ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №10

УДК: 621.391.81; 621.396.96

Применение зондирующих сигналов

с нулевой зоной автокорреляции

для улучшения качества изображений

космических объектов в инверсных РСА

Р.Н. Ипанов

Национальный исследовательский университет «МЭИ»,

111250, Россия, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

Статья поступила в редакцию 7 августа 2025 г.

Аннотация. Для получения радиолокационных изображений совокупности малоразмерных космических объектов на околоземной орбите или разрешения отдельных элементов сложных космических объектов радиолокатору необходимо иметь высокое пространственное разрешение. Для достижения высокого разрешения по наклонной дальности используются сложные (модулированные) зондирующие сигналы с широкой полосой спектра. Получение высокого углового разрешения малоразмерных космических объектов или элементов сложных космических объектов основано на эффекте инверсного синтеза апертуры антенны. Из разнообразных классов сложных сигналов практическое применение в инверсных радиолокаторах с синтезированной апертурой пока нашли три основных: сигналы с линейной частотной модуляцией, сигналы со ступенчатым законом изменения частоты и сигналы с фазокодовой манипуляцией. На интервале когерентного накопления эхо-сигналов, соответствующего времени синтеза апертуры инверсного РСА, анализируются суммарные корреляционные характеристики ансамбля сигналов. Наличие суммарного корреляционного шума ЛЧМ и ФКМ-сигналов влияет на качество радиолокационного изображения. Применение ортогональных ЛЧМ и ФКМ-сигналов позволяет успешно подавлять ложные сигналы ярких точечных целей из соседних периодов повторения. Однако высокий уровень интегрального корреляционного шума взаимнокорреляционной функции ортогональных сигналов искажает радиолокационные изображения слабо отражающих поверхностей, расположенных рядом с яркими протяженными объектами. Таким образом, актуальными для инверсных РСА являются сигналы с нулевой зоной автокорреляции. В данной работе для инверсных РСА синтезирован зондирующий сигнал с нулевой зоной автокорреляции, устойчивый к рассогласованию по частоте Доплера. Проведен сравнительный анализ суммарных корреляционных характеристик синтезированного ансамбля сигналов с соответствующими характеристиками ортогональных ЛЧМ и ФКМ-сигналов как без рассогласования, так и с рассогласованием по частоте Доплера. В программном пакете Matlab получены радиолокационные изображения сложного космического объекта с применением зондирующих ЛЧМ и сигнала с нулевой зоной автокорреляции. Обосновано преимущество синтезированного ансамбля сигналов перед ансамблем ортогональных ЛЧМ и ФКМ-сигналов по качеству радиолокационного изображения.

Ключевые слова: автокорреляционная функция, взаимнокорреляционная функция, М-последовательность, нулевая зона автокорреляции, ортогональный сигнал, пачка импульсов, рекуррентная помеха, функция неопределенности.

Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 23-19-00485, https://rscf.ru/project/23-19-00485/.

Автор для переписки: Ипанов Роман Николаевич, iproman@ya.ru

Литература

1. Alfonzo G.C. Orthogonal Waveform Experiments with a Highly Digitized Radar / G.C. Alfonzo, M. Jirousek, M. Peichl // Proceedings of the 9th European Conference on Synthetic Aperture Radar (Nuremberg, 23–26 April 2012). – Frankfurt: VDE, 2012.

2. Galati G. Orthogonal Waveforms for Multistatic and Multifunction Radar / G. Galati, G. Pavan, A. Franco // Proceedings of the 9th European Radar Conference (Amsterdam, 31 October – 2 November 2012). – N.Y.: IEEE, 2013. – P. 310–313.

3. Garren D.A. Use of P3-coded transmission waveforms to generate synthetic aperture radar images / D.A. Garren, P.E. Pace, R.A. Romero // Proceedings of the 2014 IEEE Radar Conference (Cincinnati, 19–23 May 2014). – N.Y.: IEEE, 2014. – P. 0765–0768.

4. Ипанов Р.Н. Применение зондирующих ФКМ-сигналов с нулевой зоной автокорреляции для улучшения качества измерений в РСА / Р.Н. Ипанов, А.А. Комаров // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.11

5. Ипанов Р.Н. Применение зондирующих сигналов с нулевой зоной автокорреляции для подавления рекуррентных помех по дальности в радиолокаторах с синтезированной апертурой / Р.Н. Ипанов, А.А. Комаров, К.Ю. Кожевников, С.В. Пермяков // Радиотехника и электроника. – 2024. – Т. 69, № 4. – С. 348–356. https://doi.org/10.31857/S0033849424040063

6. Захаров А.И. Влияние интегрального уровня боковых лепестков ортогональных полиномов сигнала РСА на качество измерений / А.И. Захаров // Труды 7-ой Всероссийской научной конференции «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред» (г. Муром, 31 мая –2 июня 2016 г.). – Муром: МиВЛГУ, 2016. – С. 377–381.

7. Mittermayer J. Range ambiguity suppression in SAR by up and down chirp modulation for point and distributed targets / J. Mittermayer, J.M. Martinez // Proceedings of the 2003 International Geoscience and Remote Sensing Symposium (Toulouse, 21–25 July 2003). – N.Y.: IEEE, 2003. – P. 4077–4079.

8. Ипанов Р.Н. Полифазные когерентные дополнительные сигналы / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. – 2017. – № 1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan17/14/text.pdf

9. Ипанов Р.Н. Импульсные фазоманипулированные сигналы с нулевой зоной автокорреляции / Р.Н. Ипанов // Радиотехника и электроника. – 2018. – Т. 63, № 8. – С. 823–830. https://doi.org/10.1134/S0033849418080077

10. Ipanov R.N. Radar Signals with ZACZ Based on Pairs of D-Code Sequences and Their Compression Algorithm / R.N. Ipanov, A.I. Baskakov, N. Olyunin, Min-Ho Ka // IEEE Signal Processing Letters. – 2018. – Vol. 25, № 10. – P. 1560–1564. https://doi.org/10.1109/LSP.2018.2867734

11. Баскаков А.И. Фазокодоманипулированные радиолокационные сигналы для точного определения дальности и скорости малоразмерных космических объектов / А.И. Баскаков, Р.Н. Ипанов, А.А. Комаров // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 12. URL: http://jre.cplire.ru/jre/dec18/7/text.pdf

12. Baskakov A.I. The Use of Phase-shift Keyed Signals with a Zero Autocorrelation Zone in a Multi-position Radar System for Searching and Detecting of Space Debris Objects / A.I. Baskakov, R.N. Ipanov, A.A. Komarov // Proceedings of the 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium (Rome, 17–20 June 2019). – N.Y.: IEEE, 2020. – P. 1043–1049. https://doi.org/10.1109/PIERS-Spring46901.2019.9017759

13. Ипанов Р.Н. Зондирующие сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. – 2019. – № 8. URL: http://jre.cplire.ru/jre/aug19/7/text.pdf

14. Ipanov R.N. Signals with zero autocorrelation zone for the synthesised aperture radar / R.N. Ipanov // Electronics Letters. – 2019. – Vol. 55, № 19. – P. 1063-1065. https://doi.org/10.1049/el.2019.1918

15. Ipanov R.N. Polyphase Radar Signals with ZACZ Based on p-Pairs D-Code Sequences and Their Compression Algorithm. Infocommunications Journal / R.N. Ipanov // – 2019. – Vol. 11, № 3. – P. 21–27. https://doi.org/10.36244/ICJ.2019.3.4

16. Ipanov R.N. Phase-Code Shift Keyed Probing Signals with Discrete Linear Frequency Shift Keying and Zero Autocorrelation Zone / R.N. Ipanov, A.A. Komarov, A.P. Klimova // Proceedings of the 2019 International Conference on Engineering and Telecommunication (Dolgoprudny, 20–21 November 2019). – N.Y.: IEEE, 2020. – P. 1–5. https://doi.org/10.1109/EnT47717.2019.9030566

17. Ipanov R.N. Phase-Code Shift Keyed Probing Signals with Discrete Linear Frequency Modulation and Zero Autocorrelation Zone / R.N. Ipanov // Infocommunications Journal. – 2020. – Vol. 12, № 1. – P. 45–52. https://doi.org/10.36244/ICJ.2020.1.7

18. Ипанов Р.Н. Импульсные полифазные сигналы с нулевой зоной автокорреляции и алгоритм их сжатия / Р.Н. Ипанов // Радиотехника и электроника. – 2020. – Т. 65, №6. – С. 578–586. https://doi.org/10.31857/S0033849420060121

19. Ипанов Р.Н. Полифазные частотно-манипулированные зондирующие сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – № 6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun20/11/text.pdf

20. Ипанов Р.Н. Импульсные сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой / Р.Н. Ипанов // Радиотехника и электроника. – 2020. – Т.65, № 9. – С. 894–901. https://doi.org/10.31857/S0033849420080069

21. Ipanov R.N. Polyphase signals with discrete frequency shift keying and zero autocorrelation zone for the remote sensing radar / R.N. Ipanov, A.A. Komarov // Journal of Applied Remote Sensing. – 2020. – Vol. 14, № 4. – P. 040501. https://doi.org/10.1117/1.JRS.14.040501

22. Ipanov R.N. Probing signals with ZACZ for GPR onboard of unmanned aerial vehicle / R.N. Ipanov, A.A. Komarov // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. – 2021. – Vol. 21, № 1. – P. 110–117. https://doi.org/10.11591/ijeecs.v21.i1.pp110-117

23. Ипанов Р.Н. Требования к кодирующей матрице фазокодоманипулированного зондирующего сигнала с нулевой зоной автокорреляции / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – № 7. URL: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.5

24. Ipanov R.N. Requirements for the Coding Matrix of a Probing Signal with Zero Autocorrelation Zone for the Remote Sensing Radar / R.N. Ipanov // Sensing and Imaging. – 2023. – Vol. 24, № 1. – 18. https://doi.org/10.1007/s11220-023-00423-8

25. Новые технологии дистанционного зондирования Земли из космоса / В.В. Груздов, Ю.В. Колковский, А.В. Криштопов, А.И. Кудря. – Москва: Техносфера, 2018. – 482 с.

Для цитирования:

Ипанов Р.Н. Применение зондирующих сигналов с нулевой зоной автокорреляции для улучшения качества изображений космических объектов в инверсных РСА // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.10.14