CC BY
13
Sc Nikola Uktt, potpukovnik, dipl. ini
Vojna ak»demij« - Odsdc logmike, Beograd
MERNA METODA ZA ANALIZU RADARSKE POVRŠINE ROTIRAJUĆEG OBJEKTA*
UDC: 621.396:969.3:53.083
Rezime:
U radu je opisana memo metoda га analizu radarske povriine rotirajućeg objekta. Predstavljeni su memi sistem i postupak obrade izmerenih rezultata. Dobijeni rezultat je ra-darska slika rotirajućeg objekta.
KljuČne reii: merenje radarske povriine. visokorezoluciona radarska slika.
RADAR CROS SECTION ANALYSIS OF ROTATING OBJECTS
Summary:
In the paper the radar cross section of rotating objects is analyzed. The measurement systems and data processing are described. The result is a cross range imaging of rotating objects.
Key words: radar cross section measurements, high resolution radar imaging.
Uvod
Realm radarski ciljevi imaju složeni geometrijski oblik. Sposobnost refleksije elektromagnetskih talasa je osobina ka-rakteristična za svaki radarski cilj, i opi-suje se pojmom radarske povrSine a Za-visnost karakteristika refleksije elektro-magnetskih talasa od ugaonog zakreta ra-darskog cilja opisuje se dijagramom refleksije а(в, ф).
Razvoj radarskih senzora i njihova primena u izvidačkim sistemima i sistemi-ma sa radarskim samonavodenjem nagla-Sava značaj radarske povrSine kao važnog parametra u funkciji „preživljavanja44 po-tencijalnog cilja. Poznavanje srednje
' Rod je nop*« na svuCnom akupu TOC KoV ..Lspittv*-nje kvilitaa ircdsttvi NVO“, l8.novembra 2003. и Beogradu.
vrednosti radarske povrSine a i dijagrama refleksije <j(6, ф) viSe nije dovoljno.
Složeni radarski ciljevi, sa stanovi-Sta refleksije elektromagnetskih talasa, mogu se razložiti na konačan broj ele-mentarnih reflektora, koji postaju sekim-dami izvori zračenja [1]. Mesta maksi-malne refleksije clekromagnetskih talasa, nazivaju se bljeStave tačke [2]. U slučaju poznavanja njihove pozicije na objektu, u procesu razvoja moguće je promenom oblika konstmkcije, ili promenom kon-struktivnog materijala, uticati na ryihovu veličinu radi umanjivanja radarske povrSine. Metode analize položaja blještavih tačaka često se nazivaju metode analize radarske slike.
Kod ovih metoda koriste se memi radarski sistemi, koji u zavisnosti od predaj-
VOJNOTEHNlCKI CLASNIK 4-5/2003.
465
SI. I - a) Radarski cilj. b) Poloiaj „ bljeStavih taćaka "
nog signala mogu biti: radar sa kontinui-ranim zračenjem (CW), frekventno modu-lisan (FM-CW) radar, CW radar sa upra-vljivim pomičnim vremenskim vratima i amplitudno modulisan CW radar [3].
U ovom radu opisan je memi sistem za analizu radarske slike rotirajuceg objekta, i na odabranim objektima izvrše-na je cksperimentalna verifikacija metode.
Metoda eksperimentalne analtze
radarske slike rotirajućeg objekta
Geometrijske koordinate, koje se vezuju za objekat u odnosu na memi si-stem, su daljina i azimut.
Distribucija „bljeStavih taCaka“ po azimutu dobija se na osnovu relativnog
SI. 2 - Geomttrija mernog mesta i dobijanje sintelizovanog otvora
kretanja izmedu antene mernog sistema i objekta, bilo da se antena kreće uz перо* kretan cilj, ili da je ona nepokretna a cilj rotira u odredenom ugaonom opsegu, sli-ka 2. Odabiranjem signala (amplituda i faza) reflektovanog od objekta u vise ugaonih pozicija, formira se sintetizovan otvor. Primljeni signal i distribucija „bljeStavih tačaka" objekta povezani su Furijeovom transformacijom. Potrebni ugaoni interval u kome se vrSi odabiranje reflektovanog signala, zavisi od željene rezolucije. Za interval odabiranja ДФ<Л/(2®), gde je D Sirina objekta, re-zolucija po azimutu iznosi [3]:
Ax =
Л
4sin(Om/2)
(1)
gdeje:
Я - talasna dužina,
Фм - ugaoni opseg odabiranja.
KoriSćenjem signala frekventnog opsega В i odabiranjem reflektovanog signala u jednakim frekvencijskim inter* valima, Furijeovom transformacijom omogućena je distribucija „bljeStavih ta-čaka“ po daljini. U tom slučaju rezolucija po daljini iznosi [3]:
gdeje:
AR - rezolucija po daljini,
C - brzina svetlosti,
В — Sirina fVekventnog opsega.
(2)
Memi sistem
U okvirn eksperimentalne provere meme metode, realizovan je memi sistem prema slici 3.
466
VOJNOTEHNlCKI GLASN1K 4-5/2003.
Sa generators HP 8620A signal se preko pojaCavaCa Varian TWT VZX 698F vodi na predajnu levak antenu. Deo signaia se ргско usmerenog sprežnika vodi na analizator mrežnih parametara HP 841 OB sa indikatorom amplitude i faze HP 8413A. Reflektovano polje od ci-Ija prima se prijemnom levak antenom, i vodi na ulaz anaiizatora mrežnih parametara. Sa indikatora amplitude i faze HP 8413A signal amplitude i faze polja vodi se na A/D konvertor HP 5931 ЗА. U mer-ni sistem je uključen računar sa IEEE-488 karticom koji na osnovu informaeije о uglu sa digitalnog davača ugla DDC HSR 203 upravlja A/D konvertorom HP 5931 ЗА i prikuplja podatke koji se nakon zavrSenog merenja obraduju.
Upravljanje sa azimut-elevacionim postoljem SA M5301 vrši se pomodu upravljačko-indikatorskog uredaja SA 4620.
Obrada izmerenih podataka i njihov prikaz realizovana je u programskom pa-ketuMATLAB [4].
Eksperimentalni rezultati
Pomoću opisanog memog sistema izvršena je analiza dva radarska cilja: pravougaonc ploCe stranica 0,223 m x 0,23 m, koja je ujedno služila kao etalon, i cilja koji se sastoji od iste pravougaone ploče i dodatc male ploče stranice 0,08 m na rastojanju od 0,17 m, siika 4.
Merenje je izvrSeno na memom me-stu delimično prekrivenom elektromag-netskim apsorberima. Rastojanje izmedu antena i postolja od stiropora na kome su se nalazili ciljevi, je 5,40 m. Merenje je
i
I
/
a)
St. 4-a) citj I. b) citj 2
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 4-V2003.
467
Сил
(!U(
SI. 5 - Dijagram rejleksije
SI. 6 - Distribucija.. bljeitavih tačaka a) citj l, b) cilj 2
468
VOJNOTEHNlCKl GLASN1K 4-5/2003.
izvrSeno na frekvenciji 10,049 GHz u ugaonom opsegu od 40° u 256 tačaka.
Izmereni dijagrami refleksije cilja 1
1 2 prikazani su na slici 5.
Na izmerenim podacima uočava se da dodavanje шапје pločice cilju 1 izazi-va manje promene u dijagramu refleksije, koje se ogledaju u većem maksimumu cilja 2 za 0,54 dB u odnosu na cilj 1. Po-stavljanje male ploče dovelo je do pove-ćanja nivoa desnog boka dijagrama refleksije za 1,9 dB. Promene se ogledaju i kod faznog dijagrama u centralnom delu, ali uz očuvanje tačaka promene predzna-ka faze.
IzvrSena je obrada izmerenih poda-taka čiji je rezultat distribucija bljeStavih tačaka po osi x, prikazan na slici 6. Distribucija bljeStavih tačaka prati fizičke dimenzije ciljeva, tako da se za cilj 1 mo-že proceniti da na nivou od -3 dB njego-va Sirina iznosi 0,25 m. GreSka u dimen-zijama, za oko pola talasne dužine sa obe strane, posledica je efekta ivice ploče.
Na distribuciji bljeStavih tačaka cilja
2 uodava se dodata pločtca kao veoma izražen bok sa leve strane. Razmak izme-đu položaja maksimuma iznosi 0,31 m Sto se slaže sa fizičkim dimenzijama raz-maka izmedu centra velike i male ploče.
Sličnim memim sistemom, gde se koristi generator HP 4420 i kao A/D konvertor digitalni analizator signala HP 5420 izvrSena je dvodimenzionalna ana-liza modela aviona od aluminijuma, du-žine 0,90 m i Sirine 0,60 m, slika 7. Me-renje je izvedeno u kontrolisanim uslovi-ma u antieho komori. Objekat, model aviona, nalazio se na postolju od stiropo-ra na vis ini 1,54 m, bočno postavljen na udaljenosti od 6,30 m od predajne i pri-
jemne levak antene postavljene na visini od 1,80 m.
Cilj je rotirao po uglu u opsegu ±7°, diskretno pomeran u 128 tačaka. Za sva-ki ugaoni položaj vrSeno je merenje dijagrama refleksije, uz diskretnu lineamu promenu frckvcncije predajnog signala u 128 tačaka pri čemu je ostvaren fre-kventni opseg 2,5 GHz (početna ftekven-cija f, - 8,5 GHz, krajnja frckvencija f2 = И GHz). Dobijeni dijagram refleksije prikazan je na slici 8.
Izmereni podaci amplitude i faze primljenog signala pretvoreni su u dvodi-menzionalno kompleksno polje. Nakon izvrtene FFT, dobijcna je distribucija „blještavih tačaka“ površine komore i modela aviona prostomo rasporedenih po
Si 8 - Izmereni dijagram rasprienja modela aviona (normalizovana ampHtuda)
VOJNOTEHNlCKJ CLASNIK 4-5/2003.
469
Si 9 - Normalizovana radarska slika modeta aviona 128* 128 taiaka
Si 10 - Distribucija „bljeStavih taiaka " po daljini dobijena iz preseka normatizovane radarske stike
Si // - Distribucija „bljeStavih taiaka " po azimutu dobijena iz normatizovane radarske stike
azimutu i daljini, koja je normalizovana po intenzitetu i prikazana na slici 9. Na osnovu uslova merenja potencijalna rc-zolucija po daljini je ДR = 0,06 m, a po azimutu od Дх, = 0,056 m za frekvenciju
11 GHz do Дх2 = 0,072 m za frekvenciju 8,5 GHz. U tom slučaju prostor poda-taka odgovara po daljini 7,20 m, a po azimutu od 7,16 m do 9,21 m.
Na slici 10 prikazan je presek radarske slike po daljini. Sa slike se može od-rediti položaj modela, koji prema maksi-mumu iznosa „blještavih tačaka“ odgovara daljini od 6,12 m, uz Sirrnu od 0,66 m.
Na slici 11 prikazan je presek radarske slike po azimutu. Sa slike se vidi da je položaj modela u centru, dok je proce-njena dimenzija na osnovu „blještavih ta-čaka** око 0,90 m.
Zaključak
U radu je opisana metoda eksperi-mentalne analize radarske slike rotiraju-ćcg objekta.
Opisanim memim sistemom moguće je izvršiti jednodimenzionalnu analizu „blještavih tačaka“ po poprečnom preseku (x osi). Merenjem dijagrama refleksije u odredenom frekventnom opsegu (primena generatora sa automatskom promenom frekvencije), moguće je izvrSiti dvodi-menzionalnu analizu bljeStavih tačaka po poprečnom preseku (x osi) i po daljini.
Iz dobijenih rezultata može se za-ključiti da distribucija „bljeStavih tačaka“ odgovara fizičkim dimenzijama analizi-ranih objekata.
Ovako dobijeni podaci о radarskoj slici nekog objekta mogu se iskoristiti kao polazna osnova za modelovanja i si-
470
VOJNOTEHNlCKJ GUSNIK 4-5/20«.
mulaciju radarske karakteristike cilja radi analize odziva radarskih senzora.
Na osnovu analize „bljeStavih tača-ka“ moguće je izračunati fazni centar i ra-darsku povrSinu objekta, simulirati dopri-nos svakog rasprSivača i na osnovu toga preduzimati konkretne aktivnosti radi smanjenja radarske vidijivosti sredstva.
IMeratura •
(1] Zalkalik. A.: Radiolokncija I deo, Nauka. Beograd, 1995.
(2] Raziogar, A.: Elektronsko tzvidanje i nmkiraojc. ViNC Beograd, 1989.
(3] Mensa, D. L: High Resolution Radar Imaging, Anech House, Dedham, MA.I984.
(4] Signal Procestng Toolbox User’s Guide, The Math Works, Inc., Natick. MA. 1992.
VOJNOTEHNIČKl GLASN1K 4-5/2003.
471
