) и обработаны в соответствующих приемных устройствах 25,82 с целью определения их интенсивностей (усредненной во времени мощности), либо излучаться последовательно во времени , что позволяет использовать принцип временного демультиплексирования их

сигналов в соответствующих приемных устройствах 25, 82, чтобы они были независимо обработаны в этих устройствах. Различные совокупности этих компонент могут излучаться одновременно и различно кодироваться, образуя соответствующую группу компонент излучения, при этом различные такие группы могут излучаться последовательно во времени, что позволяет использовать принцип временного демультиплексирования в ПУ для сигналов компонент, принадлежащих различным указанным группам. При этом каждому отличительному угловому направлению распространения компонент излучения в зоне наблюдения, которому однозначно соответствует определенная пространственная позиция одного из ТП источников соответствующего ПР источника (СПУ или МПУ), может соответствовать несколько физически отличных компонент (например одно и то же направление распространения могут иметь сразу несколько компонент отличных друг от друга по частоте излучения (например 94 Ггц, 105 Ггц, 115, Ггц и т.д.), которые при этом имеют одинаковый тип поляризации и/или различный (например линейно поляризованные компоненты в вертикальной и/или горизонтальном направлениях и/или компоненты с круговой поляризацией), в любом случае соответствующие приемные устройства должны определить распределение интенсивности каждой из таких компонент излучения в плоскости резкого фокусирования ПРИз после их фокусирования фокусирующим элементом 10 в эту плоскость ПРИз независимо для каждой компоненты ( посредством приема приемными элементами ПУ и обработки в их УЧПОС) и загрузить значение величин элементов соответствующих парциальных изображений в память процессорного устройства 22 для их последующей обработки. Отличительные направления распространения компонент (отличительно- угловых) излучения однозначно связано с пространственными положениями либо соответствующих ТП источников не сканируемого многоэлементного пространственно распределенного (МПР) источника излучения, либо с пространственными положениями какого-либо одного

ТП источника либо нескольких, который он (или они) занимают во время своего механического сканирования в плоскости сканирования 31 соответствующего СНУ 24 для формирования соответствующего парциального изображения. Набор всех возможных отличительных пространственных положений ТП источников образуют пространственную апертуру соответствующего пространственно- распределенного источника излучения, либо фиксированную апертуру в случае многоэлементного пространственно-распределенног� � (МПР) источника 82 излучения, либо синтезированную апертуру в случае сканируемого пространственно-распределенног� � источника (СПУ) 24 источника излучения, в виде соответствующей двумерной матрицы пространственных положений (изображенной на фиг. 25) соответствующих ТП источников.

В случае использования амплитудного модулирования для кодирования различных компонент, спектр каждой отдельной такой парциальной компоненты излучения будет состоять по крайней мере из спектральной компоненты на несущей частоте освещающего излучения и по крайней мере дополнительно из двух спектральных боковых компонент, возникающих в результате указанной модуляции, которые сдвинуты относительно основной - нулевой составляющей на величину частоты модуляции Ω ^mo . Эти сдвиги для боковых спектральных составляющих оказываются различными для различных ТП источников и соответствующих радиационных компонент. Диффузор разработан таким образом что интенсивность указанных составляющих - компонент излучения после их отражения этим диффузором оказывались равными по величине во всей области наблюдения (т.е. выполняется условие равномерного освещения объекта излучением указанной компонентой). На фиг. 25 схематично представлен многоэлементный пространственно- распределенный (МПР) источник излучения, характеризуемый пространственно-распределенным� � ТП источниками 28,83, расположенных на поверхности апертуры этого МПР источника в виде

двумерной матрицы таких ТП источников, геометрически ролностью соответствует рассмотренной выше двумерной матрицы пространственных положений ее ТП источников (ГШТПИ) (конструктивно это могут быть ТП источники любой из выше рассмотренных реализаций), каждый из которых имеет собственную частоту AM модулирования Ω ^mod излучаемого им излучения (либо соответствующую разностную частоту, если используется дублетное кодирование ).

На фиг. 26 представлен спектр 233 одной из боковых полос результирующего (излученного всей матрицей ТП источников) составного излучения в зоне наблюдения в случае использования для кодирования различных компонент различительного амплитудного модулирования. Этот спектр состоит из практически непрерывно заполненного (благодаря соответствующему выбору частот соответствующих модулирующих сигналов) набора боковых спектральных линий (234,235) соответствующих парциальных компонент излучения, каждая из которых принята одним и тем же элементом приемной матрицы (m, k) и величина каждой из которых y ^a ' V™- ^k J соответствует усредненной по времени мощности (множитель пропорциональный времени усреднения T опущен здесь и далее, но предполагается его наличие как результат временного усреднения) одной из указанных выше парциальной компонент излучения, которая была излучена в сторону зоны наблюдения 6 объекта соответствующим ТП источником излучения из пространственной точки пространственно- распределенного источника излучения (СПУ или МПУ), характеризующегося индексами (i,j). При этом предполагается, что каждая такая компонента, характеризующаяся своим направлением распространения в зоне наблюдения 6 (каждая такая угловая компонента имеет свой собственный набор индексов (ij)), характеризуется собственной величиной другого отличительного физического признака или набором величин дополнительных физических признаков ( как

обсуждалось выше), где t— индекс физического свойства ( например t=l означает несущую частоту излучения) Д- порядковый номер показывающий величину физического параметра или набора параметров например t=l, 1=1 может означать частоту величиной в 94 Ггц, t=2 1-1 компоненту с вертикальной линейной поляризацией). При этом число спектральных независимых линий типа 235, 234, для каждого параметра а'i может быть равно числу позиций ТП источников типа 28, 83 их позиций в апертуре соответствующего ПР источника излучения (СПУ или МПУ) в соответствующей матрицы пространственных позиций ТП источников, имеющей размерность элементов пространственных позиций (IxJ). Где I - число строк элементов этой матрице, J - число ее столбцов.. Величины этих спектральных компонент в зоне наблюдения до их взаимодействия с объектом , предпочтительно равны между собой (фиг. 26) благодаря конструктивному ПР источников, а значения интенсивности в каждой поверхности волнового фронта каждой компоненты в зоне наблюдения 6 также почти одинаковые, то есть зона наблюдения 6 освещается излучением каждой указанной компонентой равномерно.

Поэтому любые их относительные изменения после отражения от объекта 8 и человека 6 и попадания в соответствующие элементы 48 и/или 48,84 (на фиг.2 и фиг.15) соответствующих приемных устройств демонстрируют отличия в их отражения различными участками поверхности (в случае пластиковых предметов и внутренних точек) наблюдаемых объектов 8 и человека 6. Каждая отдельная пространственная компонента излучения имеет свой собственный угол распространения в зоне наблюдения. Здесь часть (или все) спектральные компоненты является компонентой рассеянной в зоне наблюдения излучения, разложенной по углу ее распространения в зоне распространения, поскольку такая компонента освещает объект из соответствующей пространственной точки апертуры ПР источника излучения . Области спектральной локализации в спектре таких компонент и области пространственной локализации соответствующих ТП

источников в указанной апертуре генерацию этих компонент однозначно связаны друг с другом, что является определяющим при анализе обработке таких сигналов получаемых соответствующими приемными устройствами.

На фиг. 27 показана тонкая структура 236 спектра сигнала в виде набора независимых упорядоченных и отличительных (т.е. преимущественно неперкрывающихся) спектральных линий, в том числе спектральные линии 234, 235 полученных в одном из каналах УЧПОС после приема сфокусированного многокомпонентного излучения связанным с ним соответствующим приемным элементом 48 в соответствующей пространственной точке ПРИз (после его отражения в соответствующей части зоны наблюдения 6 или, что тоже самое, в соответствующей порции поля зрения СФИ). Величина амплитуд каждой спектральной линии равны интенсивностям соответствующих разных компонент принятых ПУ в рассматриваемый точке ПРИз. Набор всех пространственных положений приемных элементов в апертуре приемного устройства в ПРИз, в том числе приемного (приемных) элeмeнтa(oв) сканируемого приемного устройства или несканируемых приемных элементов приемной матрицы многоэлементного приемного устройства, необходимых для формирования всех различных элементов соответствующего парциального изображения, образует двумерную матрицу пространственных положений приемных элементов (ПППЭ) в апертуре приемного устройства которая структурно эквивалента соответствующей двумерной матрице элементов (соответствующего) парциального изображения (ЭПИ). Система может трансформировать спектр подавляя зеркальные составляющие или меняя взаимные амплитуды в соответствии с выбранными критериями. Один из таких трансформированных спектров, показан на фиг.28, который получен из спектра, показанного на фиг. 27. соотношения Позиция каждого элемента изображения в такой матрице ЭПИ, а также соответствующая пространственное положения соответствующего приемного элемента в ПРИз или, другими словами в матрице ПППЭ, характеризуется индексами

(m,k), а соответствующие матрицы ЭПИ и IJi ШЭ имеют подобные структуры и равные размерности (M ₅ K). В данном случае компоненты излучения были приняты приемным элементов, находящимся в точке ПРИз, характеризуемой индексами (1,4) матрицы ШJilЭ и теми же индексами (1,4) матрицы ЭПИ. В случае использования многоэлементной приемной матрицы при формировании парциальных изображений объектов зоны наблюдения 8 этот приемный элемент имеет фиксированную пространственную позицию с индексами (1, 4) т.е. расположен в 1 строке и 4 столбце приемной матрицы). На фиг. 27 для иллюстрации выделены одна интенсивная «зepкaльнaя» спектральная компонента 234, ассоциированная с ТП источником 28 (в матричном представлении ПР источника - этот элемент имеет позицию (3, 3) т.е. расположен в 3 строке и 3 столбце матрицы пространственных позиций ТП источников) и слабая «диффyзнaя» спектральная компонента 235, ассоциированная с ТП источником 83, характеризующимся положением в матрице пространственных позиций (20,2). Максимальное значение величины каждой из спектральных линий, соответствует (или равна, если используется процедура калибровки принимаемых сигналов для определения абсолютных величин интенсивности принимаемых компонент излучения) величины интенсивности соответствующей отличительной принятой компоненты излучения.

Для более четкого графического отображения особенностей распределение 236 спектральных линий декодированных сигналов 234,235 (из сигнала принятого только одним элементом 48 приемного устройства) введена двумерная матрица - диаграмма 237 (фиг. 29) этих спектральных линий структурно-подобна матрице ППТПИ для соответствующего ПР источника излучения ТП источники которого и ответственны за появления соответствующих спектральных составляющих. Спектр 236 (фиг. 27) сигнала приемного элемента (с позицией (1, 4) в матричной нотации) преобразовывается в матрицу диаграмму 237, таким образом, что каждая спектральная линия 234, 235 из

спектра 236 занимают такую матричную позицию в матрице диаграмме 237, которую занимает тот элемент матрицы- ПР источника ППТПИ (который и создал эту спектральную линию (создал посредством отличительного излучения излучения). Таким образом внешний вид диаграммы-матрицы 237 позволяет однозначно оценивать вклад различных ТП источников в формировании составного излучения для данного приемного элемента (1,4) и элоементов соответствующих парциальных изображений . Аналогичные диаграммы-матрицы возникают для любых и всех элементов приемной матрицы. Таким образом объем многопараметрических изображений получаемых приемной матрицей размерностью (M, N) при освещении объекта 8 излучением ITP источника с матрицей ППТПИ размерностью (I ₅ J) ₅ это матрица (MxN) наборов матрицдиаграмм наждая из которых имеет paзмepнocть(I,J). При больших размерностях обеих матриц источника и приемника излучений это огромный объем информации, равный произведению MXNXIXJXY, где Y - количество байт соответствующим цифровому представлению величины спектральной мощности в памяти компьютера.

По сути матрица-диаграмма - это набор независимых сигнальных

компонентов Ц ^' _ч y ^a ' V _y ' ^k j содержащихся в сигнале соответствующего

приемного элемента (m,k) (или его пространственной позиции в случае его сканирования в плоскости изображений), порождаемых различными участками диффузора с размерностью. (I ₅ J) при подсвечивании его пучком излучения с определенным набором физических параметров аf , причем при другом значении параметра af ⁺¹ порождается новая матрица- диаграмма, соответствующая новому значению физического параметра (или их набора) подсвечивающего диффузор излучения. Формирование парциальных изображений, каждый элемент которого сформирован излучением с ограниченным, но характерным набором физических параметров подсвечивающего объект излучения, можно осуществить путем целенаправленного выбора соответствующих компонент

| ^α / ^ ^rm,k j _или взвешенных сумм из соответствующих наборов 238,239 для соответствующего элемента изображения (или соответствующего приемного элемента) такого изображения В зависимости от сделанного выбора парциальные изображения могут получаться пространственно когерентными и монохроматическими, пространственно некогерентными и монохроматическими, или например пространственно-когерентными но полихроматическими, или наконец «бeлыми», или и то и другое, но подсвечиваемыми преимущественно под определенным углом к их поверхности и т.д. (выбор может осуществляться в соответствие с выше описанным формализмом. Такие парциальные изображения каждое по себе может нести дополнительную отличительную информацию о наблюдаемом объекте (например, на разных частотах могут подчеркиваться различные детали его поверхности или при подсвечивании под разными углами т.д.) . При этом такие парциальные изображения могут быть получены и аппаратным путем, когда образование указанных сумм из группы

соответствующих компонент ["' V _y ' ^k J , (как обсуждалось выше в каждом приемнике-элементе изображения может осуществляется на уровне аппаратной реализации. Последующее комбинирование образованных парциальных изображений (аппаратно или программно) с формированием их суммарного изображения с устранением (или уменьшения их высокого коэффициента) мешающих парциальных изображений с высоким уровнем шума (или их фрагментов вплоть до отдельных пикселей) из общей взвешенной суммы парциальных изображений можно рассматривать как наиболее простую, но эффективную реализацию процедур комбинирования

Любые относительны изменения в амплитудах указанных радиационных компонент, которые рассеяны каждой отдельной точкой поверхности (и/или внутренней точкой) объекта будет строго

определяться рассевающими характеристиками этого объекта в этой точке для каждого набора параметров подсвечивающего излучения. Некоторые из таких компонент могут быть зеркально отражены от этой точки (благодаря зеркальному отражению при определенных углах падения, так называемый глинт эффект) и представляют собой очень сильные сигналы на выходе элемента приемной матрицы. Из спектра можно легко определить, что зеркальные отражения вызваны элементами, имеющими соответствующие частоты модуляции.

В простейшем варианте предложенной методики такие разрушающие сигналы могут быть просто удалены или извлечены на этане обработки сигналов. Возможность выборочного извлечения разрушающих сигналов без какого-либо влияния на другие информационные сигналы изображения (даже только для одного пикселя такого изображения) является базовым свойством этой новейшей ММВ/СММВ СФИ который создает новые реальности для процедур формирования изображений.

На фиг. 28 и фиг. 30 показано распределение спектральной мощности кодированных сигналов излучения в составном сигнале рассматриваемого приемного элемента 49 (или состава величин интенсивностей для данного индекса элементов соответствующих парциальных изображений) приемной матрицы после удаления мешающих зеркальных величин и некоторой коррекции других величин интенсивностей для соответствующих угловых компонент излучения (включая 234), которая может быть выполнено процессором 22. Неравномерность величин спектральных компонент связана с физически обоснованной спекловой структурой наблюдаемых соответствующих парциальных, однако отклонения таких величин о некоторого среднего значения оказываются равными, что и обеспечивает высокое качество получаемого изображения после использования таких спектральных линий для его синтеза. Если при этом зона наблюдения 6 подсвечивается излучением в котором одному значению пространственного распространения в зоне

наблюдения могут соответствовать несколько дополнительных компонент с отличительными значениями их других физических параметров (разными значениями частот, видов поляризации и т.д.) и компоненты при этом кодируемы либо испускаются последовательно во времени (либо любым другим образом, указанном выше, то порождаемый СФИ объем отличительной информации об объектах и человеке в зоне наблюдения 6 быстро нарастает и может быть представлен для каждой пространственного положения приемного элемента в ПРИз или, в каждом элементе, соответственно, в матрицы ПППЭ, в виде набора матриц- диаграмм 239 , каждая из которых характеризуется своим новым значением величины дополнительного физического параметра отличительной компоненты ( например для частоты излучения 94 Ггц - добавляется одна новая диаграмма-матрица, для частоты 95 Ггц - добавляется следующая диаграмма-матрица и т.д.). Такой набор появляется для любого элемента приемной матрицы в любом его пространственном положении в ПРИз.

. Такой объем информации дает расширенные вычислительные возможности по анализу параметров объекта и его поверхности а также получения качественных изображений любого типа и физического воплощения (пространственно-некогерентные монохроматические, квазимонохроматические пространственно когерентные, «бeлыe» и т.д. ).

Могут выявляться уникальные свойства объектов недоступные из анализа обычных изображений. Например большой объем визуальной информации позволяет выявлять структурные параметры поверхности из анализа составных когерентных изображений . частности известно что спеклы «дышaт» при изменении параметров когерентны изображений причем в каждом пикселе изображения по разному в зависимости от глубины ее неровностей в данной точке. Анализируя характеристики такого изменения в зависимости от положения точечного источника - диффузорного элемента и длины волны можно оценить как угол наклона (глубину неровностей) и даже направление наклона, в случае его крупно

масштабности. Используя такую статистическую информацию по всему многопараметрическому объему можно с высокой достоверностью описать рельеф поверхности объекта или даже его внутреннюю структуру (при прозрачности в MM диапазоне его материала, например в случае пластикового огнестрельного оружия) Важно, что изменения угла подсвета будет по разному менять амплитуду спеклов в разных точках парциального изображения, поскольку глубина неровностей соответствующих участков поверхности объекта разная. Вот почему необходимо осуществлять анализ парциальных изображений независимо для каждого из соответствующих элементов и осуществлять суммирования парциальных изображений в общем случае по разному для разных элементов синтезированного излучения. То же верно и для комбинирования изображений их фрагментов , отличающихся по частоте и т.д. Понятно, что число возможных процедур оптимальной обработки и последующего синтезирования результантных изображений стремительно увеличивается с ростом объема информации, которое может быть получено на основе предложенного метода.

Чтобы продемонстрировать возможности предлагаемого подхода в синтезе изображений высокого качества на фиг. 31 показаны результаты численного моделирования процедуры формирования результантных изображений и улучшения их качества посредством минимизации влияния мешающих парциальных изображений в при их накоплении в результатном синтезированном изображении. При моделировании вид изображений выбран, исходя из вероятного вида соответствующих парциальных изображений, однако процедуры их полного или частичного накопления выполнены точно посредством численного моделирования.

Семь парциальных изображений 240-246 (фиг. 31) могут быть получены, например в схеме освещения семью независимо кодируемыми пучками излучения из семи точек апертуры ПР источника В этом случае каждый такой пучок формирует свое собственное парциальное

изображение 240, 241 (характеризуемое собственным средним углом подсвета объекта), которые могут быть получены одновременно приемным устройством ПУ в силу их отличительного кодирования.

В этом случае возможные результатные изображения описываются формулой (7) где коэффициент взвешивания может быть в принципе разным для компонент составного изображения (7) внутри каждого элемента результатного (комбинированного) изображения.

Условно шумоподобные мешающие парциальные изображения 240 и 246 могут возникать при освещении объекта 8 парциальными компонентами излучения 247 падающими на объект под соответствующими углами подсвета, из-за сильных отражений этих компонент от поверхности маскирующей объект 8 одежды 9 одежды индивидуума 7 или по другим причинам фиг. 32.

Усредненная матрица-диаграмма 248 (полученная в результате усреднений описанных выше матриц- диаграмм для отдельных элементов парциального изображения по всему набору этих элементов соответствующего парциального изображения условно демонстрирует разницу в средних энергиях парциальных изображений 240-246. При этом элемент матрицы- диаграммы (1,1) 249 соответствует средней энергии изображений 240, а элемент (3,2) в 250 средней энергии изображения 246.

На фиг. 33 показано классическое результатное изображение 251, которое будет получено радиометрическим приемником, не имеющего декодирующего электронного блока Результатное изображение 251, если использовать формализм формулы (7), получается в случае, когда взвешенные коэффициенты для каждого парциального изображения и каждого элемента внутри отдельных парциальных изображений одни и те же (или другими словами, прямым не взвешенным суммированием всех парциальных изображений 240-246, включая и мешающие 240 и 246). В этом случае шум на изображениях 240 и 246 аддитивно добавляется к изображениям объекта на парциальных изображениях 241-245 (которые в свою очередь также могут быть искажены по другим причинам (частичная

пространственная когерентность из-за ограниченности ширины соответствующего пучка излучения), но при суммировании дадут хорошее изображение)

Это по сути классическое формирование изображения любым из ранее известных методов использующий классический радиометрический поход пассивного формирования изображений или активного, но с простым разрушением пространственной когерентности излучения. Другими словами такое изображение будет наблюдаться в классической радиометрической системе формирования изображений. Таким образом, любая радиометрическая система может получать и визуализировать только однопараметрические изображения вида 251, которые в сложных условиях маскирования объекта 9 дадут изображения заведомо плохого качества.

В то время как предлагаемая система формирует набор много параметрических изображений вида 252 в виде набора-стека парциальных изображений, каждое из которых характеризуется своим параметром формирующего его излучения.

Наконец синтезированное, повышенного качество изображение будет получено в результате формирования нового стека 253 суммируемых парциальных изображений путем удаления «дecтpyктивныx» изображений 240 и 246 из стека 252 (изображения 240-246). Суммирование нового стека приводит к изображению принципиально нового качества с отчетливо распознаваемым изображением.

Наконец, может быть реализована схема генератора BKC по фиг. 34, в котором ведущим (который может быть использован как источник гетеродинного сигнала для смесителя 160 (фиг. 18), который работает в его основном режиме (не в режиме субгармонического смесителя) используется относительно мощный источник MM излучения 183 (ЛОВ, диод Ганна и т.д.), а ведомые генераторы, входящие в состав парного генератора BKC 255 (функционально эквивалентного блоку (фиг. 17) - это генераторы более низкой, например, СВЧ частоты, которые могут быть

реализованы по технологии, например, ЖИГ генераторов, легко управляемых и перестраиваемых в широком диапазоне 8-16 ГГц. Сигналы генераторов меньших частот (СВЧ) переводятся в этом случае в диапазон частот ведущего генератора посредством соответствующих умножителей частот с соответствующим коэффициентом умножения.

Поэтому в этом случае сигналы парных связанных генераторов 108, 109 (фиг. 17) объединенного второго блока 255 (фиг. 34) (который функционально и схематически полностью совпадает с блоком 147 по фиг. 17) через выходы 256, 257 (фиг.34), соответствующим выходам 128, 129 этого блока 147, представленного на фиг. 17, подаются соответственно на входы умножителей частот 258, 259.

И их частоты (сигналов генераторов 108, 109) независимо умножаются указанными умножителями 258, 259 до значения частоты ведущего третьего генератора 183, при этом один умноженный сигнал с выхода умножителя 259 используется далее по своему назначению в схеме подсвета посредством излучения через антенну 206; одна часть другого умноженного сигнала разделенного направленным ответвителем 260 может использоваться в схеме освещения, другая же его часть другого после направленного ответвителя 260 подается на умножитель 258 и после умножения частоты с фактором N (а также после последующей фильтрации умноженного сигнала полосовым фильтром для выделения умноженной частоты с требуемым фактором умножения - этот фильтр на схеме не указан, как такой фильтр не будет указываться далее, хотя его присутствие будет подразумеваться) подается в блок 261, регулирования частоты ГУНа 108. Блок 261 функционально и схематически эквивалентен блоку 142 по фиг. 17, при этом его входы 262, 263, 264 эквивалентны соответственно входам 144, 145, 146 блока 142 по фиг. 17, а его выход 267 соответствует выходу 143 блока 142 по фиг.17.

Меньшая же часть сигнала умноженной частоты (через фильтр, не показанный на схеме, выделяющий сигнал умноженной частоты) с соответствующего выхода умножителя 258 подается в блок 261,

(предназначенный для регулирования фазы сигнала одного из генераторов 108 блока 255, который является аналогом блока 147) фиг. 34, на один из его входов 262 (эквивалентный одному из смесительных входов 145 блока 142 по фиг. 17). На другой вход 263 (эквивалентному входу 144 блока 142 по фиг. 17) посредством направленного ответвителя 265 подается меньшая часть энергии сигнала ведущего генератора 183, на вход 264 (соответствующий входу 145 блока 142 по фиг. 17) подается сигнал опорного генератора 266 (аналог блока 122 по фиг. 17). С выхода 267 (аналог 143 для блока 142 по фиг. 17) сигнал ошибки, пропорциональный величине фазового рассогласования между сигналом опорного генератора 266 и разностным сигналом умноженного сигнала генератора 108 блока 255 ( аналог блока 147) и сигнала ведущего генератора 183, подается на вход 268 318 блока 255, являющийся входом управляющего электрода ГУНа 108 (в этой схеме оба генератора 108, 109 являются ГУНами) (см. фиг. 17). Сигнал ошибки после воздействия на управляющий электрод ГУНа 108 приводит к уменьшению указанного фазового рассогласования между указанными сигналами вплоть до полной ликвидации этого рассогласования и достижения их фазового синхронизма.

При этом частота генератора 108 в N раз меньше, чем частота ведущего генератора 183, N- фактор умножения частоты умножителей 258, 259 Поскольку блок 255 обеспечивает фазовый синхронизм между разностным сигналом сигналов генераторов 108 , 109 и опорного сигнала опорного генератора 122, то N-ая гармоника сигнала генератора 109 на выходе умножителя 259 оказывается в состоянии фазового синхронизма, при котором разностный сигнал между сигналами на выходе умножителя 259 и на выходе генератора 183 обладает спектральной чистотой сигналов опорных генераторов 266 и 122 При этом основная часть сигнала генератора 183 через вентиль 270 подается на вход излучающей антенны 208 и далее в зону освещения В более простой схеме фиг. 35, в которой на место блока 261

(эквивалентного блоку 142 фиг.17) помещен блок 138 (полностью

описанный в связи с фиг 17), при этом удален из схемы за ненадобностью блоки 266 и 269 . На входы 140 , 141 фазового детектора блока 138 являющихся входами фазового детектора, входящего в блок 138 (или, что эквивалентно входам 118 , 121 фазового детектора 119 , входящего в состав блока 138 фиг.17) подаются: соответственно на вход 140 умноженный сигнал генератора 108 с выхода умножителя 258 ( через фильтр, не показанный на схеме), а на вход 141 подается сигнал генератора 183 через направленный ответвитель 265 . На выходе 139 блока 138 получают сигнал ошибки - сигнал фазового рассогласования между указанными сигналами, поданными на входы 140, 141 . Сигнал ошибки с выхода 139 блока 138 подается на управляющий электрод 268 ГУНа , находящегося в составе блока 255 (полностью эквивалентный блоку 147 фиг.17 ). В этой более простой схеме разностный сигнал между сигналом ведущего генератора 183 и сигналом на выходе умножителя 259 фазово синхронизован (находится в фазе с сигналом генератора 122) генератором 122 . При том эта фазовая синхронизация осуществляется парой ведомых генераторов 108, 109 гораздо более низкой частоты (что проще технически), чем более мощный ведущий MM (или CMM) генератор 183. Выход умножителя 259 (через фильтр , не показанный на схеме) сигнал подается на вход антенны 206 и через нее в свободное пространство. При этом основная часть сигнала генератора 183 через вентиль 270 подается на вход излучающей антенны 208 и далее в зону освещения

Понятно, что в схеме может быть добавлен еще один (не только один) парный генератор вида 255, выходы которого нагружены умножителями типа 258, 259 с петлей обратной связи с ФАПЧ блоком типа 138. Указанное фазирование сигналов парного генератора сигналом ведущего генератора 183 может организована по аналогии со схемой по фиг. 21 (через направленные ответвители 184 , 187 , 188 и волноведущий канал 185 282.

Основное преимущество двух вариантов рассмотренной последней схемы ГКВС заключается в возможности подачи сигналов СВЧ генераторов 108, 109 по фиг. 34 (или только одного 109 по фиг. 35) от блока генераторов, которые в данной схеме могут располагаться в области приемного устройства 82 (в месте расположения гетеродина 90 по фиг. 16, в качестве которого служит генератор 183 по фиг. 34), до схемы освещения посредством гибких коаксиальных кабелей (допускающих передачу СВЧ излучения до частот в 36 ГГц). При этом умножители частоты 258, 259) будут располагаться непосредственно в точке расположения связанной с ним антенны 206 (или 67), направленной для освещения объекта 8.

Такой подход значительно решает проблему гибкости реализации различных устройств приема/подсвета, поскольку гибкий коаксиальный кабель позволяет легко перемещать в пространстве системы подсвета легкий блок, состоящий из умножителя, нагруженного антенной, и помещать его в любую точку, оптимальную для освещения зоны наблюдения. Существенно также, что различные генераторы 108, 109 взаимно-когерентных сигналов (фиг. 21, 34, 35) по отдельности и достаточно просто технически могут освещать различные участки зону наблюдения из различных пространственных точек апертуры ПР источника излучения, обеспечивая таким образом кодирование соответствующих компонент, поскольку в приемном устройстве после смешивания их сигналов с гетеродинным сигналом генератора 183 по фиг. 21 или фиг. 34, являющимся гетеродином 90 52 для фиг. 16, соответствующие сигналы УПЧ на выходе смесителя для соответствующих пучков излучения будут сдвинуты от начала частотной оси на величину частот соответствующих опорных генераторов 199, 200 (фиг. 21) или 122, 266. Последнее обеспечивает их частотное разделения частотно-селективными цепями приемного устройства 82 (фиг.16). Состав и взаимная последовательность радиотехнических узлов, входящих в состав каждого из соответствующих усилительных каналов

приемного устройства 82 (фиг. 15), а также принцип их совместного функционирования при усилении и декодировании сигналов излучений парциальных составляющих, отраженных тем участком поверхности 87 объекта 8, на который «cмoтpит» соответствующий приемный элемент 48 приемной матрицы 85 (ассоциированного с одним из указанных каналов), определяется особенностью и последовательностью кодирования излучения, различного для различных ТП парциальных источников). В общем случае осуществление двойного (как и большей кратности) декодирования (демодуляции) не представляет существенной сложности и может быть осуществлено с использованием типовых радиотехнических узлов (включая наряду с усилителями соответствующих диапазонов, гетеродинных смесителей, амплитудных (квадратичных) детекторов, синхронных (параметрических) детекторов, в том числе сканирующих, еще и цифровые узлы, позволяющие определенную временную последовательность усиленных и смещенных по частоте вниз (может быть при этом частично-декодированных ) сигналов перевести в их цифровую форму посредством АЦП и осуществить их декодирование посредством методов цифровой обработки сигналов. И это можно осуществлять для любых видов (среди них много достаточно известных) модуляции/демодуляции ММ/СММ излучения.

Генераторы BKC позволяют достичь принципиально новых рубежей для систем формирования изображения и передачи информации в системах коммуникации в ММ/СММ диапазонах. Использование генераторов взаимно-когерентных сигналов для целей как зондирования (освещения) объектов, так и их декодирования (при их взаимно- когерентном гетеродинировании) в каналах приемного устройства позволяет достичь принципиально новых возможностей как в извлечении информации из таких сигналов, так и при повышении чувствительности приемо-передающей аппаратуры и ее динамического диапазона. Для понимания деталей кодирования (мoдyляции)/дeкoдиpoвaния

(демодуляции) взаимно-когерентных сигналов рассмотрим особенности

формирования их разностных сигналов в одном из усилительных каналов приемного устройства после их распространения от излучающей антенны соответствующего парциального ТП источника 35 до приемной матрицы 85 и их приемом одним из элементов 48 этой приемной матрицы (фиг. 15).

Разностный сигнал взаимно-когерентных сигналов генераторов рассмотренных выше могут быть получены в приемном устройстве по крайней мере двумя отличительными способами. В первом случае обе компоненты, входящих, например, в состав соответствующего дублетного коммуникационного сигнала, или дублетного сигнала, используемого для освещения в системе формирования изображений, после их усиления подаются одновременно для образования их разностного сигнала на вход квадратичного детектора (например, диода), входящего в состав усилительного канала, ассоциированного с соответствующим приемным элементом 47, принявшим такой дублетный сигнал. При этом указанный усилительный канал может содержать любую комбинацию усилительно и частотно-преобразующих блоков расположенных до квадратичного детектора, если их воздействие на обе компоненты соответствующего дублетного сигнала одинаково. В любом этом случае последующий квадратичный детектор будет способен выделить из указанного дублетного сигнала его разностный сигнал с соответствующим спектральным и фазовым составом. Более того , выделенный разностный сигнал может быть дополнительно усилен в одном или нескольких гетеродинного усиления с соответствующим выбором гетеродинных источников.

Во втором случае применяются смесители (или параметрические детектора - синхронные детекторы, например), когда разностный сигнал выделяется подачей на сигнальный вход смесителя компоненты, прошедшей путь от ТП источника 28 до объекта 8 и наконец принятый приемным элементом 48, а вторая компонента (фазово-когерентная первой) подается на опорный сигнал смесителя (фиг.15). При этом, вторая

компонента распространяется через, например, коаксиальный кабель, либо другим подобным образом, с сохранением своей амплитуды и детерминированной задержкой фазы, связанной с распространением в кабеле). Для сигнала одного из компонент электрического сигнала, образованного в приемном элементе 48 приемной матрицы 85 парциальным излучением, характеризующимся физическими параметрами ссf (в соответствие с обозначениями введенными выше для соотношений выведенных ранее соотношений за исключением замены обозначения индекса вида физического параметра, который в имел обозначение t, в новой нотации он имеет обозначение 1 ) , и поступающего на вход блока формирующего разностный сигнал между ним и сигналом фазово- когерентным с ним, можно записать

^a " S J (tИ Vj -K- exp(i • ( * Ф^ (θ)] (8)

где ^{ιJ фb} _a f ⁽ о = l<- ^• *+% Ф ^ы K _f ⁽ о ^+pr <? ⁽ о +' ^J К? ⁽ о w в этом случае опущена пара индексов (m,n), показывающих позицию приемного элемента 48 в приемной матрице 85, вместо них введен индекс b=l,2 показывающий номер компоненты в дублете (1 или 2) или демонстрирует факт, что компонента подается в приемного устройства как опорный сигнал b=0 (см. ниже). К - это общий коэффициент усиления усилительно-преобразующих блоков, предшествующих блоку выделения указанного разностного сигнала (включая приемную антенну), амплитуда фазора принятого антенной парциального сигнала, где (i,j) индекс ТП источника или его пространственной позиции испускающего данную компоненту, ω _a ^b ,, - - центральная частота излучения парциального

генератора, а "ф _a ^b _J (t) - его фазовый шум, характеризующий отклонения реальной частоты этого генератора от его идеально-центрального значения. Если указанные усилительно-преобразующие блоки содержат

ПО дополнительно гетеродинные cмecитeль(и) (в случае усиление сигналов дублетного излучения) с частотой гетеродина D(t) то в (9) следует учитывать также и записывать -tD(t), однако такая замена не принципиальна, поскольку на частоту разностного сигнала частота гетеродина D(t) не влияет. Это связано с тем фактом, что добавка фазы, связанная с частотой гетеродина одинаково вычитается в гетеродинном смесителе из частот обеих сигнальных компонент, поэтому они самовычитаются в дальнейшем при формировании частоты разностного сигнала. Последнее важно, поскольку позволяет использовать нестабильные дешевые гетеродинные генераторы для преобразования дублетного сигнала по частоте в полосу УПЧ без влияния на качество их разностного сигнала; ^m V*ДO " детерминированная компонента фазового модулирования парциального излучения (если такое имеет место), которая добавляется в сигнал в любом из перечисленных выше способов, указанных при описании фиг.21, фиг.34; ^pr ф _a ^ъ л (f) - фазовая добавка, возникающая в результате распространения излучения любо в свободном пространстве между излучающей антенной излучателя и приемной антенной приемного элемента 47 ; ^iJ ф _a ^b _ll (t) и фазовая добавка вносимая в сигнал соответствующим ТП источником, при этом ПР источник характеризуется только пространственной некогерентностью излучения, то эта функция случайная функция времени, если ПР источник излучения кодирующий, то это регулярная детерминированная функция.

Существенным при образовании разностного сигнала двух фазово- когерентных сигналов заключается в том факте, что благодаря принципу ФАПЧ функционирования генератора BKC шумовые фазы его генераторов изменяясь во времени тем не менее следуют друг за другом (повторяя друг друга), поэтому в любой момент времени

%A0= ^п Ф _a ² _f (0=% (0 (Ю)

Поскольку разностный сигнал с точностью до постоянной d возникает из соотношения

S _bг аt = d i ⁴ SiJj (0) Г' Sg ⁰⁾ (O) ^* (И) то указанные выше шумовые добавки самовычитаются в результирующем разностном сигнале, а оставшиеся фазовые компоненты являются либо детерминированными информационными функциями времени, либо константами, и на этом факте могут быть построены различные высоко-чувствительные приемные схемы. Так при использовании генератора BKC при освещения зоны наблюдения, когда ведомый генератор 108 освещает зону наблюдения b=l (или его часть), а ведущий генератор 183 используется как источник гетеродинного сигнала b=0, разностный сигнал на выходе смесителя будет описываться следующим соотношением

где Aω _tJ = ω _a ^λ _d - ω^ ⁰ - стабильная частота полученного разностного сигнала равная частоте опорного генератора 122, благодаря этому детерминированному члену соответствующая спектральная компонента в спектре разностного сигнала будет занимать свою спектральную позицию с точностью до ширины полосы кварцевого опорного генератора 122 (с точностью до 1-10 Гц и меньше), что обеспечивает малую общую полосу даже если для освещения зоны наблюдения используются генератор BKC с большим число ведомых генераторов типа 109 (фиг.21). При этом соответствующие генераторы разностных сигналов типа 199,200 должны выбираться из условия расположения их частот (или соответствующих гармоник) вдоль оси разностных частот в дискретных спектральных точках, расстояния между которыми незначительно превышает полусуммы ширин соседних по спектральной оси спектральных линий (с учетом их возможного дрейфа за время функционирования) для

соответствующих генераторов разностных частот типа 122 , чтобы обеспечить максимальную частотную плотность соответствующих разностных сигналов, возникающих на выходе соответствующих декодеров приемного устройства. Понятно, блоки фильтрации последующее после блока декодирования должны быть достаточно узкополосными для обеспечения выделения только указанных разностных частот. Схемы цифрового анализа разностных частот должны предусматривать соответствующую длительность последовательности временных выборок описанных выше АЦП, чтобы обеспечить нужное спектральное разрешения разностных сигналов при соответствующем выполнении преобразования Фурье.

Все выше сказанное обеспечивает высокий динамический диапазон приемо-передающей аппаратуры СФИ и низкий уровень освещения зоны объекта уровень шумов аппаратуры при разработке соответствующих узлов узкополосными в расчете на стабильность разностных сигналов их спектральных компонент. В рассмотренном случае ^aχ Vц—сопst для всех элементов приемной матрицы, для которых используется указанный ведущий генератор 183 как гетеродин.

Вид спектра возможного спектра наглядно показывает на возможную оптимальную последовательность демодулирующих (декодирующих) блоков, позволяющих извлечь на выходе этой последовательности информацию о соответствующих спектральных характеристиках сигнала.

Наиболее простая последовательность таких радиотехнических узлов можно рассмотреть на примере устройства, представленного на фиг. 36, в котором с приемной антенны 271 через усилитель УВЧ 272 (состоящего из фильтра- преселектора 273 и собственно усилителя 274) подаются принятые антенной 271 отраженные объектом сигналы генераторов 108,109 (взаимно-когерентные с сигналом ведущего генератора 183 рассмотренных выше на фиг.17, 21,34,35) на сигнальный вход первого смесительного элемента 275, (эти сигналы можно подать на вход смесителя и сразу с антенны без применения УВЧ), на гетеродинный вход

276 первого смесителя 275 подается сигнал ведущего генератора 183 (фиг. 21, фиг. 34, фиг. 35). (Если используется схемы ГКВС, представленные на фиг. 34, 35 то соответствующий СВЧ сигнал генератора 109 блока 255 может подаваться на вход 276 смесителя 275, работающего в этом случае на N гармонике этого СВЧ сигнала или через умножитель частоты с фактором N, размещенный непосредственно около смесителя 275). Получившиеся на выходе смесителя 275 сигналы разностных частот вида подаются на входы независимых одинаковых частотных каналов 277, 278, осуществляющих частотную фильтрацию образовавшихся сигналов для выделения сигналов с частотами расположенными вблизи частот соответствующих разностных сигнала, выбранного для обработки, а в данном канале 277 посредством частотно-селективных блоков типа 279 (каждый из которых имеет свой фильтр 280 и усилитель 281). При этом указанные блоки имеют соответствующие центральные частоты и полосы пропускания для пропускания только сигналов (набор таких разностных сигналов), принадлежащих сигнальному частотному диапазону, ассоциированному с соответствующим парциальным источником излучения .В дальнейшем в каждом из указанных независимых частотных каналов 277, 278 выполняется параметрическое детектирование каждого соответствующих выделенных в канале 277, ...разностных сигналов путем их подачи с выхода блока 279 на сигнальный вход 282 второго смесителя 283 соответствующего частотного канала 277 (в этом случае разностные сигналы соответствуют отличительному парциальному излучению освещающего генератора 108, а на опорный (гетеродинный) вход 284 второго смесителя 283 через регулируемый фазовращатель 285 подается сигнал соответствующего опорного генератора из схемы генератора BKC (генератора 122 фиг. 17, 34, 35 или 199, 200 фиг.21) посредством например коаксиального кабеля. При этом в принципе этот сигнал может быть любым (в зависимости от сигнала соответствующего опорного генератора 122, в том числе ЧМ модулированным — последнее позволяет снизить требования к динамическому диапазону приемных схем с

сохранением узкополосности мгновенной, в данном случае, ширины полосы) В преимущественной реализации частота опорного генератора стабилизирована с точностью 10 Гц и меньше посредством кварцевой и термостабилизации. В частном случае можно использовать только один канал 277 , а образовавшиеся на его выходе разностные сигналы анализировать цифровыми методами после его фильтрации и оцифровывания (что будет описано ниже).

В этом случае на выходе второго смесителя 283 образуются, в том числе, и декодированные (или демодулированные если разностные частоты изменяются по частоте) сигналы со спектральными амплитудами, пропорциональными амплитудам соответствующих кодированных компонент излучения отраженными соответствующим участком поверхности объекта 8 фиг. 1, и с частотами равными частотам соответствующих генераторов разностных частот 122 или 199,200 и т.д. (или их гармоник в зависимости от реализации). Это позволяет после их после фильтрации частотно-селективным усилителем 286 (фильтр 287, усилитель 288) точно измерить их параметры (например, величины спектральной плотности или, что эквивалентно квадрат длины соответствующего фазора принятой компоненты излучения (интенсивности компоненты).

Временные последовательности полного суммарного сигнала с выхода второго смесителя через указанный фильтрующий блок 286 может быть переведены в цифровую последовательность цифровых выборок этого сигнала посредством подачи этого сигнала через мультиплексор 89 на вход аналогово-цифрового преобразователя 91 (выполняющего временные выборки такого сигнала в течение некоторого интервала времени), загрузку этой последовательности в цифровую память процессорного устройства 22 ( фиг.2 напрмер) и затем последующим выполнением преобразования Фурье полученного цифрового набора данных цифровыми методами в цифровом процессорном устройстве 22 (фиг. 2 например) в результате чего будет получен весь спектр с

точностью спектрального разрешения равного обратному времени длительности процедуры получения указанных выборок сигнала.

В последнем случае можно извлечь также и амплитудно-фазовую информацию, для этого АЦП 91 (либо второй АЦП, работающий синхронно с АЦП 91) должен параллельно оцифровывать и сигнал с выхода смесителя 283 типа, поданный на вход АЦП через фильтрующий блок типа 286, и одновременно оцифровывать опорный сигнал, подаваемый на опорный вход 284 указанного смесителя (типа 283) (в этом случае фазовращатель типа 285 не нужен в схеме), который также должен подаваться на вход АЦП (через мультиплексор 89 или подаваться на вход второго указанного АЦП). В этом случае процессорное устройство 22 из данных загруженных с выхода (ов) АЦП в память может извлечь как амплитудную, так фазовую информацию о сигнале на входе смесителя 283 цифровыми методами. В рассмотренных выше случаях фазовая информация о сигналах не используется.

Отдельно следует разобрать случай, когда для целей освещения зона наблюдения 6 и гетеродинного приема используются генераторы BKC, ведомые генераторы которых (фиг.34,35) или даже и ведущий и ведомый генераторы (фиг.21) работают на частотах в несколько раз (N раз) меньших рабочих частот системы формирования изображений, при этом рабочие частоты образуются из частот указанных генераторов посредством умножителей частот с фактором умножения N (типа 157, 205,207 фиг. 21 или 258, 259 фиг. 34, 35).B этом случае приемная схема фиг.36 должна быть модифицированной, а именно если рабочая частота ведущего генератора 183 ( фиг.35,36) совпадает с рабочей частотой системы формирования изображений, то на гетеродинный вход 276 смесителя 275 должен подаваться сигнал непосредственно генератора 109 блока 255, однако на опорный вход 284 смесителя 283 должен подаваться сигнал опорного генератора 122, частота которого предварительно умножена частотным умножителем (не показанным на схеме) в N раз (в этом случае блок 285 может изображать указанный умножитель в

предположении, что соответствующий фазовращатель не указан или отсутствует).

Если в схеме генератора BKC фиг.21 все генераторы функционируют на пониженных рабочих частотах, то на опорный вход 276 смесителя 275 подается сигнал генератора 183 фиг .21 (возможно через вентиль и согласующее устройство для уменьшения отражений) или , однако смеситель 275 в этом случае является субгармоническим, функционирующим на N гармонике опорного сигнала генератора 183. На опорный вход смесителя 283, также как и схеме, обсужденной выше должен подаваться сигнал генератора 122 умноженный по частоте в N раз (т.е. гармоника сигнала генератора 122 N-ого порядка). Объект освещаются сигналами ведомых генераторов 108,109,... умноженных предварительно умножителями частот 157, 205 фиг. 21. Сигналы генераторов 108,109,... подаются на входы умножителей 157, 205 через гибкие коаксиальные кабели, последние могут присоединяться к волноводным выходам генераторов 108,109 через обсужденные выше согласующие устройства типа устройства 210, фиг. 21. Такое устройства могут применяться везде для перевода без потерь энергии сигнала из волновода в коаксиальный кабель, где использование коаксиального кабеля для передачи сигналов с частотой, вкличинв которой позволяет их передачу через коаксильный кабель. Могут быть также использоваться гибкие гофрированные волноводы для передачи сигналов генераторов до умножителей частоты, расположенных в зоне освещения и гетеродинных смесителей, расположенных в приемных устройствах. В этих случаях верхней частоты для передаваемых сигналов могут быть выше сигналов, передаваемых по коаксиальным кабелям.

На фиг. 36 - фиг. 40 представлены схемы входных узлов приемного устройства 16 фиг. 1, позволяющие усиливать полученные антенной приемного элемента сигналы, преобразовывать их по частоте путем гетеродинирования, а также частично их декодировать (включая дублетные сигналы), выделяя кодированные (модулированные)

составляющие, например,, в оконечном квадратичном или смесительном (параметрическом детекторе) элементах. При этом декодировать можно в том числе частотно-стабилизированные разностные сигналы, огибающие которых содержат всю информацию о соответствующем пикселе соответствующего парциального изображения или о коммуникационном сообщении. Такие частично декодированные сигналы с выходов таких блоков могут быть поданы на входы рассмотренных выше блоков для их полного декодирования, посредством блоков т.д.

На фиг. 37 представлен стандартный входной тракт супергетеродинного приемника, состоящего из приемной антенны 271, электрически соединенного с переключателем Дикке 289 (который может дополнительно амплитудно модулирующий входной сигнал . Элемент 289 актуален для использования рассматриваемых блоков в радиометрической системе. Для активной системы это необязательный элемент), в свою очередь последовательно соединенным с УВЧ усилителем 272 функционирующим в полосе MM частот, который в свою очередь последовательно соединен со смесителем 275, на гетеродинный вход которого 276 подается сигнал гетеродина генератора. Частота гетеродинного генератора должна отличаться от возможной разностной частоты дублетного сигнала (если в схеме усиливается дублетный сигнал), причем в самом общем случае этот гетеродинный генератор может быть местным (и плохого качества) и не связанным с генераторами принимаемых сигналов 108, 109. Выход смесителя 275 электрически связан со входом усилителя промежуточной частоты УПЧ 279, осуществляющего выделение и усиление смещенного по частоте вниз на величину частоты гетеродина сигнала. В принципе могут быть использованы несколько последовательно соединенных каскадов гетеродинирования входного сигнала (посредством второго смесителя и последовательно соединенного с ним второго УПЧ, которые не показаны на фиг. 37). В этом случае первый смеситель 275 и первый усилитель УПЧ 279 могут использоваться для эффективного подавления зеркальной

составляющей преобразования и различных интермодуляционных составляющих, второй смеситель и соответственно второй усилитель (не показаны на фиг. 37) могут обладать более крутые спадами АЧХ и осуществлять лучшую режекцию шумов входных каскадов). Блоки 272, 275 и 279 образуют типовой радиотехнический блок 290 усиления и гетеродинирования сигналов , причем такой блок может и не включать УВЧ 272, а сигнал антенны может подаваться непосредственно на вход смесителя 275. Выход УПЧ 279 связан со входом квадратичного преобразователя сигналов (амплитудного детектора - диода) 291, который и обеспечивает выделение разностных сигналов из дублетных (или осуществляет первую демодуляцию несущей в случае использования синглетных (из одной спектральной компоненты) сигналов) за счет операции перемножения взаимно-когерентных сигналов, которые независимо были приняты антенной 271 и преобразованы указанными выше каскадами усиления и частотного сдвига.

Как указывалось выше, шумы гетеродинных генераторов не добавляют фазовые шумы в разностный сигнала, поскольку одинаково добавляются в обе компоненты дублетного сигнала и взаимно уничтожаются после квадратичного преобразования на выходе элемента 291. Последнее крайне важно для также для систем телекоммуникаций поскольку не требуют никакой стабилизации гетеродинов, в отличие от стандартной приемо-передающей аппаратуры. Далее образованные разностные сигналы могут быть обработаны любыми их описанных выше блоков декодирования 277 или даже их узлами в зависимости от использования видов и уровней модуляции исходных дублетных сигналов.

Особо следует отметить, что схема фиг. 37 по сути полностью соответствует входному каскаду стандартного радиометрического приемника, на нелинейном диоде которого 291 могут быть выделены огибающие теплового излучения. Таким образом такой приемник может быть использован для формирования радиометрических изображений наряду с получением активных кодированных изображений в одной

системе). Разница может заключаться только в значении полос пропускания усилителей, которые для радиометрического случае должны быть как можно широкими, а для сигналов генератор BKC наоборот как можно уже. Однако при совместном использовании такого приемника условие узкополосной режекции может быть наложены на последующие каскады, следующие за квадратичном устройстве 291, что позволяет принимать и обрабатывать сигналы пассивных и активных изображений в одном приемнике.

На фиг. 38 показан частный случай схемы приема по фиг. 37, в которой отсутствует блок УВЧ (обычно волноводной реализации), а принятые сигналы антенной 271 подаются непосредственно на вход смесителя 275 (как указывалось выше).

Как указывалось, при этом указанный усилительный канал может содержать любую комбинацию усилительно и частотно-преобразующих блоков расположенных до квадратичного детектора, если их воздействие на обе компоненты соответствующего дублетного сигнала одинаково. Тогда последующий квадратичный детектор будет способен выделить из указанного дублетного сигнала его разностный сигнал с сохраненным спектральным и фазовым составом. Более того, выделенный разностный сигнал может быть дополнительно усилен в одном или нескольких каскадов гетеродинного усиления (состоящих из смесителя и соответствующего УПЧ) с соответствующим выбором гетеродинных источников для соответствующих смесителей гетеродинных каскадов , расположенных после квадратичного детектора, если соответствующие гетеродинные сигналы образованы от сигнала генератора разностной частоты генератора BKC 122 путем соответствующего деления его частоты, то сигнал на выходе таких смесителей также сохранит амплитудно фазовую информацию в разностном сигнале.

Такое же гетеродинное усиление разностного сигнала возможно и в схеме фиг.36, где разностный сигнал выделяется в смесителе 275 опорным сигналом для которого является ведущий генератор 183 соответствующего

генератора BKC фиг 21, 34 ,35 , в этом случае дополнительные каскады гетеродинного усиления разностного сигнала, сохраняющие фазовое содержание исходного разностного сигнала, должны использовать для опорных входов смесителей с сигналом генератора 122, деленного по частоте в требуемое число раз (в зависимости от числа таких каскадов).

Указанный подход генерирования/приема взаимно-когерентных сигналов позволяет также реализовывать приемные схемы по фиг. 39 функционирующие вообще без гетеродинирования сигнала на частоте миллиметрового диапазона . Развитая в последние годы технология изготовления малошумящих усилителей MM диапазона (до 140 ГГц и выше) позволяет усиливать сигнал до величины существенно превышающий уровень шумов нелинейного преобразователя 291, что позволяет осуществлять детектирование усиленных сигналов MM частоты безо всякого применения каких-либо каскадов предварительного гетеродинирования сигнала. В этом случае взаимно когерентные дублетные сигналы принятые антенной 271 (фиг. 39) усиливаются в УВЧ 272 на несущей частоте до 40 — 50 Дб и выше и подаются непосредственно на нелинейный преобразователь (диод) 291, выделяющий благодаря квадратичности его BAX соответствующие сигналы разностных частот.

Схема приемного устройства, показанная на фиг. 39, представляет значительный практический интерес с точки зрения быстрой и эффективной реализации описанных выше подходов в формирования многопараметрических высокоинформативных изображений, посредством интенсивно разрабатываемых в настоящее время миллиметровых радиометрических многоэлементных камер, работающих в реальном времени. Такие MM многоэлементные (до 1024 приемных независимых элемента и выше) камеры, усилительные каналы которых построены интегральной технологии на основе описанного выше принципа прямого усиления и детектирования сигналов, способны формировать многоэлементные изображения со скоростью до 17 кадров в секунду и

выше и чувствительностью IK и выше (такая камера разработана в частности TRW в США). Преимущества такой камеры заключается в возможностях повышенной плотности объемной упаковки каналов приема и усиления сигналов MM изображений, что и обеспечивает высокое пространственное разрешение такой камеры. Это достигается благодаря отсутствию мощных гетеродинных сигналов, диссипация энергии которых требует всегда уменьшения плотности каналов усиления и соответственно снижения пространственного разрешения камеры.

Однако такие камеры предназначены для получения только пассивных изображений и реализуют радиометрических принцип приема излучения.

Известно, что формирование радиометрических изображений внутри закрытых помещений (где и происходят все процедуры скрытого досмотра) абсолютно неэффективно из-за низкого контраста яркостной температуры предметов наблюдаемой сцены (5-7 К), поэтому указанная камера может работать только на открытых пространствах в условиях контрастного подсвета объектов «xoлoдным» небом (77K) и «гopячeй» поверхностью земли (300K).

Учитывая особенности функционирования описанных выше узлов декодирования сигналов 277 в соответствие с фиг. 36 а также усилительной схемы прямого усиления и детектирования фиг. 39, можно утверждать такие MM телевизионные камеры могут быть технологически просто адаптированы для рассмотренных выше активных многопараметрических изображений и создать такие изображения в реальном масштабе времени При этом узлы 277 могут быть использованы как несложные низкочастотные блоки оконечных каскадов усилительных каналов приемного устройства такой матрицы следующих за выделяющим разностные сигналы диодом 291,

Таким образом, такая камера может быть эффективна применена не только для формирования низко-контрастных радиометрических изображений, не несущих никакой реальной информации об объектах в

закрытых помещениях, но и для формирования активных изображений с повышенным информационным содержанием., способных быть полученными в любых условиях.

Предложенный принцип взаимного когерентности двух сигналов позволяет эффективно использовать схему прямого усиления и детектирования в приемной части любого приемо-передатчика безо всяких дополнительных генераторов-гетеродинов ММ/СММ диапазона при сохранении высокой надежности и быстродействия в передаче данных/приеме . Прием и декодирование дублетных сигналов (сигналов, состоящих из пары взаимно-когерентных сигналов) может быть также эффективно выполнен посредством приемных матриц антенно-нелинейных элементов (диодов Шоттки) фиг. 40. В таких приемниках в антенный вход вмонтирован нелинейный элемент (диод Шоттки) 292, соединяющий таким образом парные проводящие элементы антенны 293, 294, схематично конструкции таких приемников могут быть проиллюстрированы также фиг. 15 в случае использования антенно- связанного нелинейного элемента на фиг. 15 для указанного приема и нелинейного преобразования (детектирования) входных сигналов. Такой антенно-связанный нелинейный элемент может быть использован также для квазиоптического гетеродинирования входных сигналов (гетеродинный сигнал в последнем случае квазиоптически падает на проводящие части 293,294 приемной антенны вместе с сигналами и на выходе этого элемента ( в точке входа/выхода антенны) выделяется соответствующий ПЧ сигнал) .В случае использования этого элемента как смесителя, к входу/выходу антенны должен быть дополнительно присоединен планарный полосовой фильтр для выделения сформированного ПЧ сигнала, смещение нелинейного элемента 292 в этом случае также подается посредством этого фильтра. Другой вариант гетеродинирования дублетных сигналов на антенно- связанном нелинейном элементе фиг.40 основан на реализации

трехчастотного гетеродинирования. В этом случае на антенно-связанный нелинейный элемент вместе с входными взаимно-когерентными дублетными компонентами подается третий сильный гетеродинный сигнал дополнительного генератора 295, частота которого по порядку соответствует частоте разностного сигнала указанных дублетных компонент (фиг. 40), а последующий полосовой усилитель УПЧ 279 электрически соединенный с указанным антенно-связанным элементом имеет конечную полосу пропускания (соответствующей полосе разностного сигнала) с центральной частотой, равной разнице частот дублетного разностного сигнала и третьего гетеродинного сигнала генератора 295. Такой смесительный элемент в результате трехчастотного смешивания создает второй разностный сигнал, лежащий в полосе указанного УПЧ. Поскольку первый разностный сигнал (между компонентами дублета) может иметь частоту до 1 ГГц и выше, то частота гетеродинного сигнала может также быть в области сотен МГц, что обеспечивает высокое значение частоты второго разностного сигнала и соответственно обеспечивает все преимущества супергетеродинной схемы приема. Потери преобразования такой гетеродинной схемы будут не существенно выше, чем у гармонического гетеродинного преобразователя. Преимущества такой схемы заключается в значительном упрощении приемно-усилительного тракта, поскольку гетеродинные сигналы в частотной области до нескольких ГГц могут быть генерированы стандартной транзисторным генератором, а его сигнал подан на гетеродинирующий (смесительный) антенный элемент посредством коаксиального кабеля или соответствующей полосковой линией с интегрированными элементами развязки усилительного блока и входного приемного узла. При этом несущие частоты дублетного сигнала могут изменяться в любом диапазоне (соответствующим диапазону рабочих частот антенны, а это могут быть полосы до 200 ГГц и выше, при этом такие элементы могут быть легко реализованы в CMM диапазоне, все определяется технологией изготовления антенны и соответствующего

нелинейного элемента, приемная же схема, включая гетеродин 295 могут оставаться одними и те же.

Рассмотренные выше схемы и подходы кодирования освещающего объект излучения (посредством рассмотренных генераторов BKC) 5 безусловно не ограничивают число возможных подходов для кодирования такого излучения, которые могут реализованы и любым другим альтернативным образом (включая хорошо известные, например только посредством отличительной амплитудной модуляции AM излучения в каналах соответствующих парциальных источников излучения, и т.д.) Ю

Промышленная применимость

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть осуществлено с использованием технологий, на основе которых в 15 настоящее время создаются компьютеризированные системы обработки данных с демонстрацией их на мониторе.

0

5

0