ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ШУМОВОЙ РАДИОЛОКАТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕДЛЕННО ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ

April 23, 2012 by admin Комментировать »

Калинин В. И., Чапурский В. В. Институт радиотехники и электроники Российской Академии наук (ИРЭ РАН) Пл. академика Б. А. Введенского, 1, Фрязино – 141190, Московская обл., Россия Тел/факс.: +7 (095) 5269049/7029572

Аннотация – Рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных исследований по обнаружению и идентификации медленно движущихся объектов с помощью широкополосного шумового радиолокатора дециметрового диапазона волн с квадратурными каналами корреляционной обработки. Предложена фазово-чувствительная схема межобзорной компенсации отражений от кластеров.

I.  Введение

В последние годы большое внимание уделяется созданию новых технических средств для ведения борьбы с проявлениями терроризма и правонарушениями. В ряду таких средств особое место занимают радиолокационные устройства обнаружения подвижных субъектов за непрозрачными препятствиями (стенами, дверями), при плохой видимости, или в сложных погодных условиях. Устройства должны быть компактными, способными просвечивать стены из кирпича и бетона и обнаруживать движение и физиологические сигнатуры (дыхание, сердцебиение) человека[1].

В [2] описан простой радиолокационный «фо- нарь-локатор» (Radar flashlight), работающий на частоте 10.525 ГГц, осуществляющий обнаружение движения человека за дверью и предназначенный для оснащения полицейских. Локатор не определяет дальность до объекта, т.к. использует немодулиро- ванное излучение. В [3] рассматривается применение радиолокационных устройств для наблюдения физиологических сигнатур субъектов во время прохождении контрольных пунктов в таможнях и аэропортах. Перечисленные локаторы не определяют координаты, в частности, дальность до субъекта. В то же время актуальность измерения дальности или пространственных координат объекта очевидна. Обнаружение и определение дальности до объектов производится радиолокаторами, излучающими сверхкороткие импульсы [4]. Однако дальность действия короткоимпульсных локаторов ограничена ввиду малой средней мощности излучения, особенно при наличии затухания в препятствиях.

Средняя мощность излучения для локаторов увеличивается при использовании непрерывных, шумовых сигналов [5-7]. Однако этот способ требует теоретической и экспериментальной проверки [6]. Наряду с достоинствами шумовые сигналы имеют известный недостаток, заключающийся в маскировании полезного сигнала. Полезный сигнал цели в определённом элементе дальности находится на шумовом фоне сигналов, отраженных от местных предметов, расположенных в других элементах дальности и проникающего сигнала передатчика.

В докладе рассматривается использование широкополосной шумовой РЛС в дециметровом 1-2 ГГц диапазоне волн для обнаружения и однозначного измерения дальности до малоподвижных объектов.

Разрешение по дальности для шумового локатора достигает 8г= 0.75-0.5 м при излучении непрерывного сигнала с равномерной спектром в широкой полосе частот 200-300 мГц. Широкополосный радиолокатор с корреляционной обработкой шумовых сигналов является весьма чувствительным к малым перемещениям Аг&(0.01 -0.1)<5г цели внутри элемента разрешения. Для обнаружения и выделения малоподвижных целей предложена схема межобзорной компенсации шумовых отражений от кластеров. Приводится теоретическая оценка требуемого отношения сигнал/шум на выходе схемы межобзорной компенсации. Представлены результаты экспериментов по измерениям параметров движущихся объектов на основе широкополосной РЛС с корреляционной обработкой шумовых сигналов и межобзорной компенсацией отражений от неподвижных кластеров.

II.  Межобзорная компенсация пассивных отражений в шумовой РЛС с корреляционной обработкой

Принцип межобзорной компенсации сильных отражений от кластеров и проникающего сигнала передатчика применим к широкополосным РЛС непрерывного излучения при любой форме зондирующего сигнала. Он основан на анализе сигнальных откликов в стробах дальности с учетом изменения фазы этих откликов. Для отражений от неподвижных кластеров фазовые набеги mov (где то – несущая частота, т, – время распространения сигнала до /’ -ого отражателя) постоянны во времени и не изменяются от одного обзора интервала дальностей к другому. Для малоподвижных объектов даже при весьма малом смещении Аг изменение фазы отражений Аср = сооАг, Ат = 2zIr /с, оказывается весьма значительным. Ме- жобзорное вычитание сигнальных откликов в каждом интервале дальностей приведет к компенсации отражений от неподвижных предметов.

В шумовом локаторе при каждом запаздывании опорного сигнала производится взаимно корреляционная обработка в двух квадратурных каналах. Для выделения слабых сигналов от медленно перемещающихся объектов на фоне сильных отражений от неподвижных кластеров применяется фазо-чувстви- тельная компенсация отражений в каждом из квадратурных каналов. После компенсации квадратур производится объединение разностей квадратур в схеме вычисления огибающей.

От традиционной шумовой РЛС с корреляционной обработкой предложенная схема отличается наличием межобзорных компенсаторов в квадратурных каналах, синхронизированных в своей работе с периодом обзора в управляемой линии задержки. Вторичная обработка и накопление усредненных сигналов после выходов АЦП производится в цифровой форме с помощью быстродействующих цифровых устройств. В отличие от [7] в аналоговой части данной РЛС формирование и излучение широкополосных шумовых сигналов, а также их обработка в квадратурных каналах смесителей производится непосредственно на радиочастоте.

Важным фактором для определения возможности обнаружения цели на фоне местных предметов и проникающего сигнала является величина отношения сигнал/шумовая помеха. В данной работе выполнен теоретический анализ маскирующего влияния сильных шумовых отражений от неподвижных кластеров и вычислено отношение с/п на выходе корреляционного приемника (рис. 1).

Рис. 1. Выходное отношение сигнал/помеха [dB] в функции дальности до цели при гауссовой форме спектра шумового сигнала.

Fig. 1. Output relation for signal/interference [dB] in function for range up to a target at Gauss shape of a noise signal

Приведенные на рис. 1 зависимости свидетельствуют о достаточно высоком выходном отношении сигнал/помеха (порядка 40-50 дБ), что обеспечивается за счет большого коэффициента накопления в корреляторе, равного 2AfeT = 6×107, где 2Afe – ширина спектра сигнала и Твремя интегрирования.

III.  Заключение

В целом проведенные исследования и эксперименты подтверждают возможность обнаружения и идентификации малозаметных перемещающихся объектов с помощью широкополосного шумового радиолокатора с квадратурными каналами корреляционной обработки и фазово-чувствительной схемой межобзорной компенсации сильных отражений от неподвижных кластеров.

Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проекты № 04-02-16536, № 03-07-90133.

IV. Список литературы

[1]  Through-wall sensor sought for personal detection – Jane’s International Defense Review, 2001.

[2]  Oman H. News from the 34-th International Annual Carnahan Conference 2000, Security Technology Developments, IEEE Aerospace and Electronic Systems magazine, April, 2001, № 4, pp. 11-21.

[3]  GrenekerE. F.. GeisheimerJ. L. The radar flashlight three years later: an update and developmental progress, Proceedings of the IEEE 34-th International Annual Carnahan Conference 2000 on Security Technology, pp. 257-259.

[4]  Barnes M. A.. Nag S.. Payment T. Covert situational awareness with handheld ultra-wideband short pulse radar – Proceedings of SPIE, Vol. 4374, 2001, pp. 66-77.

[5]  Kalinin V. Wideband interferometry with spectral analysis of noise signal, Proc. of the PIERS Workshop on Advances in Radar Methods, July 20-22, 1998, Italy, pp. 222-224.

[6]  Lukin K. A. Noise radar technology for short-range applications, Proc. of Intern. Conf. on Radar Systems, May 17-21, 1999, Brest, France.

[7]  Walton E. Future concepts for ground penetrating noise radar, Proc. of the PIERS Workshop on Advances in Radar Methods, July 20-22, 1998, Italy, pp. 141-144.

WIDEBAND NOISE RADAR FOR DETECTION OF SLOW MOVING OBJECTS

Kalinin V. I., Chapursky V. V.

Institute of Radio Engineering and Electronics of Russian Academy of Sciences IRE RAS Fryazino -141190, Moscow Region, Russia TeI./fax: (095) 5269049/7029572

Abstract – The results of the theoretical and experimental researches of L-band short-range radar with correlation processing of random noise sounding waveforms are presented. It is proposed the approach of inter-survey subtraction of clatters to detect and localize slow moving objects.

I.  Introduction

Last years the big attention in the world is given to creation of new instruments for struggle against manifestations of terrorism and offences. In a number of such instruments the special place is occupied by radar-tracking devices for detection of moving individuals behind opaque obstacles (walls, doors), at poor visibility, or in difficult weather conditions. The radar sensors should be compact, capable to look through brick or concrete walls and determine a movement and physiological signatures (breath, heart beating) of a person [1].

In [2] a simple radar flashlight is described. It operates on frequency 10.525 GHz and carries out the detection of the person movement behind a door and is intended as policemen equipment. Radar application for a supervision of physiological signatures is considered in [3]. The radar sensors [2, 3] used the non-modulated signals do not determine range up to the object. At the same time the urgency of the measurements of a range or two coordinates of an object is obvious. In many respects the decision of these problems is provided by ultra wideband (UWB) pulse radar’s [4]. However, a detection range of short pulse radar is limited in view of small average radiation power, especially at presence of attenuation in obstacles.

II.  Noise Radar with Inter-survey Subtraction

The possible way of the radiated average power increasing consists in the application of noise continuous waveforms [5-7]. Alongside with some advantage the noise continuous signals have the known defect consisting in a masking of a useful signal [6-7]. The useful return of the target in some range element takes place on a noisy background of the returns reflected from motionless objects, located in other range cells and on a background of noisy transmitter penetrating signal.

In this report a wideband noise radar is proposed for the detection of slow moving object behind the obstacles. The range resolution is achieved Sr = 0.50-0.75 m when radiated noise waveforms covers 200-300 MHz frequency bandwidth.

L-band noise radar with correlation processing is sensitive to a small displacement Jr«(0.01-0.1)^ of the target inside the range resolution cell Sr. The given circumstance allows applying in noise radar the offered in the report inter survey subtraction system for the rejection of motionless clatters.

The calculation results of signal-to-noise ratio as a function of range object R0 are presented in Fig. 1. The obtained data confirm the strong resistance of the noise radar against clatter returns and electromagnetic interference. The excellent SNR performance q ~ (40-60) dB is achieved at the expense of the use of noise continuous waveforms with the large value of the product 2^47=6×107, where 2Afe is the effective frequency bandwidth and T is the integration time.

The description of laboratory experiments with detection of the slow moving object behind the wall obstacle is given.

III.  Conclusion

As a whole the carried out researches and experiments confirm an opportunity of the detection and the identification of slowly moving objects with the help of wideband noise radar performed quadrature correlation processing with phase- sensitive inter-survey subtraction of clatter returns.

Аннотация – Точность измерения угловых координат малозаметных радиолокационных целей увеличивается за счёт выбора оптимальной формы сверхкоротких импульсов (СКИ). Оптимизация, проведённая на основе известных отражающих свойств целей, позволяет выбрать необходимое соотношение между максимальным значением СКИ и шириной ДН.

I.  Введение

Применение СКИ позволяет обнаруживать радиолокационные объекты, которые не могут быть обнаружены при использовании обычных сигналов. К таким объектам относятся цели, защищённые сверх- широкополосными радиопоглощающими покрытиями. Их обнаружение становится возможным за счёт низкочастотных составляющих СКИ, которые относительно мало поглощаются покрытиями.

Увеличение доли низкочастотных составляющих в спектре улучшает характеристики обнаружения, но при этом возрастает ширина ДН и точность определения угловых координат резко падает.

Актуальной становится задача синтеза СКИ с возможно большим содержанием низкочастотных составляющих при достаточной точности измерения угловых координат.

II.  Основная часть

В работе [1] решена задача определения спектра СКИ, обеспечивающего максимальный уровень отражённого сигнала, принятого с направления в =0, совпадающего с осью антенной системы:

Введены обозначения: Ur(0, t) – временная зависимость СКИ, fe(0,o)) и Цв,со) – заданные нормированные на КНД на каждой из используемых частот ДН при работе на передачу и приём; Цсо) – подлежащий определению комплексный спектр излучаемого СКИ; R(со) – заданная комплексная функция, характеризующая радиолокационную цель.

Определим полуширину ДН во по уровню снижения максимума принимаемого сигнала в -ч/т" раз:

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты