Автореферат (1102679)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиМитрофанов Евгений ВячеславовичЗОНДИРОВАНИЕ УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫШИРОКОПОЛОСНЫМИ РАДИОСИГНАЛАМИСпециальность 01.04.03. РадиофизикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 20162Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки«Институт радиотехники и электроники имени В.А.

Котельникова» Российской академии наук.Научный руководитель:Черепенин Владимир Алексеевич, доктор физико-математических наук, профессор,член-корреспондент РАНОфициальные оппоненты:Неронский Леон Богуславович, доктор технических наук, профессор,Заслуженный конструктор России, главный научный сотрудникАкционерное общество «Концерн радиостроения «ВЕГА»Сухарева Наталия Александровна, кандидат физико-математических наук, доцент,Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,физический факультет, кафедра фотоники и физики микроволнВедущая организация:Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования«Южный федеральный университет», физический факультетЗащита диссертации состоится «___» __________ 2016 года в ___ ч.

___ мин. на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.67 на физическом факультете Московского государственногоуниверситета имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, стр. 2, физический факультет, аудитория ЦФА имени Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУимени М.В. Ломоносова по адресу: 119192, г.

Москва, Ломоносовский проспект, д. 27 и в сетиИнтернет: http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-67/Автореферат разослан «___» __________ 2016 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.67кандидат физико-математических наук, доцентА.Ф. Королев3Актуальность темы исследованияЗондирование объектов может быть пассивным и активным. В первом случаеиспользуются естественное отражение или собственное излучение. Системы, построенные наоснове пассивного зондирования, как правило, функционируют в инфракрасном, террагерцовомили миллиметровом диапазонах длин волн и, прежде всего, должны обладать приемниками свысокой чувствительностью. В качестве примера можно привести работу [1], где изложенырезультаты разработки пассивной системы радиовидения трехмиллиметрового диапазона длинволн и представлены радиоизображения главного здания МГУ имени М.В. Ломоносова.Пассивные системы имеют высокую скрытность, вследствие отсутствия зондирующего сигнала,однако, в зависимости от метеоусловий могут быть малоэффективны.

В свою очередь, активныесистемы в отличие от пассивных используют зондирующие сигналы и вследствие этого болееустойчивы к различным погодным условиям. Использование в радарах зондирующих сигналов сширокой и сверхширокой полосой частот позволяет создавать новые высокоинформативныерадиолокационные системы [2–6], функционирующие в режиме радиовидения цели [3, 6–8].Такие системы часто называют активными системами радиовидения. В качестве сигналов сосверхширокой полосой частот могут выступать радио/видео импульсы наносекунднойдлительности [2–4, 9–11]. Зондирующий короткий радиоимпульс при отражении от целираспадается на последовательность импульсов, каждый из которых соответствует отдельным ееэлементам [6, 12–13]. В результате, огибающая отраженного сигнала представляет собой наборимпульсов различной амплитуды, где положение импульсов на временной шкале содержитинформацию о геометрии цели, а значения амплитуд импульсов определяются величинойэффективной поверхности рассеивания (ЭПР) отдельных ее элементов.

При сканировании поуглу появляется возможность восстановить форму цели.Цель работыЭкспериментальноеисследованиедвухнаправленийвсверхширокополосномзондировании коротким радиоимпульсом и широкополосным радиосигналом с большой базой.Были решены следующие задачи:1.1. Для проведения измерений разработана лабораторная установка трехсантиметровогодиапазона с зондирующими наносекундными радиоимпульсами.1.2. Экспериментально исследована зависимость характера получаемого радиоизображенияв координатах «угол–дальность» от длительности зондирующих импульсов приоблучении модельных объектов простой геометрической формы.41.2.1.

Проведены эксперименты по сканированию протяженного модельного объекта,установленного под разными ракурсами, радиоимпульсами различной длительности;построена вычислительная модель на основе принципа Гюйгенса–Френеля,позволившая качественно объяснить экспериментальные результаты.1.2.2. Проведены эксперименты с модельными объектами при различном количествеотражательных элементов и различном их взаимном геометрическом положении.2.1. Разработанисозданавтоматизированныйэкспериментальныймакетсверхширокополосной системы с зондирующими многочастотными сигналами.2.2.

Проведены эксперименты по сканированию реальных сцен (подстилающей поверхности)и по обнаружению малоразмерных целей на фоне (отражений от подстилающейповерхности) урбанизированной местности.Научная новизна1. Исследованы особенности отражения радиоимпульсов наносекундной длительности отмодельных объектов различной формы и различной конфигурации “отражательнойструктуры”.Экспериментальнополученыколичественныехарактеристики,описывающие возможность получения радиоизображения цели и степень егоинформативности.2.

Впервыеприпомощииспользованиязондирующихмногочастотныхсверхширокополосных сигналов построены высокоинформативные радиоизображениясцен внутри зданий и в условиях плотно застроенной местности.3. Экспериментально показана возможность обнаружения малоразмерных целей на фонемешающих отражений от объектов урбанизированной среды при помощи зондированиясверхширокополосными многочастотными сигналами.Практическая значимость работыПоказано, что радиолокационные системы с зондирующими многочастотными сигналамимогут быть использованы в урбанизированной среде, например, для обеспечения безопасностидвижения, в территориально распределенных системах охраны, в том числе для обнаружениялюдей и беспилотных летательных аппаратов малых размеров. Также могут быть созданыкомпактные переносные системы рюкзачного типа для работы в горной и лесистой местности вусловиях плохой видимости.

В результате, сверхширокополосный радар в совокупности свысоким угловым разрешением (например, при реализации алгоритма сверхразрешения) можетвыполнять функцию системы активного радиовидения.5Методология и методы исследованияИсследованиеособенностейпостроениясистемыактивногорадиовиденияосуществлялось на основе использования зондирующих сверхширокополосных сигналов двухтипов: наносекундных радиоимпульсов и многочастотных сигналов. Эксперименты позондированию наносекундными радиоимпульсами проводились с модельными объектамиразличной формы и конфигурации “отражательной структуры”. Зондирование многочастотнымисигналами осуществлялось по реальным сценам (подстилающей поверхности) и помалоразмерным объектам и людям.Экспериментальные исследования проводились с использованием в качестве устройствгенерации и приема СВЧ излучения стандартного аналого–цифрового оборудования, чтопозволило сосредоточиться на особенностях работы экспериментального макета, не вдаваясь приэтом в детали разработки отдельных его блоков.Для проведения измерений был создан автоматизированный экспериментальный макетсверхширокополосной системы радиовидения.Положения, выносимые на защиту1.

Существенными факторами получения радиоизображений в системе с зондирующимирадиоимпульсами наносекундной длительности являются следующие:a. Если расстояние d между отражательными элементами объекта (с линейнымразмером L ) составляет d  0.1 , а пространственная длина l зондирующегорадиоимпульса l  2 L , тогда на приемнике наносекундного радара будутзарегистрированы отражения только от концов объекта, выступающих в данномслучае в роли рассеивателей, и картины радиовидения не получится.b.

Если расстояние d между отражательными элементами объекта составляет0.1  d  3 , тогда могут быть пространственно разрешены отражательныеэлементы(илигруппыпространственнаядлинаотражательныхlэлементов)зондирующегоцели,длярадиоимпульсакоторыхсоставляет2  l  2 d  2 L .c. Если расстояние d между отражательными элементами объекта составляет3  d  8  , а пространственная длинаl  2d  2 L ,тогдаимеетсяlвозможностьзондирующего радиоимпульсаполучитьинформациюоб“отражательной структуре” цели, при этом степень дискретности изображениязависит от длительности импульса.

Более длинный зондирующий радиоимпульс3d  l  2 L приводит к интерференции отраженного сигнала от ближайшихотражательных элементов и пространственному размазыванию отклика.6d. Если расстояние d между отражательными элементами объекта составляет8   d , а пространственная длина l зондирующего радиоимпульса l  2 d  2 L ,тогда имеется возможность разрешить все элементы цели и получить полностьюдискретное радиоизображение.2. Зондирующие радиоимпульсы наносекундной длительности позволяют получатьрадиоизображение цели на первичном индикаторе в координатах «угол–дальность».Радиоизображение, при этом, формируется без дополнительной обработки издальностных портретов, измеряемых при всех углах поворота антенной системы (впроцессе сканирования).3.

Созданный экспериментальный макет сверхширокополосной многочастотной системырадиовидения позволяет строить радиоизображения сцен местности, практически(порядка 10 см по дальности и 10 градусов по угловому направлению) совпадающие сгеографической картой, обнаруживать малоразмерные объекты (с линейным размером донескольких десятков сантиметров) на фоне урбанизированной среды.Степень достоверностиДостоверность результатов диссертационной работы подтверждается используемымиметодами исследования; теоретической моделью, построенной на основе принципа Гюйгенса –Френеля, позволившей качественно объяснить экспериментальные результаты; а такжемногочисленными экспериментами, в результате которых были получены радиоизображениясканируемых объектов, соответствующие их реальной геометрии.Апробация результатовРезультаты диссертационной работы апробировались на следующих конференциях:XII Всероссийская школа-семинар “Физика и применение микроволн” (Звенигород, 2011), XIIIВсероссийская школа-семинар “Волновые явления в неоднородных средах” (Звенигород, 2012),VI Всероссийская научно-техническая конференция “Радиолокация и радиосвязь” (Москва,2012), VII Всероссийская научно-техническая конференция “Радиолокация и радиосвязь”(Москва, 2013), I Всероссийская Микроволновая конференция (Москва, 2013), V научнотехническая конференция молодых ученых и специалистов “Актуальные вопросы развитиясистем и средств ВКО” (Москва, 2014), XIII научно-техническая конференция “Твердотельнаяэлектроника.

Сложные функциональные блоки РЭА” (Дубна, 2014), VIII Всероссийская научнотехническая конференция “Радиолокация и радиосвязь” (Москва, 2014), XXIX Всероссийскийсимпозиум “Радиолокационное исследование природных сред” (Санкт-Петербург, 2015), XVВсероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» (Красновидово, 2015), VIнаучно-техническая конференция молодых ученых и специалистов “Актуальные вопросы7развития систем и средств ВКО” (Москва, 2015), IX Всероссийская научно-техническаяконференция “Радиолокация и радиосвязь” (Москва, 2015).Материалы диссертации опубликованы в 28 печатных работах, в том числе 11 статьях вжурналах из списка ВАК, и 17 докладах в сборниках трудов конференций. Некоторые результатыработы представлены в отчетах двух НИР, выполненных при поддержке РФФИ №12–07–00779,№12–07–33103.Личный вклад автораПредставленные результаты диссертационной работы получены автором лично или приего определяющем участии.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации