ОБОБЩЕННАЯ ФУНКЦИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ АНТЕННЫХ СИСТЕМ С ШУМОВЫМИ ЗОНДИРУЮЩИМИ СИГНАЛАМИ

February 11, 2013 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, Московская обл, 141195, Россия ‘московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана 2-я Бауманская, д. 5, Москва, 107005, Россия

Аннотация – Рассматривается пространственно многоканальная антенная система из разнесенных приемных и передающих элементов с излучением ортогональных во времени шумовых сигналов. Для оценки разрешающей способности и селективности по пространственным координатам целей вводится и рассчитывается усредненная обобщенная функция неопределенности многоканальной пространственно временной системы.

I.                                       Введение

в последние годы вновь увеличился интерес к шумовой радиолокации, что обусловлено существенным прогрессом в теории и технике формирования и обработки широкополосных (ШП) и сверхширо- кополосных (СШП) шумовых сигналов [1].

Шумовые зондирующие сигналы (ШЗС) при данной ширине спектра обладают такой же пространственной разрешающей способностью, как видео импульсные сигналы [1-4]. В то же время СШП шумовые радары обладают значительно большей средней мощность излучения и, следовательно, большей дальностью действия, чем видео импульсные системы. Это связано с тем, что устройства формирования сверхкоротких видео импульсов имеют существенные ограничения по пиковой и, как следствие, по средней мощности излучения.

Опубликованные до настоящего времени работы по шумовой радиолокации относятся к однопозиционным ШРЛС с одиночными приемной и передающей антеннами. При использовании многоканальных пространственных антенных систем (АС) в зависимости от их конфигурации возможно осуществление 2D или 3D радиолокационных измерений, а применение СШП шумовых сигналов позволит сократить число элементов АС и увеличить расстояние между ними по сравнению со случаем узкополосных зондирующих сигналов без появления значимых дифракционных максимумов. Аналогичные вопросы для видео импульсной АС уже изучались и находят свое техническое воплощение [2,3].

Целью данной работы является исследование алгоритмов взаимно корреляционной обработки шумовых сигналов в антенных системах с пространственным многоканальным построением и оценка пространственной разрешающей способности на основе введения усредненной обобщенной функции неопределенности системы [4].

II.                       Обобщенная функция неопределенности для пространственно временной системы

Рассмотрим кольцевую разреженную антенную систему (АС) из передающих и приемных элементов, расположенных на двух концентрических окружностях в плоскости (х, у) с центром в начале координат.

Такая антенная система может использоваться в радарах сверхмалой дальности (десятки метров) для обнаружения людей в отсутствие оптической видимости, например, за стенами зданий, или другими радио прозрачными преградами (indoor radar) [1, 3].

Цифровая обработка для ансамбля ортогональных во времени шумовых сигналов производится в два этапа. На первом этапе осуществляется взаимно корреляционная обработка шумовых сигналов от всех пар приемных и передающих элементов АС. Последующая совместная обработка вычисленных профилей относительного запаздывания для принятых и опорных шумовых сигналов от всех пар элементов АС использует достаточную статистику в виде суммы обратных проекций пространственных координат на профили дальности [2]. На основе предложенного алгоритма определяется обобщенная функция неопределенности (ОФН) для пространственно временной системы ортогональных шумовых сигналов в многоэлементной АС.

Рис. 1-4. Двумерные сечения ОФН при двух значениях ширины полосы ШЗС и расположении цели в плоскости АС и по нормали к плоскости АС.

Fig. 1-4. Two dimension projections of General Ambiguity Function for Ml MO Ring Radar Antennas System with different frequency bandwidth of noise waveforms: AF=300 MHz (figs.1 and 3), AF=1000 MHz (figs. 2 and 4). The reflector is located on the antenna system plane (figs. 1 and 2) and at the transversal plane (flgs.3 and 4)

Ha рис. 1-4 приводятся результаты расчета двумерных сечений ОФН в случае одиночного отражателя (цели) при отсутствии проникающих сигналов передающих элементов. Обзор пространства и локализация цели производится в результате детального анализа вычисленной ОФН.

Число элементов и диаметр передающего кольца составляют Nt = 8 v\ Ц = 1.2м, а приемного – соответственно Л/г = 7 и Lr = 1.5м с постоянным шагом элементов на каждом из колец. Средняя частота для шумового сигнала составляет fo =2 ГГц, а ширина полосы частот AF = ЗООМГц (рис. 1 и 3) и 1000МГц (рис. 2 и 4). При этом шаг элементов для разреженных решеток значительно превышает среднюю длину волны Яотак, что АЦ/Хо = 3.14 и AL^Xq = 4.49.

На рис. 1 и 2 представлены сечения ОФН в плоскости (х, у) при расположении цели на оси Оу, т. е. в плоскости АС, при векторе координат цели Яд =[0;25jm;0]· На рис. Зи 4 представлены сечения

ОФН в плоскости (х, Z) при расположении цели на оси Oz, т. е. на нормали из центра АС к ее плоскости, при векторе координат цели ^ = [о; 0; 25м\Из рис. 1 и 2 следует вывод о значительном подавлении боковых дифракционных максимумов для разреженной АС при зондировании целей, располагаемых в плоскости АС. Это является следствием кольцевого характера АС и большой ширины спектра сигнала. В данном случае АС является сверхширо- кополосной как при AF = ЗООМГц (разрешение по дальности Sr = 0.5м), так и при ДР=1000МГц {дг =

0.             15м). В первом (рис.1) и особенно во втором случае (рис.2) размеры АС вдоль линии зондирования Ц и Lr в несколько раз превышают разрешающую способность по дальности, Ц; Lr > Sr.

При зондировании целей по нормали к плоскости АС ее размер вдоль линии визирования цели становится меньше элемента разрешения по дальности для шумового зондирующего сигнала, и АС может рассматриваться как узкополосная система, несмотря на большую ширину полосы сигнала (особенно при ΔΡ=1000 МГц). Подавление дифракционных максимумов в этом случае объясняется асимметрией АС за счет неодинакового числа передающих и приемных элементов и их расположением на окружностях разного радиуса, что приводит к неравномерному шагу «передающий – приемный элемент», а также влиянием некратного множителя решетки, и в некоторой степени широким спектром сигнала.

Из анализа диаграмм на рис. 1-4 следует, что при одинаковых геометрических параметрах АС уровень боковых лепестков в сечениях ОФН может быть значительно уменьшен за счет увеличения полосы частот шумовых зондирующих сигналов.

III.                                  Заключение

Показана возможность цифрового обзора переднего пространства и точной локализации целей с помощью разреженной антенной системы из передающих и приемных элементов, расположенных на двух концентрических окружностях. Разнесенные элементы передающей антенны излучают ортогональные во времени шумовые сигналы. Предложен алгоритм для вычисления обобщенной функции неопределенности на основе пространственно временной обработки ансамбля ортогональных шумовых сигналов в многоэлементной разнесенной антенной системе.

[1 ] V. V. Chapursky, V. N. Sablin, V. I. Kalinin, I. A. Vasilyev. Wideband Random Noise Short Range Radar with Correlation Processing for Detection of Slow moving Objects behind the Obstacles. Proc. of 10-th Int. Conf. GPR’2004, June 21- 24, 2004, Delft, The Netherlands, pp. 199-202.

[2] Курикша A. A. Алгоритм обратной проекции в задачах восстановления пространственного распределения источников волн. Радиотехника и электроника, 2002, т.47,

№ 12, с. 1484-1489.

[3] Чапурский В. В. Функции неопределенности и пространственная разрешающая способность сверхширокополосных видеоимпульсных антенных решеток. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Приборостроение»,

2005,       № 4, с. 94-108.

[4] Ширман Я. Д., Манжос В. 14. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. «Радио и связь». М., 1981г.

GENERAL AMBIQUITY FUNCTION FOR NOISE ORTHOGONAL WAVEFORMS IN MULTIPLE RING ANTENNAS SYSTEM

*Chapursky V. V., **Kalinin V. I.

‘Bauman Moscow State Technical University Institute of Radio Engineering & Electronics of Russian Academy of Sciences Fryazino, Moscow Region, 141195, Russia

Abstract – Multiple Ring Configuration Antennas System using UWB orthogonal time noise waveforms are considered for short range radar applications. General Ambiguity Function of Multiple Ring Antennas System is determined using the time domain back-projection algorithm.

I.                                         Introduction

Last years the big attention is given to investigation of wideband and ultra wideband (UWB) noise radar systems with high immunity against interference, high Electromagnetic Compatibility (EMC) performance and Low Probability of Intercept (LPI). Short pulse radar systems are preferable because of excellent range resolution, however their detection range is limited in view of small average radiation power at presence of attenuation in obstacles. The possible way to increase detection range is to apply UWB noise continuous waveforms.

Presented in this paper are the results of calculation of General Ambiguity Function of Multiple Ring Antennas System.

II.                        General Ambiquity Function

Multiple Ring Antennas System for short range radar includes Nt=7 transmitter antennas delivered along inner ring of diameter L, = 1.2m and Λ/^=8 receiver antennas delivered along outer ring of diameter Lr = 1.5m. Transmitter antennas radiate the UWB time orthogonal noise waveforms with central frequency fo=2000MHz and with frequency bandwidth AF = 300MHz in the first case (Figs.1,3) and AF = 1000MHz in the second case (Figs.2,4). The range resolutions of this noise waveforms are consequently Sr = 0.5m and Sr = 0.15m. The elements of transmitter and receiver antennas system are distributed at distances larger than mean wavelength ΔΙ-t: ALr>ho=dfo. General Ambiguity Function for Multiple Ring Radar Antennas System is determined using the time domain back projection algorithm [2-3]. The results of calculation of General Ambiguity Function are presented in Figs.1-4.

III.                                       Conclusion

The possibility of space digital observation and objects localization is shown on the base of space-time processing of orthogonal nose waveforms in Multiple Ring Radar Antennas System. Time domain back projection algorithm is proposed for determination of General Ambiguity Function and producing radar images.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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