Диссертация (1102680), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Исследована форма отраженного сигнала взависимости от длительности излучаемого наносекундного радиоимпульса и характеристикоблучаемого объекта.2.1. Локационные эксперименты с зондирующими радиоимпульсами длительностью 20 нс2.1.1. Экспериментальная установка (радиоимпульс 20 нс)На сегодняшний день элементная база достигла определенного уровня развития, ипоявилась возможность использовать уже готовые источники с наносекундной длительностьюрадиоимпульса.
В качестве блока генерации импульсов наносекундной длительности и блокапромежуточной частоты в приемнике выступает аналого-цифровое оборудование компанииRohde&Schwarz. Использование готовых блоков генерации и приема позволило сосредоточитьсяна особенностях работы локатора с импульсами наносекундной длительности, не вдаваясь приэтом в детали разработки отдельных его блоков.Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.1. Зондирующий сигналформируется с помощью генератора сигналов СВЧ диапазона Rohde&Schwarz SMB100A (сопцией импульсной модуляции), который создает последовательность радиоимпульсов сдлительностью 20 нс, частотой заполнения 10 ГГц и периодом повторения 100 мкс.
Импульснаямощность выходного сигнала генератора составляла около 100 мВт. В качестве передающих иприемных антенн использовались два стандартных рупора под трехсантиметровый волновод.Антенны закреплены на специальной платформе, их оси были параллельны полу.Особой проблемой является детектирование отраженного сигнала в приемнике. Былипротестированы детекторы прошлого поколения (Д602Б, ДК-В4, ДК-В7, ДК-В3, Д604, ДК-И2М,Д605, ДК-В7М, ДК-И2, ДК-В8), при этом либо не удовлетворялись технические требования начувствительность при мощности СВЧ генератора в 100 мВт, либо не хватало быстродействия, инаносекундные фронты растягивались до микросекунд.
В результате, данные диоды не моглибыть использованы для детектирования отраженного сигнала. В экспериментальном макетевходной сигнал в приемнике переносился на промежуточную частоту (ПЧ) 404.4 МГц входнымблоком анализатора сигналов Rohde&Schwarz FSQ26 (с опцией выхода с ПЧ) и далее подавалсяна цифровой осциллограф Tektronix TDS3052B с шириной полосы пропускания 500 МГц. В этомслучае чувствительности системы хватало для того, чтобы наблюдать отраженный сигнал.
В тоже время на осциллограф с выхода генератора подавался синхроимпульс, обеспечивая внешнюю30синхронизацию. Реализованная схема не растягивает фронты принимаемого (отраженного)сигнала, что является существенным для обеспечения высокого пространственного разрешения.Рисунок 2.1. Схема экспериментальной установки2.1.2. Отражение от модельных объектов (уголковые отражатели)Эксперимент по проверке возможности разрешения объектов при использовании 20 нсимпульса проводился в помещении ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.
Фотография местапроведения эксперимента и внешнего вида экспериментальной установки представлена нарисунке 2.2а. На разных расстояниях от локатора устанавливались уголковые отражатели (УО) сразличной ЭПР. Фотография УО с различной длиной грани приведена на рисунке 2.2б. На правойстене коридора находился металлический шкаф, который также оказывал влияние на полученныеизмерения.Схема помещения изображена на рисунке 2.3а.
Рабочая длина составляла около 14.5 м.При этом, металлический шкаф располагался на расстоянии 9 м от локатора. Уголковыеотражатели пронумеруем УО 1 (длина грани 50 см), УО 2 (26 см) и УО 3 (10 см), и отражения отних будем обозначать на осциллограммах и графиках под номерами 1, 2, 3 соответственно.Импульс, отраженный от металлического шкафа, обозначим цифрой 4, а от конца коридора –цифрой 5.Первый эксперимент заключался в проверке максимального разрешения по дальности. УО1 располагался на расстоянии 6 м, а на его фоне на той же оси маленький УО 3 – на расстоянии3 м от локатора (рисунок 2.3а).31а)б)Рисунок 2.2.
а) Фотография места проведения эксперимента и внешнего вида экспериментальной установки.б) Фотография уголковых отражателей.На приведенной осциллограмме видно (рисунок 2.3б), что первые два импульса,отраженные от уголковых отражателей, расстояние между которыми составляет 3 м, сдвинутыдруг относительно друга на 20 нс, что согласуется с теоретической оценкой.Обработка оцифрованного отраженного сигнала проводилась с помощью персональногокомпьютера (ПК). Цифровые значения сигнала возводились в квадрат и находилась егоогибающая. Для уменьшения влияния помех каждый эксперимент проводился 10 раз для наборастатистики.
Полученные огибающие от каждого из 10 измерений усреднялись, тем самымполучали усредненную огибающую квадрата сигнала (рисунок 2.3в).Штриховой вертикальной прямой показано калибровочное значение, соответствующеенулевой дальности. Время задержки импульса при прохождении по приборам и кабелям в случаепрямого направления рупора в рупор равно 20 нс.Положение максимума импульса 3 на графике соответствует по временной шкале 40 нс,т.е. задержке 20 нс. Это означает, что УО 3 находился на расстоянии 3 м от радара.
Задержкасигнала, отраженного от УО 1, равна 40 нс, т.е. расстоянию 6 м, что соответствует схеме нарисунке 2.3а. Импульс, отраженный от металлического шкафа, соответствует задержке примерно70 нс, т.е. расстоянию около 10 м. Импульс, отраженный от конца коридора, соответствуетзадержке 100 нс, т.е. расстоянию 15 м (что примерно совпадает с длиной коридора 14.5 м).При перемещении УО 1 на расстояние 8 м отраженный импульс от УО 1 такжеперемещался, и расстояние между максимумами отраженных импульсов от УО 1 и УО 3составляло 35 нс (рисунок 2.3г), что соответствует дальности 5.2 м в соответствии со схемойэксперимента.
При перемещении УО 1 на расстояние 10 м задержка по времени составляла 70нс, что соответствовало расстоянию 10.5 м. Данный эксперимент показывает, что объектыхорошо разрешаются.32Проведенныеизмеренияподтверждаютхарактеристикикороткоимпульснойрадиолокации, заключающиеся в высоком разрешении по дальности и в высокой точностиопределения дальности цели. В данном случае зондирующий радиоимпульс длительностью 20нс позволяет получать пространственное разрешение около 3 м по дальности. Также этиэксперименты демонстрируют способность работы короткоимпульсного радара с “нулевой”дальности (точнее с дальности порядка половины пространственной длины импульса).Кроме того, проводился эксперимент по проверке возможности разрешения группы целей.Для этого все три уголковых отражателя устанавливались так, как показано на рисунке 2.4а.
УО1 располагался на оси на расстоянии L1 = 9 м, УО 2 на L2 = 5.5 м, при этом был сдвинут влево отоси на L5 = 35 см, а УО 3 на расстоянии L3 = 2.2 м и сдвинут вправо от оси на L4 = 25 см. Такоерасположение уголковых отражателей не создавало геометрического перекрытия излучениягенератора одного отражателя другим. Осциллограмма отраженного сигнала представлена нарисунке 2.4б.Из осциллограммы отраженного сигнала видно, что три объекта, расположенных подальности друг относительно друга на расстояниях порядка пространственной длительностизондирующего импульса, разрешаются.
Данный результат показывает, что короткоимпульсныйрадиолокатор может обеспечить раздельное обнаружение целей (при больших различиях в ЭПР)в плотной группе.33314а)б)в)г)Рисунок 2.3. Отражение от модельных объектов: а) схема эксперимента с УО 1 и УО 3, расположенными на однойоси на расстоянии 6 м и 3 м соответственно; б) осциллограмма отраженного сигнала; в) график усредненнойогибающей отраженного сигнала от УО 1 и УО 3, расположенных на расстоянии 6 м и 3 м соответственно; г) графикусредненной огибающей отраженного сигнала от УО 1 и УО 3, расположенных на расстоянии 8 м и 3 мсоответственно. Цифрами 1 и 3 обозначены импульсы, отраженные от УО 1 и УО 3, 4 – отражение от металлическогошкафа, 5 – отражение от конца коридора.34132а)б)Рисунок 2.4.
Эксперимент по проверке разрешения группы целей: а) схема эксперимента с УО 1, 2 и 3. б)осциллограмма отраженного сигнала от плотной группы целей. Цифрами 1, 2 и 3 обозначены импульсы, отраженныеот УО 1, УО 2 и УО 3 соответственно.2.1.3. Отражение от урбанистических объектовПредставлены экспериментальные результаты по зондированию элементов реальныхурбанистических объектов с использованием макета радара с наносекундной длительностьюрадиоимпульса.
Проведены эксперименты по облучению реальных объектов (стены здания,металлическая дверь, сосуд Дюара и др.). Также проведены эксперименты по сканированию поазимуту стены здания с окнами, в результате которых по радиоизображению объекта(зависимости квадрата амплитуды отраженного сигнала от угла поворота антенны) можно былопостроить его реальное изображение.2.1.3.1. Сканирование по азимуту стены здания с окнамиВ разделе 2.1.2. описаны тестовые эксперименты, в которых облучаемыми целямиявлялись уголковые отражатели.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
