Автореферат (1102679), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

(4)12В результате, S прием  j  представляет собой спектр радиоимпульса, прошедшего черезканал H  j  и принятого в приемнике радара. Обратное преобразование Фурье от S прием  j  ивыполнение операции взятия модуля дает огибающую временной формы принятого сигналаAприем t  1j t S прием  j  e d 01 H  j   S имп   ejtd . (5)0Таким образом, Aприем t  является результатом эквивалентным зондированию средыкороткими импульсами.

Дальнейшая обработка проводится по той же схеме, что и в случаеиспользования коротких радиоимпульсов.Вид оконной функции S имп  f  подбирается из условия необходимой величиныподавления боковых лепестков во временной области, появляющихся при вычислении быстрогопреобразования Фурье (БПФ). В случае использования прямоугольной оконной функцииДирихле уровень боковых лепестков достигает значения -13.3 дБ. В проведенной работепреимущественно использовались оконные функции в виде гауссовского импульса (различнойширины) и четырехчленное окно Блэкмена–Харриса~~~БХ ~S импf  b0  2b1 cos 2f  2b2 cos 4f  2b3 cos 6f , (6)    где b0  0.35875 , 2b1  0.48829 , 2b2  0.14128 , 2b3  0.01168 ,~f   f  f 0  f  0.5 – частота в безразмерных единицах, заданная в диапазоне 0;1 .Использование окна Блэкмена–Харриса позволяет подавить первые боковые лепестки (вовременной области) до уровня -92 дБ относительно основного лепестка.

В свою очередь, оконнаяфункция в форме гауссовского импульса при такой же эффективной разрешающей способностидает подавление боковых лепестков до уровня -65 дБ.Для корректного выполнения обратного БПФ во временную область измеренная (вдиапазонечастотf мин … f макс )комплекснаячастотнаяхарактеристикадобавляется нулевыми значениями с шагом df в диапазоне частот от 0 до f минрадиоканала df  .

Далеевыполняется операция, соответствующая выражению (4), обратное БПФ и вычисляется модульот комплексных значений (5). Шаг по времени dt после выполнения обратного преобразованияФурье определяется через временное окно T dt 1следующим образомdfT1, (7)N df  Nгде N  N 0... мин  N мин ... макс – количество значений, на которых выполняется обратное БПФ,13N 0... мин f мин  df 1 – количество значений в диапазоне частот 0...

 f мин  df  ,dfN мин ... макс f макс  f мин 1 – количество значений в диапазоне частот f мин … f макс .dfУчет временного шага dt позволяет “привязать” значения вычисленных амплитуд креальной шкале времени.Полоса частот перестройки зондирующего сигнала составляла от 8 до 12 ГГц, шаг почастоте – 1 МГц / 0.2 МГц, полоса измерения – 10 кГц, выходная мощность – 100 мВт.Сканирование осуществлялось по азимуту при фиксированном угле места антенной системы сшагом 10 / 0.50. Ширина ДНА в области частоты 10 ГГц составляет около 100. Представленныерадиоизображения получены с использованием оконной функции Блекмана–Харриса.Экспериментальные исследования проводились в помещениях и во внутреннем дворефизического факультета (ФФ) МГУ.

Полученные радиоизображения (масштабированы пологарифмическому закону в децибеллах) наложены на соответствующие карты местности,положение АС на которых отмечено круглой меткой.На рисунке 8 представлены радиоизображения, полученные в результате сканированиякоридора ФФ МГУ зондирующими сигналами с шириной полосы перестройки а) 4 ГГц, б) 2 ГГц,в) 1 ГГц и г) 500 МГц (центральная частота 10 ГГц). Построенные радиоизображения достаточноточно соответствуют карте местности, проявилась структура бетонной стены (имеетсявозможность определить ее толщину), видны положения технологических элементовпомещения, установленных в стене (блок пожарной сигнализации, пожарный кран,электрический щит), а также предметов интерьера.На рисунке 9 представлены результаты сканирования внутреннего двора ФФ МГУ вполосе перестройки зондирующего сигнала 9.5–10.5 ГГц.

На рисунке 9б представленорадиоизображение, полученное с первого ракурса наблюдения, а на рисунке 9в – со второгоракурса наблюдения. На полученных радиоизображениях видны отражения от каждого изобъектов сцены. Можно отметить (рисунок 9а), что крыша гаража 1 состоит из множествасостыкованных листов металла, в результате это приводит к пространственному размазываниюотклика на получаемых радиоизображениях (рисунки 9 б и в).Реализованный метод имеет большую энергию зондирующего сигнала и высокуючувствительность и, как следствие, – высокий динамический диапазон. Также имеется рядконструктивных схемотехнических преимуществ перед короткоимпульсными радарами.В ходе работы получены радиоизображения урбанизированной местности внутри и внездания, которые достаточно точно совпадают с картой местности.14а)б)в)Рисунок 1.

Эксперимент по зондированию протяженного МО: а) схема эксперимента: МО расположен вертикально– вверху, МО наклонен – внизу; б) фотография вертикально установленного МО в безэховой камере; в)вычислительная модель.а)б)Рисунок 2. а) Экспериментальный и б) теоретический сигналы, отраженные от МО при зондированиирадиоимпульсами длительностью 1.5 нс (угол места -160).а)б)Рисунок 3. Сравнение экспериментальных (слева) и теоретических (справа) результатов, полученных присканировании а) вертикального МО, б) наклонного МО радиоимпульсами длительностью 1.5 нс.154а)5а)4б)4в)5б)5в)4г)5г)Рисунок 4.

Эксперимент по сканированию МО кольцеобразной формы: расстояние между отражателями << длиныволны: а) схема эксперимента (d = 210 см, h = 151 см); б) фотография МО; в) радиоизображение: радиоимпульс 1.5нс; г) дальностный портрет при азимуте 6.40.Рисунок 5. Эксперимент по сканированию МО кольцеобразной формы: расстояние между отражателями от трех довосьми длин волн: а) схема эксперимента (d = 210 см, h = 151 см); б) фотография МО; в, г) радиоизображения:радиоимпульс в) 1.5 нс, г) 6 нс.16а)б)в)г)Рисунок 6. Эксперимент по сканированию МО крестообразной формы: а) схема эксперимента (a = 160 см, a0 = 50см, a1 = 26.7 см, h1 = 150 см, h2 = 154 см, h3 = 158 см, d = 210 см); б) фотография МО; в, г) радиоизображения:радиоимпульс в) 1.5 нс, г) 6 нс.а)б)в)г)Рисунок 7.

Эксперимент по сканированию МО крестообразной формы, расположенного на фоне подстилающейповерхности: а) схема эксперимента; б) фотография МО и подстилающей поверхности; в) радиоизображение,полученное радиоимпульсами длительностью 6 нс; г) дальностный портрет при азимуте -90.17В пятой главе представлены результаты разработки и создания автоматизированногоэкспериментальногомакетамногочастотногосверхширокополосногорадара(полосаперестройки от 8 до 12 ГГц), функционирующего в режиме радиовидения.Экспериментальный макет (рисунок 10а) состоит из АС, векторного анализатора цепей(ВАЦ) и управляющего персонального компьютера (ПК) с программным обеспечением. АСпредставляет собой опорно-поворотное устройство (ОПУ) с двумя широкополосными (0.85–17.44 ГГц) рупорными антеннами П6-23 (передающей и приемной) и электронным блокомуправления (БУ).

ОПУ имеет возможность поворота по азимуту в секторе углов 1750 и по углуместа в секторе 500. ВАЦ Rohde&Schwarz ZVA-24 путем последовательной перестройки частотызондирующего монохроматического сигнала позволяет измерять комплексную частотнуюхарактеристику. ПК в автоматическом режиме управляет всей системой (рисунок 10б),установленное на нем разработанное программное обеспечение позволяет: 1) управлять ОПУАС; 2) управлять ВАЦ; 3) обрабатывать цифровые данные с ВАЦ; 4) выполнять получевуюотрисовку.Управлениесистемойосуществляетсячерезразработанныйспециальныйпрограммный интерфейс. Разработанная система полностью автоматизирована и позволяетполучать радиолокационные изображения в реальном масштабе времени.На рисунке 11а представлены результаты сканирования внутреннего двора ФФ МГУ сракурса как на фотографии на рисунке 11б.

На радиоизображениях (рисунки 9в и 11а) можноотметить наличие многократных переотражений, которые могут быть удалены при помощидополнительного сканирования с другой позиции (подробнее изложено в тексте работы).Проводились испытания по обнаружению БПЛА, зависшего в воздухе на фонеурбанизированной местности. Роль БПЛА выполняли квадрокоптер с линейным размером около35 см и гексокоптер с размером около 80 см.

Зондирующий сигнал перестраивался в полосечастот 8–12 ГГц. Сканирование в угловом секторе 600 выполнялось примерно за одну минуту. Нарисунке 12 представлено радиоизображение сцены местности и зависшего в воздухе БПЛА надальности около 30м и высоте 16м (высота определялась при помощи приемника спутниковогопозиционирования, установленного на БПЛА), углы азимута от -80 до -230. На рисунке 13представлены радиоизображения (при угле места 250) а) сцены местности и б) БПЛА(гексокоптер), зависшего в воздухе на дальности около 70м и высоте 30м.Также в работе были проведены эксперименты по лоцированию и обнаружениюдвижущихся и неподвижных людей на местности.Дальность работы многочастотного радара определяется, в том числе, величинойчастотного шага между излучаемыми компонентами.

Характеристики

Список файлов диссертации