Технические науки/6. Электротехника и
радиоэлектроника
Д.т.н. Митрофанов Д.Г., к.т.н. Зайцев А.В., Кичулкин Д.А.,
Красавцев О.О., Ефременков С.А.
Общество с ограниченной
ответственностью "Смоленский
научно-инновационный
центр радиоэлектронных систем "ЗАВАНТ", Россия
ЛАБОРАТОРАЯ УСТАНОВКА
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ
Продолжает оставаться актуальным поиск и реализация методов зондирования пространства, освобожденных от влияния помех и расширяющих информационные возможности радиолокационных систем. К таким методам можно отнести использование сигналов с поимпульсной перестройкой несущей частоты по хаотическому закону внутри пачек. На основе таких сигналов можно формировать импульсные характеристики (ИХ) объектов, рекомендуемые в качестве векторных признаков для решения задач классификации и идентификации. Режим зондирования сигналами с перестройкой частоты (СПЧ) защищает радиолокационную систему от прицельных помех и существенно снижает эффективность заградительных.
Основные принципы и алгоритмы преобразования СПЧ для получения ИХ изложены, например, в [1,2], а частные вопросы организации режимов селекции движущихся целей, измерения параметров их движения на основе обработки СПЧ описаны в [3-8].
Однако все предшествующие изыскания проводились методом моделирования и лишь частично подтверждены экспериментами. Поэтому возникла реальная необходимость в разработке лабораторной установки и экспериментального макета для исследования свойств и эффективности применения ИХ.
При разработке структуры лабораторной установки учитывали опыт построения радиолокационных портретов объектов в условиях безэховой камеры. Идея лабораторного исследования заключалась в использовании электродинамического подобия объекта, его модели и соответствующего изменения параметров локации в дальней зоне. В итоге была предложена структурная схема установки, представленная на рис. 1.
Модель объекта размерами около 1 м предлагается устанавливать на опорно-поворотное устройство (ОПУ), управление которым осуществляется блоком управления и обработки СПЧ при помощи контроллера ОПУ. В процессе измерений исследуемый объект предложено облучать зондирующими сигналами, подаваемыми на излучающую антенну с выхода блока формирования и приема сигналов (БФПС). Передающая антенна (антенна 1) должна быть широкополосной в соответствии с диапазоном перестройки частоты. Отраженные от исследуемого объекта импульсы должны улавливаться приемной антенной (антенна 2) и поступать в приемный тракт БФПС, в котором происходит преобразование частоты, усиление (при необходимости) и перевод отраженных и принятых по боковым лепесткам излученных сигналов в цифровой вид. Оцифрованные сигналы поступают на блок управления и обработки СПЧ, где по специальному алгоритму [4,8] происходит формирование импульсных характеристик (ИХ) объекта. Огибающая ИХ исследуемого объекта должна выводиться на экран устройства визуализации.
Для получения с помощью лабораторной установки качественных ИХ объектов с размерами около 1 метра с разбиением на элементы разрешения (15-20 частей 5-7 см каждый), при расположении объекта на удалении 7 метров от антенн, необходимы следующие параметры зондирующих импульсов:
-
импульсная мощность Ри=10
мВт;
- длительность импульсов tи= 0,02 мкс;
- период следования импульсов Ти=0,1
мкс;
- полоса перестройки частоты заполнения
импульсов DF=2,5 ГГц;
- шаг перестройки частоты 9,8 МГц для пачки
из 256 импульсов;
- основная несущая частота Fн=9 ГГц.
В интересах синтезирования СПЧ и их
эффективной обработки после приема с учетом представленных выше основных
параметров локации была разработана структура блока формирования и
приема сигналов (рис. 2).
Рисунок 1 – Структурная схема лабораторной установки
Управление
блоком формирования и приема сигналов осуществляется с помощью блока управления
и обработки СПЧ, который предлагается реализовать на базе программируемой
логической интегральной схемы. Формирование зондирующих импульсов происходит
следующим образом. Синтезатор частоты формирует гармонический сигнал с
частотой, выбранной за первую добавочную (начальную). Радиочастотным ключом из
этого сигнала формируется радиоимпульс, длительностью tи, который при помощи 1-го смесителя и гетеродина переносится на несущую
частоту и после усиления в усилителе мощности излучается передающей антенной. Далее частота
синтезатора перестраивается на 9,8 МГц и формируется следующий радиоимпульс
пачки. Таким образом формируется пачка из 256 зондирующих импульсов с разными
частотами.
Отраженные от объекта импульсы, пройдя приемную антенну, после усиления широкополосным усилителем высокой частоты (ШУВЧ) поступают на 2-й смеситель. После понижения частоты до n-й перестроичной сигналы на этой n-й частоте поступают на вход квадратурного демодулятора. на который в качестве опоры подается сигнал с выхода синтезатора частоты. Квадратурный демодулятор раскладывает принятые сигналы частоты fn на квадратурные составляющие Re и Im. Эти составляющие поступают на входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП), в котором оцифровываются и поступают в блок управления и обработки СПЧ для формирования комплексной ИХ объекта в соответствии с разработанным алгоритмом.
Синтезатор частоты может формировать СПЧ с монотонным возрастанием частоты или с хаотическим перемежением этих сигналов с соблюдением условия, чтобы в пределах пачки сигнал на каждой частоте повторялся только один раз. В этом случае легче реализовывать компенсацию влияния радиальной скорости и ускорения на структуру ИХ [6,7]. Только при хорошей компенсации этих негативных факторов можно добиться высоких показателей идентификации объектов по структуре ИХ [9,10].
Преимуществом
представленных схем построения лабораторной установки и БФПС является то, что
для формирования, перестройки частоты и оцифровки сигналов с заданными
параметрами можно применять относительно недорогие, неспециализированные цифровые синтезаторы частоты и АЦП.
Разработки
проведены при финансовой поддержке РФФИ в рамках гранта по проекту №
14-07-00193.
