Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 [68] 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

где ых - (2лА,) sin б принято называть пространственной частотой. Суммируясь в пространстве, рассеянная волна и волна опорного сигнала создают в плоскости фотопластинки поле, комплексная амплитуда которого описывается выражением

е (*, у) = Е0 е- х + Е (х, у) еч> <*

Фотоэмульсия засвечивается примерно пропорционально мощности падающего сигнала. Поэтому на фотопластинке будет воспроизведена интерференционная картина вида

/ (х, у) = е (jc, у) \г = Е1+ Е* (х, у) + + Е0Е(х, 0)е/[ш* +

+ Е0Е (х, у) е-[(0* х+*<* у)\ (8.4.31)

Из полученного выражения следует, что третий и четвертый члены суммы несут полную информацию об амплитудном и фазовом распределениях отраженной волны. При этом фазовая информация закодирована в форме фазовой модуляции «пространственного» сигнала:

Е0 Е (х, у) cos \(йхх + ф (х, у)].

Задача восстановления волнового фронта состоит в фазовой демодуляции (8.4.31) и устранении помехи, в качестве которой выступает Е\ + Е2 (х, у). Для фазового детектирования необходимо и достаточно перемножить (8.4.31) на сигнал вида

еоп = Е0 ехр (-/<»**). (8-4.32)

Восстановление же амплитудного распределения возможно, если пропускание Т (х, у) обработанной пластины будет пропорционально ее облученности, так что

Т (х, у) = к01 (х, у), (8.4.33)

где к0 - коэффициент пропорциональности. Выражение (8.4.33) с учетом (8.4.31) называется уравнением голографии.

На втором этапе, называемом стадией восстановления предметной волны Е (х, у), голограмма облучается той же плоской когерентной волной. Происходит дифракция падаю-

щей волны на интерференционной картине голограммы. За голограммой при выполнении условия (8.4.32) образуется электромагнитное поле

£»Ы1 (х, у) = е0а (х, у) Т (х, у) = Ко еоп (х, у) I (х, у) =

= «„ {£8 [ 1 + --] е - * + Е0 Е (х, у) е" <* *, + + [Е0Е(х, y)&-iw.y>]e-Qa*x J. (8.4.34)

Ha выходе голограммы образуются три волны, которые соответствуют трем слагаемым выражения (8.4.34). Первая составляющая сохраняет направление опорной волны (ах = (2лУЛ) sin 0) и является помехой. Ее можно сделать малой за счет выбора амплитуды Е0. Вторая составляющая пропорциональна искомому распределению Е (х, у) х х ехр [/ф [х, у)) и является восстановленной рассеянной волной. Эта волна распространяется перпендикулярно плоскости голограммы, так как и>х =0. Третья составляющая также пропорциональна восстанавливаемому полю, однако волна, порожденная этой составляющей, распространяется под углом - 29 (-2сож = (4л/Х) sin (-9)). Эта волна является комплексно-сопряженной исходной волне.

На втором этапе голографического процесса формируются два изображения:

- мнимое изображение, которое полностью соответствует истинному предмету; это изображение порождает вторая составляющая (8.4.34);

- действительное изображение, создаваемое третьей составляющей; это изображение обладает свойством псевдо-скопичности, т. е. имеет рельеф, обратный истинному (изображение впадин наблюдается как выступы и наоборот).

Оба изображения могут быть реализованы в голографии. На практике чаще используется мнимое изображение.

Имеется большое разнообразие голографических схем, которые могут быть использованы и в радиодиапазоне на различных стадиях обработки сигнала [47, 142, 157]. Знакомство с ними не входит в нашу задачу.

Принципиально нет никаких особенностей формирования голограммы в радиодиапазоне, так как природа электромагнитных волн не зависит от длины волны. Если предположить, что существуют такие элементы (детекторы, ин-



тенсивности, подобные фотопластинкам в оптике), которые имеют способность фиксировать картину интерференции опорной и отраженной радиоволн, то информация об амплитудном и фазовом распределениях отраженного поля может быть восстановлена известными способами голографии. Изображение предмета может быть воспроизведено при облучении радиоголограммы опорной когерентной радио-еолной. Однако это изображение предмета будет невидимым, ибо восстанавливается оно в радиодиапазоне. Для получения видимого изображения необходимо облучать радиоголограмму когерентной волной оптического диапазона. Однако получение изображения таким образом наталкивается в настоящее время на существенные технические трудности, поэтому применяют иной способ обработки.

В голографических РЛС для получения видимого изображения радиоголограмма «трансформируется» в оптическую голограмму, которая в дальнейшем фиксируется и является долговременным носителем информации о наблюдаемой цели [157, 142].

В радиолокации голографическая обработка сигналов также распадается на два этапа.

Сначала получают радиоголограмму, для чего передатчик формирует опорный радиосигнал, используемый для облучения цели. Радиосигнал, отраженный от цели, взаимодействует на приемной стороне с опорным сигналом и обеспечивает формирование радиоголограммы, которая преобразуется в оптическую. На втором этапе осуществляется воспроизведение изображения. Для этого производятся описанные выше операции. Следовательно, отличие радиоголографии от оптической имеет место лишь на этапе получения голограммы, что обусловлено разницей в длинах волн электромагнитных полей радио- и оптического диапазона.

Обычно в голографических РЛС (ГРЛС) используется антенная система в виде решетки. Если на антенную решетку падает опорная плоская когерентная волна и волна, рассеянная целью, то в результате их интерференции интенсивность суммарного сигнала изменяется по апертуре антенны. Образуется система интерференционных полос. Здесь следует еще раз отметить, что время фиксации радиоголограммы.должно быть таким, чтобы временная и пространственная когерентности не успели разрушиться, т. е. интерференционная картина не успела сместиться по элементам решетки.

Рассмотрим получение радиоголограммы точечной цели. Как известно [163], голограмма точечной цели представляет собой зонную решетку Френеля. Темные кольца соответствуют пучностям (максимумам) интенсивности интерференционной картины радиоволн, светлые - узлам (минимумам). Возбуждаются только те элементы решетки, которые находятся в пучностях (рис. 8.17).

Каждому г-му элементу (из общего числа MXN элементов) соответствует свой i-й приемный канал (усилитель и детектор), нагрузкой которого служит световой индикатор. Световые индикаторы монтируются в той же последовательности, что и элементы антенной решетки: из них создается матрица элементов МхМ, аналогичная антенной решетке. . -

Под действием сигналов, поступающих с приемников, начинают светиться только те индикаторы, пространственное расположение которых соответствует кольцам максимальной интенсивности радиоголограммы. На матрице оптических элементов картина изменения интенсивности повторяет интерференционную картину радиоголограммы. Так получается оптическая голограмма. Полнота информации об интерференционной картине в полученной таким образом голограмме зависит от шага пространственного квантования. Предельное соответствие достигается при удовлетворении условиям теоремы Котельникова по отношению к пространственным частотам.

Изображение, возникающее на матрице световых элементов, может быть зарегистрировано на фотоматериалах и в дальнейшем восстановлено рассмотренным выше способом.

Голограмму от сложных предметов рассматривают как суперпозицию зонных решеток Френеля, образованных каждой точкой предмета. Она имеет сложную интерференционную картину, «трансформация» которой в оптическую голограмму происходит в соответствии с описанной схемой.

Одно из главных преимуществ голографических устройств состоит в возможности получения высокой разрешающей способности по угловым координатам и дальности при одновременном обзоре значительных областей пространства. Зона наблюдения голографической РЛС определяется шириной луча каждого элемента или шириной луча передающей антенны.

Голографирование сигналов позволяет хотя бы в принципе реализовать потенциальную разрешающую способность





всей приемной антенной системы, состоящей из М х /V элементов. Как следствие этого снижается эффективность «угловых» помех различных типов, создаваемых из точек пространства вне цели.

Голографическая обработка радиосигналов, используя высокую разрешающую способность в сочетании со вторичной обработкой, позволяет также осуществлять эффективную фильтрацию имитирующих помех.

По отношению к любым типам некогерентных помех ГРЛС

будет, вести себя как обычная Л1 х#-канальная когерентная РЛС, имеющая время наблюдения, равное времени экспонирования голограммы Такса. Шумовые помехи создают на голограмме некогерентный фон, так как время их пространственной когерентности невелико и запись интерференционной картины, порождаемой помеховой и опорной волнами, невозможна. Если помеха имеет ширину спектра Д/п, то длина когерентности определяется формулой ln = c/Afa. Необходимая для устойчивой записи голограммы длина когерентности определяется временем экспонирования

Рис. 8.18.

Для исключения возмож-

/эксп и равна -aKCn ности записи помеховой голограммы необходимо иметь in С эксп, откуда время экспонирования голограммы ТЛксп > 1/А/п- Если ТЭКсп -С 1/А/,„ то в принципе можно получить точечное изображение источника помех.

Если апертура антенны L, а число элементов линейного раскрыва N, то в первом приближении зону одновременного обзора можно определить по формуле 60бз = k/(L/N). В предельном случае, когда /V = L/0J2), получим 60ба = = 2 рад.

Оценим потенциальную разрешающую способность голо-графической РЛС, исходя из критерия Аббе [163], эквивалентного критерию Релея. Для простоты будем считать, что антенная система РЛС представляет собой решетку с элементарными антеннами размером d (рис. 8.18).

Если цель имеет периодическую структуру, т. е. состоит из чередующихся отражающих и неотражающих полос (квад-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 [68] 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82



0.0034