Диссертация (1102680), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Впроводимых экспериментах была достигнута разрешающая способность 3 – 4 м. Впервые былиполучены дальностные портреты воздушных целей. Позже была создана установка сзондирующими ЛЧМ сигналами с девиацией частоты 75 МГц и коэффициентом сжатия 2250. Вней выполнялась цифровая обработка сигналов, впервые использовалась микропроцессорная24техника. С середины 1980-х гг.
создаются электродинамические математические моделирадиолокационных целей.Вопросам обнаружения, получения дальностных портретов и распознавания целей такжепосвящены работы [7, 78–82]. Задачи маскировки и демаскировки целей при зондированиирадиолокационными сигналами рассматриваются в работах [82–84].При построении систем радиовидения миллиметрового диапазона часто обращаются калгоритмувосстановленияспектраисходногоизображенияизизмеренногоспектраиспорченного изображения измеряемой антенной и аппаратной функцией антенны. В работах[85–88] предлагается также использовать в качестве опорной информацию о статистическиххарактеристиках пространственного спектра объектов подобного класса с последующейфильтрацией ложных выбросов в высокочастотных областях спектра.
При этом, процедурафильтрации в высокочастотной области подразумевает ликвидацию больших значенийамплитуд, в свою очередь низкочастотная область спектра остается без изменения. Информацияо контурах изображений находится в области низких пространственных частот. Впредставленной работе приведены смоделированное радиотепловое изображение, используемоеопорное и результат восстановления.
Также оценено качество восстановления изображений приразличных мешающих факторах.1.6. Радиофотонные методы в радиолокационных системах нового поколенияУвеличение ширины полосы частот зондирующих сигналов до нескольких гигагерцприводит к необходимости аналого-цифрового преобразования со скоростью 10–20 Гвыб/с.Электронные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), работающие с такими скоростями,являются очень сложными и дорогими устройствами. Разрядность таких АЦП невелика исоставляет 6–8 эффективных бит, в редких случаях – 10 эффективных бит. В результате,использование таких АЦП в приемном канале сверхширокополосных радиолокационных системприводит к невысокому динамическому диапазону их приемников.
В последние годы интенсивноразвивается новое направление исследований [89–90] под названием радиофотоника,микроволновая фотоника, нанофотоника и другие.Радиофотоникаизучаетвзаимодействиемеждуоптическимсигналомисверхвысокочастотным электрическим сигналом [89–90]. Можно выделить следующие наиболееперспективные направления технологии радиофотоники: построение быстродействующиханалого-цифровыхпреобразователейвысокойразрядности[91–93],построениеоптоэлектронных генераторов с низким уровнем фазовых шумов [94–95], построение25приемников микроволнового диапазона, устойчивых к воздействию электромагнитныхимпульсов большой мощности [96–98], создание фазированных антенных решеток (ФАР) [89] идругие.
Так, например, в работах [99–101] описаны результаты разработки экспериментальногомакета радара, основные блоки которого созданы на базе радиофотонных элементов.1.6.1. Высокоскоростные аналого-цифровые преобразователиРассмотрим принцип действия фотонных АЦП, построенных во временном [91–92] ичастотном [91, 93] представлениях.
Входной СВЧ сигнал подается на электрооптическиймодулятор, в котором выполняется его дискретизация по времени при помощи короткихимпульсов с фемтосекундного лазера. Частота повторения лазерных импульсов определяетбыстродействие АЦП и должна составлять десятки гигагерц. Квантование дискретного СВЧсигнала по уровню осуществляется при помощи квантователя.
Квантователь состоит из: модулянасыщающихся поглотителей, имеющих разный уровень насыщения, и матрицы фотодиодов, вкоторой каждому уровню насыщения поглотителя соответствует свой фотодиод. Это позволяетвыполнять дискретизацию входного сигнала по уровню. Также имеется схема сброса длявозвращения модуля насыщающихся поглотителей в первоначальное состояние и электронныйкомпаратор, формирующий цифровой сигнал.В свою очередь, принцип действия фотонного АЦП, построенного в частотномпредставлении,заключаетсявследующем.Фемтосекундныйлазергенерируетпоследовательность импульсов с частотой повторения равной частоте требуемой оцифровки.Импульсы проходят через дисперсионное волокно и растягиваются по времени.
Далеерастянутые оптические импульсы подаются на интерферометр Маха–Цендера и модулируютсяСВЧ сигналом. Промодулированный оптический сигнал поступает на систему полосовыхфильтров, где каждый фильтр вырезает сигнал определенной частоты. Узкополосный сигнал скаждого фильтра оцифровывается относительно медленным электронным АЦП (100–500Мвыб/с) большой разрядности (12–14 бит).1.6.2. Оптоэлектронные генераторы с низким уровнем фазовых шумовШумовой сигнал с выхода широкополосного усилителя СВЧ проходит через полоснопропускающий фильтр, и формируется узкополосный шумовой сигнал.
Часть этого сигналаответвляется направленным ответвителем, которая модулирует оптический сигнал диода вэлектрооптическом модуляторе. Промодулированный сигнал проходит через волокно идетектируется фотодетектором. Далее этот сигнал поступает на вход усилителя СВЧ, образуяцепь положительной обратной связи. В свою очередь, с прямого канала направленногоответвителя снимается сгенерированный сигнал фиксированной частоты. Для возможностиперестройки частоты генерации необходимо вместо фиксированного полосового фильтра26установить перестраиваемый.
Описанная схема позволяет создавать генераторы с низкимуровнем фазовых шумов [94–95]. Так, например, фирма OEwaves производит электрооптические генераторы, которые при несущей частоте 10 ГГц и отстройке 1 кГц имеют уровеньшумов -145 дБн/Гц, а при отстройке 10 кГц – вплоть до -163 дБн/Гц. Эта же фирма производиткомплексы измерения шумов на базе электрооптических опорных генераторов с низким уровнемфазовых шумов.1.6.3. Радиофотонный приемник микроволнового диапазонаРазвитие средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) приводит к необходимости созданиязащиты входных трактов радиолокационных систем от воздействия сверхширокополосныхэлектромагнитных импульсов большой мощности [102].
Одним из эффективных методов защитыявляется создание неэлектронного диэлектрического входного элемента приемника –цилиндрической диэлектрической резонансной антенны со встроенным в нее электрооптическимрезонатором (оптическим резонансным диском) [96–98]. Электрооптический резонаторпринимает сигнал от диэлектрической резонансной антенны и в результате взаимодействия внелинейной среде модулирует оптический сигнал от лазерного диода (с оптического входаантенны), который поступает на фотоприемник, где выделяется принимаемый СВЧ сигнал.Таким образом, описанное устройство позволяет обеспечивать изоляцию междуполупроводниковымирадиоэлектроннымиэлектромагнитными импульсами средств РЭБ.элементамиприемникаимощными27ВыводыИспользование 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 эффективной поверхностирассеивания локальных центров. Таким образом, достоинством короткоимпульсной локацииявляется сравнительная простота обработки сигналов.В настоящей работе исследуется форма отраженного сигнала и характер получаемыхрадиоизображений в зависимости от длительности зондирующих радиоимпульсов ихарактеристик облучаемых модельных объектов.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-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.В настоящей работе также представлены результаты разработки экспериментальногомакета радара трехсантиметрового диапазона со ступенчато-частотной модуляцией в полосечастот 4 ГГц и приведены результаты зондирования реальных объектов.28ГЛАВА 2. Исследование формы отраженного сигнала при зондированиикороткими радиоимпульсамиВведениеРаботы по созданию систем активного радиовидения, позволяющих получатьизображения окружающих предметов в радиодиапазоне, ведутся с конца прошлого века. Однимиз методов, на основе которого может быть создана такая система, является использованиерадиолокатора с зондирующими импульсами наносекундной длительности.
При этом,излучаемые импульсы могут не иметь несущей частоты (импульсы отрицательной илиположительной полярности, биполярные и др.) или могут быть сформированы на несущейчастоте СВЧ диапазона [103]. Наличие или отсутствие несущей частоты в зондирующемнаносекундном импульсе радара влияет на разработку устройств формирования, излучения иприема сигнала, на условия и особенности распространения сигнала в среде [3, 12, 16–17, 48–49].В основном, это определяется областью применения разрабатываемой системы. Радары сзондирующими видеоимпульсами находят основное применение на малой дальности [12, 48–49],в свою очередь, радиолокаторы с зондирующими наносекундными радиоимпульсами могут бытьиспользованы как на малых, так и больших расстояниях [3, 16–17].Использование радиоимпульса наносекундной длительности в радаре позволяет повыситьразрешающую способность по дальности до десятков сантиметров.
Отражение зондирующегонаносекундного радиоимпульса от разных рассеивающих элементов лоцируемого объектаприводит к распаду пространственной когерентности, в связи с этим отраженное излучение неинтерферирует между собой, в результате наличие первичной информации с радара (огибающаяотраженного сигнала при каждом угле поворота антенны) позволяет получить радиоизображениецели в координатах: угол – временная задержка.
Огибающая сигнала, отраженного от цели,представляет собой набор импульсов различной амплитуды, который позволяет восстановитьструктуру цели. Положение импульсов [50] на временной шкале содержит информацию огеометрии цели, а значения амплитуд импульсов определяются величиной ЭПР отдельных ееэлементов.В разделе 2.1. представлены результаты разработки экспериментальной установки дляпроведения локационных измерений (трехсантиметрового диапазона с длительностьюзондирующего радиоимпульса 20 нс), созданной на базе стандартного оборудования.Экспериментальнопроверенысвойствакороткоимпульснойрадиолокации(высокоепространственное разрешение, высокая точность определения дальности цели, возможность29раздельного обнаружения в плотной группе целей с большой разницей в ЭПР, способностьработы с малой дальности и др.).В разделе 2.2. представлены результаты разработки экспериментальной установки дляпроведения локационных измерений (трехсантиметрового диапазона с длительностьюзондирующего радиоимпульса до 1.5 нс).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
