Автореферат (1102679), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

В первой главепредставлен обзор литературы, во второй и третьей – экспериментальные результаты позондированию модельных объектов наносекундными радиоимпульсами, результаты численногомоделирования, сравнение результатов эксперимента и теории и их интерпретация, в четвертой–экспериментальныерезультатыпозондированиюсценыквазинепрерывнымимонохроматическими сигналами, перестраиваемыми дискретно по частоте в сверхширокойполосе частот, в пятой – результаты разработки и создания экспериментального макетасверхширокополосного многочастотного радара, функционирующего в режиме радиовидения,результаты экспериментов и перспективы дальнейшего развития.8Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель инаучная новизна исследований, обозначена практическая значимость результатов работы,описана методология исследований, изложены положения, выносимые на защиту, обоснованастепень достоверности полученных результатов, представлен список публикаций по темедиссертации.Первая глава представляет собой обзор литературы.

Приведены определениясверхширокополосных сигналов, основанные на различных критериях, таких как: величинакоэффициента широкополосности, абсолютное значение ширины полосы сигнала, величинаразрешающей способности по дальности, соотношение пространственной длительности сигналаи размера отражающего объекта, величина длительности импульса. Иногда при классификациисигналов также учитывают пространственно-временные эффекты при приеме.Рассматривается построение короткоимпульсных радиолокаторов с зондирующими видеоирадиоимпульсами;сверхширокополосныхмногочастотныхрадиолокаторовспоследовательным и одновременным излучением частотных компонент; сверхширокополосныхрадиолокаторов с прямым и инверсным синтезом апертуры (позволяет получать высокоеразрешение не только по дальности, но и по угловым направлениям). Кратко изложенырезультаты некоторых работ по распознаванию цели. Приведены перспективные направленияразвития радиолокационных систем нового поколения, основанные на использовании методоврадиофотоники.Использование зондирующих радиоимпульсов наносекундной длительности позволяетповысить разрешающую способность по дальности до десятков сантиметров.

В результате,огибающая сигнала, отраженного от цели, содержит информацию о структуре цели и позволяетполучить ее радиоизображение в координатах «угол–дальность». Действительно, положениеимпульсов на временной шкале отраженного сигнала соответствует взаимному расположениюлокальных центров рассеивания, а их амплитуды – величине ЭПР локальных центров. Такимобразом, достоинством короткоимпульсной локации является сравнительная простота обработкисигналов.В диссертационной работе исследуется форма отраженного сигнала и характерполучаемых радиоизображений в зависимости от длительности зондирующих радиоимпульсов ихарактеристик облучаемых модельных объектов (МО).Однако использование импульсов наносекундной длительности имеет ряд недостатков:малая энергия излучаемого сигнала; сложность создания генераторов мощных импульсовдлительностью порядка 1 нс; необходимость применения в приемном тракте высокоскоростныхдетекторов высокой чувствительности; необходимость высокоскоростного аналого-цифрового9преобразования высокой разрядности и некоторые другие.

Эти недостатки могут бытьпреодоленыприпомощииспользованиязондирующихмногочастотныхсигналов:квазинепрерывных монохроматических сигналов, дискретно перестраиваемых по частоте всверхширокой полосе частот, или сигналов с одновременным излучением частотных компонент.Вдиссертационнойработетакжепредставленырезультатыразработкиэкспериментального макета многочастотного радара трехсантиметрового диапазона соступенчато-частотной модуляцией в полосе частот 4 ГГц и приведены результаты зондированияреальных объектов.Вторая глава состоит из двух частей. В первой части описаны результаты локационныхизмерений с использованием зондирующих радиоимпульсов длительностью 20 нс на несущейчастоте 10 ГГц. В качестве облучаемых целей использовались уголковые отражатели, а такжеэлементы реальных урбанистических объектов.

Экспериментально проверены основныесвойства короткоимпульсной радиолокации.Во второй части описаны результаты создания экспериментальной установки дляпроведения локационных измерений с зондирующими наносекундными радиоимпульсами(минимальной длительностью до 1.5 нс) на несущей частоте 10 ГГц и результаты экспериментовпо сканированию протяженного МО (состоящего из отражателей дискообразной формы,расположенных вплотную в ряд друг за другом), установленного под разными ракурсами(рисунки 1а и 1б), радиоимпульсами различной длительности (1.5 нс, 3 нс и 6 нс).Экспериментальные результаты представлены на графиках в координатах «угол места –временная задержка».

Предложена теоретическая модель на основе принципа Гюйгенса–Френеля, позволившая качественно объяснить экспериментальные результаты (рисунок 1в).Пусть из источника (рупорной антенны с диаграммой направленностиf ДНА   )распространяется импульсное излучение (радиоимпульс с гауссовской огибающей), имеющееамплитуду волны U 0 t  . На первом этапе волна, излученная антенной, достигает МО и, пройдярасстояние r , зависящее от координаты y , падает по амплитуде на величину 1 r и приобретаетзадержку по времени r c , где c – скорость света. МО представим в виде 19 точечныхпереотражателей, имеющих известнуюf ДОР   диаграмму обратного рассеяния (ДОР),расположенных на одном вертикальном отрезке длиной L на расстоянии l1 друг от друга.

Тогдаамплитуда волны описывается формулойr 1U  y , t   U 0  t     f ДНА   , (1)c rНа втором этапе отражения волны, учитывая принцип Гюйгенса–Френеля, поле от каждоговторичного источника попадает обратно в антенну, при этом приобретает временную задержку10r c и падает по амплитуде на величину 1 r . В результате, имеет суммарную амплитуду,выражаемую по формулеyr 1~ 2 U   U  y , t     f ДНА    f ДОР    dy .

(2)c ry1Подставляя формулу (1) в (2), получаем выражение для амплитуды отраженной волны наприемникеy2r  1~ 2 2U   U 0  t    2  f ДНА    f ДОР    dy . (3)c  ry1~Вычисление (3) позволяет получить для каждого угла места  временную зависимость U  t  .В связи с тем, что отражатели располагались достаточно плотно, а расстояние между ихцентрами составляло менее трех длин волн падающего ЭМ излучения, поверхность МО отражалаЭМ излучение зеркально, а рассеивали только его два конца. Разность расстояний от приемнопередающей антенны до каждого из концов МО, установленного вертикально, составляла 36 см.В ходе экспериментов по сканированию МО зафиксированы два отраженных импульса (рисунок2), причем при сканировании объекта по углу места положение импульсов по временной шкалепрактически не меняется и происходит “перетекание” энергии между ними (рисунок 3).Показано, что при зондировании объекта радиоимпульсами длительностью 1.5 нс еголокальные центры рассеивания (два конца) разрешаются по времени, и форма отраженногосигнала представляет собой два импульса, разнесенных по временной шкале.

При постепенномувеличении длительности зондирующего радиоимпульса отражения от центров рассеиванияначинают сливаться, и радиовидение становится невозможным. Таким образом, формаотраженного сигнала зависит от длительности зондирующего радиоимпульса и расстояниямежду локальными центрами рассеивания.Описаны результаты эксперимента и численного моделирования по сканированию МО,расположенного наклонно. Картина отраженного сигнала в координатах «угол места – задержка»позволяет определить ракурс расположения цели и расстояния до ее центров рассеивания.В третьей главе экспериментально исследованы механизмы отражения радиоимпульсовнаносекундной длительности от МО кольцеобразной и крестообразной формы. Использованиезондирующихрадиоимпульсовнаносекунднойдлительностипозволяетполучатьрадиоизображение цели в координатах «угол – дальность», тем самым, короткоимпульсныйрадиолокатор позволяет реализовывать режим радиовидения цели на первичном индикаторе.Если расстояние между отражательными элементами объекта составляет порядка однойдлиныволныЭМизлучения,тогданаприемникенаносекундногорадарабудут11зарегистрированы отражения только от концов объекта, и картины радиовидения не получится(рисунок 4).Показано, что отражательные элементы цели могут быть пространственно разрешены вслучае, если расстояние между ними составляет несколько длин волн (возможность разрешения).Если расстояние между отражательными элементами объекта составляет несколько длин волнЭМ излучения и сравнимо/или больше разрешающей способности (по дальности) зондирующегорадиоимпульса,тогдапоявляетсявозможностьполучитьдостаточноинформативноерадиоизображение в координатах «угол – дальность» (рисунок 5).При использовании более длинного зондирующегорадиоимпульса происходитинтерференция отраженного сигнала от ближайших отражательных элементов и возникаетпространственноеразмазываниеотклика.Прииспользованиядостаточнокороткогозондирующего радиоимпульса возможно получить информацию об “отражательной структуре”цели.

Степень дискретности изображения будет зависеть от длительности импульса (рисунок 6).В традиционных радиолокаторах с зондирующими линейно-частотно модулированными(ЛЧМ) импульсами микросекундной длительности для повышения разрешающей способностипо дальности увеличивают ширину полосы девиации частоты. Однако существует проблемаобнаружения целей на фоне отражений от подстилающей поверхности (ПП), поскольку присжатии сигнала в приемнике возникают боковые лепестки, которые могут перекрыть сигнал,отраженный от цели с малым значением ЭПР.

В то же время, наносекундный радиолокаторпозволяет обнаруживать цель с малым ЭПР на фоне отражений от ПП с много большимзначением ЭПР (рисунок 7). Зондирующий короткий радиоимпульс отдельно отражается отэлементов цели и от ПП, в результате, на дальностном индикаторе радара импульсы, отраженныеот цели и от ПП, регистрируются раздельно, поскольку имеют различную временную задержку.В четвертой главе недостатки коротких импульсов были преодолены использованиеммногочастотных сигналов со ступенчато-частотной модуляцией. При каждом угле поворотаантенной системы (АС) измеряется комплексная частотная характеристика H  jfсверхширокойполосечастот.Вкачествезондирующеговыступаетсреды внепрерывныймонохроматический сигнал, перестраиваемый с шагом по частоте df в полосе f  f макс  f мин .Измеренная частотная характеристика умножается на спектрS имп  f эквивалентного(длительностью порядка 1 f и центральной частотой f 0   f мин  f макс  2 ) зондирующегорадиоимпульса (с учетом   2f )S прием  j   H  j   S имп   .

Характеристики

Список файлов диссертации