Автореферат (1102679), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Например, шаг по частоте 10 кГц обеспечитмаксимальную дальность 7.5 км, а 5 кГц – 15 км. Увеличение дальности и, как следствие,количества частотных компонент приводит к значительному увеличению времени измерения18Рисунок 8. Эксперимент в коридоре ФФ МГУ.
Радиоизображения, наложенные на карту местности, получены вполосе частот: а) 8–12 ГГц, б) 9–11 ГГц, в) 9.5–10.5 ГГц, г) 9.75–10.25 ГГц.Рисунок 9. Эксперимент в дворовом интерьере: а) фотография сканируемой сцены; б, в) радиоизображения (полосачастот 9.5–10.5 ГГц), полученные: б) с первого ракурса (как на фотографии), в) со второго ракурса.а)б)Рисунок 10.
Сверхширокополосный многочастотный радар: а) фотография экспериментального макета, б)структурная схема радара.19Рисунок 11. Эксперимент в дворовом интерьере: а) радиоизображение (полоса частот 9.5–10.5 ГГц), б) фотографиясканируемой сцены.Рисунок 12. Обнаружение БПЛА (квадрокоптер), зависшего в воздухе на дальности 30м (азимут от -80 до -230).а)б)Рисунок 13. Обнаружение БПЛА (гексокоптер): а) сцена без БПЛА; б) БПЛА на дальности около 70м.20частотной характеристики. Для существенного увеличения скорости сканирования радара почастоте желательно излучать частотные компоненты одновременно.
При этом полный диапазончастот может быть разбит на несколько поддиапазонов. Например, генератор с мгновеннойполосой частот 250 МГц позволит перекрыть диапазон 4 ГГц за 16 перестроек его центральнойчастоты, также возможно использование одновременно 16 генераторов, настроенных насоответствующие центральные частоты. Это позволит измерять комплексный коэффициентпередачи радиоканала на всех частотах одновременно в пределах одного поддиапазона или вовтором варианте в пределах всего диапазона частот.
Затрачиваемое время измеренияэквивалентно измерению на одной частоте. Проведение измерений в сравнительно узких полосахподдиапазонов (порядка 100 МГц) позволяет строить приемо-передающие тракты оптимальныедля каждого поддиапазона частот, а также использовать относительно низкоскоростные АЦП иЦАП (0.2–1 Гвыб/с) высокой разрядности. Может быть использована сверхширокополосная ФАРили АФАР, так как на каждой поднесущей имеется возможность управлять сдвигом фаз.Угловое разрешение может быть улучшено путем использования узконаправленныхзеркальных антенн и/или увеличения центральной частоты зондирующего сигнала, например, до37.5 ГГц. Реализация алгоритма сверхразрешения, например, основанного на использованииаприорной информации (аппаратной функции антенны) позволит улучшить угловое разрешениепри тех же размерах апертуры используемых антенн.
В диссертационной работе изложенырезультаты измерений и вычисления методами временной фильтрации аппаратной функцииантенны и ее пространственного спектра для дальнейшего использования при реализацииалгоритма сверхразрешения. Имеется также потенциальная возможность реализовать какпрямой, так и обратный синтез апертуры.Заключение1. Использование зондирующих радиоимпульсов наносекундной длительности позволяетповысить разрешающую способность по дальности до десятков сантиметров. Отражениезондирующего наносекундного радиоимпульса от разных рассеивающих элементов лоцируемогообъекта приводит к распаду пространственной когерентности, в связи с этим отраженноеизлучение не интерферирует между собой, а огибающая отраженного сигнала содержитинформацию о структуре цели: положение импульсов на временной шкале соответствуетвзаимному расположению локальных центров рассеивания, а их амплитуды – величине ЭПРлокальных центров.
В результате, это позволяет получить радиоизображение цели в координатах«угол–дальность». Радиоизображение, при этом, формируется на первичном индикаторе радарабез дополнительной обработки, из дальностных портретов, измеряемых в процессе сканирования21по углу. Таким образом, достоинством короткоимпульсной локации является сравнительнаяпростота обработки сигналов.2. Разработана и собрана экспериментальная установка для проведения локационныхизмерений с зондирующими радиоимпульсами длительностью до 1.5 нс на несущей частоте 10ГГц.
Проведены эксперименты по сканированию модельных объектов радиоимпульсамиразличной длительности (1.5 нс, 3 нс и 6 нс). Исследована форма отраженного сигнала и характерполучаемых радиоизображений в зависимости от длительности зондирующих радиоимпульсов ихарактеристик облучаемых объектов.2.1. Проведены эксперименты по сканированию протяженного модельного объекта,установленного под разными ракурсами, радиоимпульсами различной длительности (1.5 нс, 3 нси 6 нс). Экспериментальные результаты представлены на графиках в координатах: угол –временная задержка.
Предложена теоретическая модель на основе принципа Гюйгенса–Френеля,позволившая качественно объяснить экспериментальные результаты.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.Картина отраженного сигнала в координатах: угол места – временная задержка –позволяет определить ракурс расположения цели и расстояния до ее отдельных элементов –центров рассеивания.В результате показано, что форма отраженного сигнала зависит от длительностизондирующего радиоимпульса и расстояния между локальными центрами рассеивания.2.2.Экспериментальноисследованымеханизмыотражениярадиоимпульсовнаносекундной длительности от модельных объектов.Если расстояние между отражательными элементами объекта составляет порядка однойдлиныволныЭМизлучения,тогданаприемникенаносекундногорадарабудутзарегистрированы отражения только от концов объекта, и картины радиовидения не получится.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,тогдапоявляетсявозможностьрадиоизображение в координатах: угол – дальность.получитьдостаточноинформативное22При использовании более длинного зондирующего радиоимпульса происходитинтерференция отраженного сигнала от ближайших отражательных элементов и возникаетпространственное размазывание отклика.При использовании достаточно короткого зондирующего радиоимпульса возможнополучить информацию об “отражательной структуре” цели.
Степень дискретности изображениябудет зависеть от длительности импульса.3. Использование зондирующих коротких радиоимпульсов имеет ряд недостатков: малаяэнергияизлучаемогосигнала;сложностьсозданиягенераторовмощныхимпульсовдлительностью порядка 1 нс; необходимость применения в приемном тракте высокоскоростныхдетекторов высокой чувствительности; необходимость высокоскоростного аналого-цифровогопреобразования 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.Для этого измеряется комплексная частотная характеристика среды между передатчиком иприемником, умножается на спектр эквивалентного (длительность обратно пропорциональнаширинеполосыперестройки)зондирующегорадиоимпульса,выполняетсяобратноепреобразование Фурье.
В результате, вычисляются дальностные портреты (огибающаявременной формы отраженного сигнала), эквивалентные тем, что получаются при зондированиисцены короткими импульсами. Дальностные портреты, измеренные косвенно, при каждом углеповорота антенной системы позволяют получать радиоизображения сканируемых сцен.В связи с этим разработан и создан автоматизированный экспериментальный макетсистемы радиовидения, функционирующий на основе метода последовательного излучениячастотных компонент в полосе частот 8–12 ГГц, и приведены результаты зондирования реальныхобъектов.4. Получены радиоизображения урбанизированной местности внутри и вне здания,которые достаточно точно совпадают с картой местности. Проведены испытания пообнаружению малоразмерных целей.
При небольшой мощности зондирующего сигнала (~100мВт) была продемонстрирована устойчивая работа радара на расстояниях до 100 м.Реализованныйметодимеетбольшуюэнергиюзондирующегосигналаивысокуючувствительность и, как следствие, – высокий динамический диапазон. Также имеется рядконструктивных схемотехнических преимуществ перед короткоимпульсными системами. Времясканирования пространства при одновременном излучении частотных компонент может бытьуменьшено до нескольких секунд.235.
Создание экспериментального макета системы радиовидения со ступенчато-частотноймодуляцией показывает, что системы с зондирующими многочастотными сигналами (приодновременном излучении частотных компонент) могут быть использованы в урбанизированнойсреде, например, для обеспечения безопасности движения, в территориально распределенныхсистемах охраны, в том числе для обнаружения людей и БПЛА малых размеров.
Также могутбыть созданы компактные переносные радары рюкзачного типа для работы в горной и лесистойместности в условиях плохой видимости.Литература1. Пирогов Ю.А., Гладун В.В., Тищенко Д.А., Тимановский А.Л., Шлемин И.В., Джен С.Ф.Сверхразрешение в системах радиовидения миллиметрового диапазона. // Журналрадиоэлектроники:электронныйжурнал,2004.№3.URL:http://jre.cplire.ru/jre/mar04/3/text.html2.
Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационныхизмерений. – М.: Радио и связь, 1989. – 192 с.3. Скосырев В.Н., Ананенков А.Е. Применение сверхкороткоимпульсных сигналов в РЛСмалой дальности. – М.: Эдитус, 2015. – 138 с.4. Чапурский В.В.
Избранные задачи теории сверхширокополосных радиолокационныхсистем. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 279 с.5. Хармут Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи. – М.: Радио и связь,1985.6. Wehner D.R. High-Resolution Radar. – 2nd edition. – Boston, London: Artech House, 1995.7. Обнаружение и распознавание объектов радиолокации. Коллективная монография / Подред. А.В. Соколова. – М.: Радиотехника, 2006. – 176 с.8.
Радиолокационные характеристики объектов. Методы исследования. (Научная серия«Конфликтно-устойчивые радиоэлектронные системы») Монография / Под ред. С.М.Нестерова. – М.: Радиотехника, 2015. – 312 с.9. Бадулин Н.Н., Бацула А.П., Губанов В.П., Климов А.И., Коровин С.Д., Мельников А.И.Радиолокатор с наносекундным зондирующим импульсом. // Приборы и техникаэксперимента, 1998.
№6. С. 111–114.10. Ultrawideband Radar Applications and Design // Edited by James D. Taylor. – Boca Raton,London, New York: CRC Press, 2012.11. Меркулов В.И., Сузанский Д.Н., Чернов В.С. Перспективы применения сверхкороткихимпульсных сигналов в авиационных бортовых радиолокационных системах. // Антенны,2014. Выпуск 10 (209). С. 11–20.2412. Иммореев И.Я. Сверхширокополосные радары. Особенности и возможности. //Радиотехника и электроника, 2009. Т. 54, №1. С. 5–31.13. Jankiraman M.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
