Как (черт возьми) был реализован когерентный радар с синтезированной апертурой (SAR) с использованием фотоэмульсии на борту Аполлона-17?

CSAR (когерентный радар с синтезированной апертурой) не использовал очень высокие частоты и короткие длины волн, такие как 3 ГГц (0,1 м) или 30 ГГц (0,01 м), что позволяло использовать небольшие направленные антенны с узким лучом.

Использовались очень низкие частоты 5, 15 и 150 МГц и длины волн 60, 20 и 2 м. Эти низкие частоты были выбраны для отображения не только лунной поверхности, но и грунта под ней на максимальной глубине исследования около 1 км .

Было невозможно использовать антенну размером в несколько длин волн. Поэтому я предполагаю, что для формирования луча использовалась «синтетическая апертура» с использованием двух небольших антенн, намного короче длины волны.

Два упоминания слова «синтетический» в сводном отчете программы «Аполлон» не объясняют SAR.

Но в ссылке , найденной uhoh, отсутствует информация об оптической обработке SAR:

Прецизионный оптический процессор ERIM и методы, используемые для обработки данных эхолота, были разработаны за последние два десятилетия для использования с данными радара с синтезированной апертурой (SAR). Эти методики широко описаны в литературе [Refs. 4-8).

Когерентный оптический процессор представляет собой аналоговый компьютер, который выполняет операции линейного интегрального преобразования данных в соответствии с требованиями при обработке данных SAR. Эхолот, как и любой другой РСА, требует, чтобы с данными выполнялись две независимые операции: одна для сжатия кодированных (или ЛЧМ) импульсов дальности, а другая для сжатия записей данных синтетической апертуры вдоль пути. Эти две независимые операции сводятся к одной двумерной операции в ортогональной системе координат когерентного оптического процессора.

Таким образом, SAR-обработка была не цифровой, а оптической и аналоговой с записью на пленку.

Эхолот ОПТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР

Упрощенная схема типичного оптического процессора SAR представлена ​​на рисунке 2. Пленка с входными данными расположена в плоскости P 1 и освещается когерентным световым лучом, полученным от лазерного источника. Пленка с данными погружается в «жидкий затвор», чтобы свести к минимуму влияние случайных изменений толщины пленки на когерентный световой пучок. Данные, записанные на пленку в формате переменной плотности, модулируют интенсивность светового луча таким образом, что формируется астигматическое радиолокационное изображение лунной поверхности; фокус по азимуту происходит в некоторой плоскости PA' без учета эффектов наклонной плоскости, тогда как фокус по дальности возникает в некоторой плоскости PR. Пара сферических линз (S1, s2) работает как телескоп с единичным увеличением в измерении дальности и переносит плоскость изображения дальности в выходную плоскость P0. Пара сферических, цилиндрических линз (S1, c1; s2,

Сферическая линза (S1) обеспечивает отображение двумерного преобразования Фурье входных данных в своей задней фокальной плоскости P1. В этой пространственной плоскости могут выполняться различные функции частотной фильтрации. Расположенные здесь простые ограничительные апертуры действуют как полосовые фильтры с резкой отсечкой. Такие апертуры используются для устранения как шума вне полосы данных, так и сопряженного информационного изображения, образующего нерезкий фон в плоскости изображения; апертуры также используются для ограничения обрабатываемого азимута или доплеровской полосы пропускания. В этой частотной плоскости могут быть размещены взвешивающие фильтры для уменьшения уровней боковых лепестков дальности. Эти фильтры представляют собой простые маски модуляции интенсивности.

Но как они могли хранить аналоговую фазовую информацию на пленке? Если пленка разрешает 100 линий на мм, для записи сигнала частотой 5 МГц потребуется скорость пленки 50 м/с.

Но FM-модулированные ( чирп- сигналом) радарные импульсы имели период повторения 2520 микросекунд, всего около 400 импульсов в секунду. Таким образом, минимальная скорость пленки составляла всего 4 мм в секунду, чтобы сохранить 400 импульсов в виде отдельных строк.

Свойство линейной частотной модуляции как сигнала, так и доплеровской характеристики точечных целей можно рассматривать как линейно изменяющуюся дифракционную решетку.

Эта дифракционная решетка предоставляла информацию о фазе для оптической аналоговой обработки SAR.

Радар с синтезированной апертурой не использует интерферометрию. Таким образом, он не имеет отношения к методам синтеза апертуры в радиоастрономии. (В вопросе упоминается интерферометрия, и, возможно, это следует исправить)

Оригинальный патент Wiley на SAR находится здесь: https://patents.google.com/patent/US3196436A/en .

Один аспект изобретения описан следующим образом:

"радар импульсного доплеровского типа, имеющий в одном из вариантов изобретения нелучевую антенну, и с отражениями от местности, разделенными на группы, отличающиеся друг от друга частотными изменениями из-за эффекта Доплера, причем отражения в каждой группе разделены во времени, и визуально воспроизводятся несколько групп и разделенные во времени отражения в каждой группе».

Другими словами, каждый отраженный импульс, принятый антенной, содержит информацию как о дальности (задержке), так и о доплеровском смещении. Устройство обработки должно объединить эти два значения, чтобы определить интенсивность отражателя в определенном диапазоне и азимуте. Задержка и доплеровский сдвиг постоянно изменяются, поэтому речь не идет о декодировании дискретных эхо-сигналов.

Этот документ https://ieeexplore.ieee.org/document/1455230 включает следующий рисунок, показывающий аналоговую оптическую обработку данных SAR на пленке.

Изображенная оптика выполняет преобразование в изображение. Я точно не знаю, как работает система, но точечный отражатель создаст изогнутую линейную полосу на пленке с данными, поэтому задача оптики состоит в том, чтобы сфокусировать ее в точку на выходной пленке.