Проблемные вопросы проверки основных характеристик космических радиолокаторов с синтезированной апертурой при летных испытаниях

При летных испытаниях впервые проводятся проверки соответствия характеристик космического РСА требованиям по назначению в реальных условиях, поэтому организации, методическому и аппаратнопрограммному обеспечению испытаний должно быть уделено самое серьезное внимание. Особое значение летные испытания приобретают в случае, когда запуск комического РСА высокого разрешения осуществляется после длительного перерыва.

Для сокращения времени и затрат на проведение летных испытаний требуется их четкая организация на основе следующих принципов: системный подход к построению единых методик наземных, летных и валидационных испытаний, основанный на общем системном критерии; преемственность методов и результатов измерения сквозных характеристик при наземных и летных испытаниях; единство определений основных характеристик РСА и интерпретации результатов их измерений.

Одной из важнейших сквозных характеристик РСА является пространственное разрешение. Для его измерения обычно используются два метода: метод импульсного отклика и критерий Рэлея. В работе [1] показана взаимосвязь между результатами измерений, полученными с использованием этих методов. В методиках, базирующихся на методе импульсного отклика, реализован системный подход к измерению пространственного разрешения: в качестве системного критерия используется ширина сечений функции отклика на одиночную точечную цель [2]. Преимущество этих методик в том, что они могут быть реализованы на всех этапах жизненного цикла изделия.

Аппаратной реализацией этих методик при наземных испытаниях является шлейфовый контроль [3], который может применяться как при автономных испытаниях РСА, так и при комплексных в составе КА в безэховой камере или на антенном полигоне. Результаты проверки функции отклика, полученные при наземных испытаниях, протоколируются для последующего сравнения с аналогичными результатами летных испытаний, так как большинство РСА имеет функцию встроенного шлейфового контроля. Таким образом, непосредственно после запуска РСА проводится измерение функции отклика по встроенному шлейфу. Хорошее совпадение с результатами наземных испытаний свидетельствует о сохранении работоспособности РСА после вывода на орбиту.

Для геометрической привязки и юстировки наведения антенны целесообразно использовать уголковый отражатель с достаточной ЭПР и геодезической привязкой, установленный на радиолокационном полигоне. Для определения пространственного разрешения проводится съемка квадратной миры из 9 уголковых отражателей. Полученная цифровая радиоголограмма (ЦРГ) обрабатывается средствами испытательного программного обеспечения с усреднением результатов по всем 9 отражателям и приведением к масштабу, привязанному к координатам на местности [4].

Если описанные выше методики позволяют однозначно определить и измерить пространственное разрешение, то единых определений радиометрических характеристик и методик их измерения до сих пор не выработано. Предлагается использовать методику определения радиометрической разрешающей способности, основанную на методе дифференциального радиоконтраста [5]. Преимуществом этого метода является возможность однозначного определения радиометрического разрешения по вероятностному критерию и автоматического анализа радиолокационного изображения. Метод основан на подсчете вероятности того, что для пары точек, случайным образом выбранных из участков РЛИ поверхностей с различными УЭПР, радиояркость элемента изображения участка с большей УЭПР окажется больше. Критерием радиометрического разрешения для заданного соотношения УЭПР участков является вероятность правильного обнаружения не менее 0,67.

Для практической реализации этого метода необходимо наличие ряда поверхностно-распределенных целей достаточной площади с простой геометрической формой, имеющих однородную калиброванную УЭПР, отличающуюся на заданную величину. Так как подобных целей в природе не существует, для измерения радиометрических характеристик предлагается воспользоваться их аппаратно-программной имитацией с помощью активной контрольной станции [6]. Для измерения радиометрических характеристик (разрешения, шумового эквивалента и динамического диапазона) необходимо имитировать ряд однородных поверхностно-распределенных целей, соответствующих требованиям для проверяемого режима: 1) соотношение УЭПР смежных участков должно соответствовать требованию по радиометрическому разрешению; 2) минимальное значение УЭПР должно быть на 3...5 дБ ниже расчетного значения шумового эквивалента; 3) соотношение максимального значения УЭПР и расчетного значения шумового эквивалента при экспериментальном определении последнего должно быть на 3...5 дБ ниже, а при экспериментальном определении динамического диапазона – на 3...5 дБ выше расчетного значения динамического диапазона РЛИ; 4) должен иметься участок с нулевым коэффициентом рассеяния, по которому определяется уровень собственного шума [5].

Для привязки радиометрической шкалы РСА, определяющей связь коэффициента радиолокационного рассеяния снимаемых объектов с численными значениями радиояркостей их РЛИ, необходима радиометрическая калибровка, выполняемая в два этапа. Первичная калибровка выполняется путем съемки природных поверхностно-распределенных объектов, имеющих однородную на большой площади и стабильную УЭПР [7]. Результатом такой калибровки является уточнение диаграммы направленности антенны и коэффициента, компенсирующего зависимость затухания сигнала от угла места, с остаточной постоянной ошибкой, составляющей около 1 дБ, обусловленной наличием флуктуаций и незначительных сезонных колебаний УЭПР природного объекта.

Окончательную радиометрическую калибровку, позволяющую уменьшить остаточную ошибку до 0,3 дБ и учесть возможную нестабильность коэффициента усиления радиотракта, предлагается периодически осуществлять путем съемки активной контрольной станции, обеспечивающей имитацию точечных целей с калиброванной ЭПР.

Для повышения точности измерений необходима калибровка коэффициента усиления собственного радиотракта активной контрольной станции с точностью до 0,1 дБ, а также может применяться дополнительная модуляция ретранслированного сигнала для глубокого подавления отклика от подстилающей поверхности [8].

Анализируя вышесказанное, можно сделать следующие выводы.

Для успешного проведения летных испытаний требуется специально оборудованный радиолокационный полигон с установленными на нем уголковыми отражателями, имеющими калиброванную ЭПР и проходящими периодическую поверку, и активной контрольной станцией.

Для сокращения временных и материальных затрат целесообразно как можно больший объем измерений выполнять при наземных испытаниях радиолокатора, а затем, используя единые методики, провести летные испытания и сравнить полученные результаты с целью уточнения сквозных характеристик космического РСА.

Использование метода импульсного отклика и единого системного критерия позволяет проводить наземные и летные испытания по единым методикам. Установлена однозначная взаимосвязь между разрешающей способностью по критерию Рэлея и шириной функции отклика на точечную цель на основе вероятностного метода.

Метод дифференциального радиоконтраста и разработанные на его базе методики обеспечивают однозначное определение радиометрических характеристик РСА путем автоматического анализа РЛИ. Предложен способ формирования калиброванных испытательных воздействий для реализации измерений радиометрического разрешения, шумового эквивалента и динамического диапазона по этому методу.

Периодическая радиометрическая калибровка РСА с помощью активной контрольной станции обеспечивает повышение качества РСА как измерительного инструмента для исследования свойств снимаемых объектов по их радиометрическим характеристикам.