Диссертация (1102680), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Очевидно, что физические свойства уголковых отражателейотличаются от физических свойств реальных объектов. В связи с этим определенный интереспредставляет проведение эксперимента, в качестве облучаемых целей в котором будут выступатьреальные объекты.В работе был проведен эксперимент по облучению реального объекта и сканированию егопо азимуту. В качестве места проведения эксперимента был выбран конференц-зал ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН. Фотография места проведения эксперимента приведена на рисунке 2.5б.Напротив стены с окнами на расстоянии 6 м располагалась экспериментальная установка, как35показано на рисунке 2.5а.

На платформе, имеющей перестройку по азимуту и по углу места, былизакреплены передающая и приемная рупорные антенны. Диаметр облучаемого пятна нарасстоянии 6 м составлял примерно 3 м (раскрыв рупора 26,70). Ширина простенков составляла2.1 м, а окон 1.8 м. Платформа с передающей и приемной антеннами в ходе экспериментаповорачивалась вправо на 150 и влево на 250. Для каждого угла поворота антенн было проведенопо 10 измерений, которые усреднялись в процессе компьютерной обработки.

На рисунке 2.5впоказан график зависимости квадрата амплитуды отраженного сигнала от угла поворота антенн.а)б)в)Рисунок 2.5. Сканирование по азимуту при облучении стены с окнами: а) схема проведения эксперимента; б)фотография облучаемого объекта; в) график зависимости квадрата амплитуды отраженного сигнала от угла поворотаантенны. Серыми горизонтальными отрезками показано положение стены с окнами.На графике схематично показана облучаемая стена с окнами в соответствии с угломповорота антенн.

Максимальное отражение соответствует случаю, когда большая частьизлучения падает на средний простенок, что соответствует углу поворота антенны -5 градусов.При поворотах антенн от -50 до 50 и от -50 до -14.50 мощность принимаемого излучения падаетдо нуля, что объясняется тем, что часть излучения уходит в окно. При больших углах из-зазеркального отражения от стен отраженный сигнал также сильно падает, и чувствительности36приемника не хватает для построения радиоизображения. Нессиметричность кривой на графикена рисунке 2.5в (при углах от 50 до 150 и от -14.50 до -250) объясняется тем, что ось платформы срупорами была смещена вправо относительно середины среднего простенка, как показано нарисунке 2.5а.Характеристики использованной аппаратуры на позволили осуществлять регистрациюпространственнойглубиныоблучаемогообъекта,поэтомурезультатысканированияопределялись угловой разрешающей способностью такой системы, связанной с ширинойдиаграммы направленности антенны и индикатриссой рассеяния объекта.2.1.3.2.

Отражение от реальных объектовВ данном параграфе исследовалось отражение от стены с открытой или закрытойметаллической дверью между двумя помещениями (вход в местный музей Института).Расстояние от антенн до двери составляло 6м, длина музея 10.7 м, а ширина дверного проема 0.9м. Первый эксперимент проводился при закрытой двери (схема на рисунке 6а и фотография местаэксперимента на рисунке 2.6б).График огибающей квадрата отраженного сигнала представлен на рисунке 2.6г.Усреднение осуществлялось по пяти измерениям. Большой импульс под номером 1 на графикесоответствует отражению от закрытой металлической двери (задержка на временной шкале 60нс).

Штриховой вертикальной чертой на графике отмечена нулевая дальность (аппаратнаязадержка и задержка по кабелям составляла 20 нс). Таким образом, задержка распространениясигнала в коридоре равна 40 нс, что соответствует 6м и совпадает с реальным расстоянием отантенн до двери (рисунок 2.6а).

Так как измерения проводились в закрытом помещенииотносительно небольшого объема, то помимо прямого отражения были и побочныепереотражения. В нашем случае излученный импульс сначала отражался от металлическойдвери, далее от одной из боковых стен коридора и потом попадал в приемную антенну.

Импульсмалой амплитуды под номером 5 на рисунке 2.6г как раз и соответствует переотражениям от стенкоридора вследствие многолучевого распространения.При открытой двери (рисунки 2.6а и 2.6в) видно, что в зоне прямой видимости находитсядальняя стенка музея с окном. График огибающей отраженного сигнала приведен на рисунке 6д,на котором импульс под номером 2 соответствует отражению от ближней стены с открытойдверью, т.е. задержке 40 нс и расстоянию 6 м. Импульс под номером 3 соответствует отражениюот дальней стены с окном, полная задержка на временной шкале составляет примерно 130 нс.Разница во временной задержке между этими двумя импульсами с учетом аппаратной задержкиравна 70 нс, что соответствует 10.5 м. Реальное расстояние между этими объектами было около10.7 м, что подтверждает высокую точность измерения дальности цели.

Импульс переотражения37от стен коридора в этом случае пропадает, так как металлическая дверь в данном экспериментеоткрыта.а)б)в)г)д)Рисунок 2.6. Отражение от стены с дверью: а) схема эксперимента; б) фотография места проведения экспериментапри закрытой и в) открытой двери; г) график усредненной огибающей отраженного сигнала, соответствующийзакрытой двери, и д) аналогичный график для открытой двери. Цифрой 1 обозначено отражение от металлическойдвери и ближней стены, 2 – только от ближней стены, 3 – от дальней стены, 5 – переотражения от стен коридора.В следующем эксперименте с закрытой дверью (см.

схему на рисунке 2.7а и фотографиюна рисунке 2.7б) на расстоянии 3 м от антенн установлен сосуд Дюара (отраженный импульс 4)диаметром около 0.5 м. График огибающей отраженного сигнала приведен на рисунке 2.7в.Максимум импульса 4 соответствует задержке около 20 нс, т.е. 3 м по дальности. Справаот него наблюдается отражение от двери (импульс 1), имеющее большую амплитуду, так как ЭПРметаллической двери намного больше. И, как было изложено ранее, в случае закрытой двери38появляется переотраженный импульс 5. Из рисунка 2.7г видно, что импульсы, отраженные отсосуда Дюара (импульс 4) и от металлической двери (импульс 1), разрешаются.В случае открытой двери график огибающей отраженного сигнала приведен на рисунке2.7г.

Импульс, который отражался от металлической двери, пропадает. Но появляется импульс,отраженный от дальней стены музея. При этом, импульса переотражения от стен коридора непоявляется, так как дверь открыта.а)б)в)г)Рисунок 2.7. Отражение от сосуда Дюара: а) схема эксперимента; б) фотография места проведения экспериментапри закрытой двери и с сосудом Дюара, расположенном на расстоянии 3 м; графики усредненной огибающейотраженного сигнала, соответствующие в) закрытой двери и г) открытой двери. Цифрой 1 обозначено отражение отметаллической двери и ближней стены, 3 – отражение от дальней стены, 4 – от сосуда Дюара, 5 – переотражения отстен коридора.39Таким образом, проведенные эксперименты с реальными объектами (стены здания,металлическая дверь, сосуд Дюара), как и эксперименты с уголковыми отражателями,подтверждают возможность высокого разрешения целей по дальности и высокую точностьизмерения дальности цели зондирующим импульсом наносекундной длительности даже прибольшом различии в ЭПР облучаемых объектов.2.1.4.

Результаты и выводы по разделу 2.1Набазеаналого-цифровогооборудованиякомпанииRohde&Schwarzсозданлабораторный экспериментальный макет радара трехсантиметрового диапазона с длительностьюрадиоимпульса 20 нс и проведены его испытания по проверке свойств наносекунднойрадиолокации. В качестве облучаемых целей использовались модельные объекты (уголковыеотражатели), а также элементы реальных урбанистических объектов.В результате проведенных экспериментов продемонстрирована возможность высокогоразрешения по дальности и высокая точность измерения расстояния до цели. Показанаспособность раздельного обнаружения объектов в плотной группе целей с большой разницей вЭПР. Продемонстрирована способность работы короткоимпульсного локатора с “нулевой”дальности.Проведен эксперимент по облучению стены здания с окнами при сканировании поазимуту, в результате которого показано, что зависимость квадрата амплитуды отраженногосигнала от угла поворота антенны соответствовала изображению объекта.2.2.

Исследование формы сигнала, отраженного от цели, зондируемой радиоимпульсаминаносекундной длительности2.2.1. Описание экспериментальной установкиЭкспериментальный макет для проведения локационных измерений был собран сиспользованием стандартного оборудования высокого класса фирмы Agilent. В блоке генерациирадиоимпульсов наносекундной длительности использовался генератор произвольных сигналовAgilent M8190A с полосой частот 5 ГГц. Дифференциальные синфазная и квадратурнаясоставляющие (I и Q сигналы) с генератора M8190A подавались на вход векторного генераторасигналов Agilent PSG E8267D и модулировали несущую частоту 10 ГГц.

Такая реализация блокагенерации позволяла формировать радиоимпульсы с несущей частотой 10 ГГц и предельнокороткими длительностямивплоть до 1.5 нс. В экспериментальных исследованияхиспользовались радиоимпульсы длительностью 1.5 нс, 3 нс и 6 нс. Период повторения импульсовсоставлял 200 нс, а импульсная мощность выходного сигнала – около 200 мВт. Генераторыуправлялись с помощью програмного обеспечения N7620B Signal Studio for Pulse Building,40установленного на встроенном модульном персональном компьютере Agilent M9536A.Выходной сигнал с блока генерации подавался на ферритовый циркулятор фирмы Феррит-Доменс полосой частот 8–12 ГГц и развязкой 17–20 дБ. Циркулятор обеспечивал развязку междупередающим и приемным трактами. В качестве приемно-передающей антенны использоваласьширокополосная (полоса частот 0.85–17.44 ГГц) измерительная рупорная антенна П6-23А(ширина диаграммы направленности антенны в области частоты 10 ГГц по уровню -3 дБ в Eплоскости составляет около 7.50, а в H-плоскости – около 8.50) с возможностью механическогоповорота по азимуту и по углу места.

Сигнал, отраженный от цели, попадал обратно в рупорнуюантенну и через циркулятор в приемник с подавлением около -0.5 дБ. В качестве блока приемникаиспользовался цифровой осциллограф реального масштаба времени Agilent DSOX91304 сполосой частот до 13 ГГц. Максимальная скорость работы АЦП осциллографа составляла 80Гвыб/с при разрядности 8 бит. На другой канал осциллографа подавались импульсысинхронизации с генератора M8190A. Осциллограф позволял записывать отраженные сигналы вцифровом виде, которые в дальнейшем обрабатывались на ПК. На рисунках 2.8а и 2.8бприведены блок-схема экспериментальной установки и ее фотография соответственно.На рисунке 2.8 (в, г и д) изображены временные формы сигналов с выхода блока генерациис несущей частотой 10 ГГц и длительностью импульсов 1.5 нс, 3 нс и 6 нс соответственно.Размытость заднего фронта исходных предельно коротких радиоимпульсов связана сособенностями работы генераторов.

Известно, что модулированный сигнал с произвольнымвидом модуляции можно представить в виде [104]s t   I t  cost   Q t  sin t  ,(2.1)где  – несущая частота сигнала, I t  – синфазная составляющая модулирующего сигнала, аQ t  – квадратурная составляющая модулирующего сигнала. Генератор I/Q сигналов M8190Aсоздает I и Q составляющие с определенной ошибкой, которая также связана с ограничениемполосы частот входа генератора PSG E8267D значением 2 ГГц. Также погрешностьформирования заднего фронта импульса связана с небольшим количеством периодов несущейвнутри импульса наносекундной длительности.

Характеристики

Список файлов диссертации