CC BY
60Ссылка на статью:
// Радиооптика. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 05. С. 79-86.
Б01: 10.7463/п1о1*.0515.0768702
Представлена в редакцию: 16.08.2015 http://radiooptics.ru Исправлена: 30.08.2015
© МГТУ им. Н.Э. Баумана
УДК 621.396.96
Методика экспериментальной оценки ЭПР локальных центров рассеяния сверх-короткоимпульсной РЛС
Семёнов А. Н.1'*, ШуСТИКОВ В. Ю.1, 'Четаюу.ап^Ьгайпии
Растворов С. А.1
:МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
Приводится методика получения оценок ЭПР типовых объектов на открытых полигонах с помощью сверх-короткоимпульсной РЛС сантиметрового диапазона. Показан результаты проведенных исследований.
Ключевые слова: методика, оценка ЭПР, полигон, экспериментальные исследования, типовые объекты, типовые поверхности
Введение
С развитием направления широкополосной радиолокации [1-2], возникала необходимость в составлении банка данных радиолокационных сигнатур, полученных от типовых поверхностей и объектов. Банк данных может служить отправной точкой для решения задачи обнаружения и распознавания целей на некотором исследуемом пространстве [3].
Одним из направлений широкополосной радиолокации является сверх-короткоимпульсная радиолокация (СКИРЛ), использующая наносекундные смодулированные зондирующие импульсы. Такие импульсы обуславливают основные преимущества СКИРЛ по сравнению с РЛС других типов: игольчатую функцию неопределенности зондирующего сигнала с отсутствующими боковыми лепестками и, как следствие, высокую разрешающую способность по дальности. За счёт этого СКИРЛ позволяет изолировать отдельные центры рассеяния как на поверхности цели, так и в исследуемом пространстве и получить детализированную радиолокационную карту местности, хорошо совпадающую с цифровой топографической картой.
Это свойство позволяет с помощью группы эталонных отражателей с заранее известными характеристиками, расставленными на полигоне, получить с помощью несложных расчётов оценку отражательных характеристик (амплитуды, ЭПР и т.п.)
Радиооптика
типовых поверхностей (снега, льда, асфальта, травы и т.д.) и целей на этих поверхностях (легковой автомобиль, грузовой автомобиль, спецтехника и т.п.).
В рамках проведенных в НИИ РЭТ МГТУ им. Н.Э. Баумана работ [2] был создан прототип СКИРЛ. Общие технические характеристики СКИРЛ представлены в таблице 1. Общий вид получаемой в результате работы РЛС информации представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Общий вид данных, получаемых СКИРЛ Таблица 1 - Общие технические характеристики СКИРЛ
Параметр Значение
диапазон частот 9,0-9,7 ГГц
длительность зондирующего сигнала 8-10 нс
полоса трактов ВЧ трактов 250 МГц
частота повторения 5-50 кГц
импульсная мощность 50 Вт
динамический диапазон приёмной части 50-70 дБ
частота дискретизации сигнала 400 (500) МГц
Хорошо известно, что расчет поля, отраженного от реальных объектов, имеющих, как правило, сложную форму, долог и трудоёмок в случае дальней радиолокации, и тем более в условиях ближней. Вместо значения отражённого поля в инженерных расчётах используется понятие эффективной поверхность рассеяния (ЭПР), определяемой экспериментально при натурных измерениях или на моделях.
Известно, что результаты экспериментов показывают, что как средние значения ЭПР типовых объектов, так и их статистические распределения в условиях ближней и дальней радиолокации близки к друг к другу [4]. Поэтому в качестве исследуемой экспериментальной характеристики для банка данных была выбрана ЭПР типовых поверхностей и объектов и составлена методика её оценки.
Методика экспериментальной оценки ЭПР типовых поверхностей и
объектов
Для экспериментальной оценки ЭПР цели (а) можно воспользоваться соотношением [5]:
(403 Я4 Рг РО 2Л2
а = (1)
- (
где р - мощность, подводимая радиолокационным передатчиком к его антенне; Рг -
мощность, подводимая приёмной антенной к её нагрузке; Я - расстояние от радиолокационной антенны до цели; Л - длина волны РЛС; О - коэффициент усиления передающей (приёмной) антенны.
При этом в случае работы в условиях ближней радиолокации соотношение (1) должно быть преобразовано к виду:
а = (2)
РЯр, р чв) )
где Р(в) - нормированный множитель диаграммы направленности антенны; £ -
эффективная площадь приёмной антенны.
При работе в условиях дальней радиолокации, если известны априорные данные об эталонных объектах, расположенных на полигоне, справедливо соотношение:
а Я 4Р
ао Яо4Р,о
(3)
где Р - мощность, подводимая приёмной антенной к её нагрузке от исследуемого локального центра рассеяния; Р - мощность, подводимая приёмной антенной к её нагрузке от эталонного центра рассеяния; Я - расстояние от радиолокационной антенны до исследуемого локального центра рассеяния; Я0 - расстояние от радиолокационной антенны до эталонного центра рассеяния; а0 - априорное известное значение ЭПР
эталонного центра рассеяния.
Методика оценки ЭПР локальных центров рассеяния, расположенных на типовой поверхности или цели состоит в следующем:
1) Расположить на полигоне группу из N эталонных отражателей с известными характеристиками.
2) Расположить на полигоне РЛС таким образом, чтобы обеспечить требуемый угол облучения типовой поверхности и цели.
3) Измерить дальности Я до эталонных локальных центров рассеяния и мощности
отраженных от них сигналов Р .
4) В зависимости от условий работы (дальней или ближней радиолокации) по формуле (2) или (3) соответственно пересчитать оценки ЭПР до исследуемых локальных центров рассеяния.
5) По данным, полученным в п. 4, получить усредненную оценку ЭПР исследуемых локальных центров рассеяния.
Таким образом, в результате обработки данных экспериментов будет получено значение ЭПР элемента объекта, находящегося в пространственном элементе разрешения сверхкороткоимпульсного радиолокатора. Согласно общепринятой теории распределение значений ЭПР данного элемента рассеяния должно подчиняться распределению Рэлея, однако предварительные результаты обработки позволяют выделить участки поверхности объектов, где на распределение ЭПР сказываются эффекты вибрации поверхности из-за работающих двигательных установок. Этот эффект позволяет сделать вывод о перспективности применения подобной технологии для получения дополнительных целевых признаков в базовых алгоритмах работы радиолокаторов.
Результаты экспериментов
Эксперименты проводились на полигонах Дмитровского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана. При проведении экспериментов в качестве эталонных отражателей были использованы трёхгранные уголковые отражатели с разными длинам рёбер: 7,5 см; 17 см и 34 см; типовая поверхность - снежный покров и лёд; типовые цели - УАЗ «Патриот», Трактор «Беларусь», Камаз 43118.
На рисунках 2-4 представлены усредненные оценки ЭПР типовой поверхности размером 15х15 м и расположенной на ней цели, а также среднеквадратичное отклонение ошибок оценок. На всех рисунках сеткой обозначены элементы в пространстве.
Рисунок 2 - Оценка ЭПР УАЗ «Патриот» на снегу Рисунок 3 - Оценка ЭПР Трактор на снегу
Рисунок 4 - Оценка ЭПР Камаз 43118 на снегу
Полученные таким образом данные могут быть использованы в качестве эталонных образов в задачах обнаружения и распознавания.
Статья выпущена в рамках НИОКТР "Реализация комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства радиолокационного комплекса для системы управления воздушным движением с удаленной диспетчеризацией", выполняемой МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с ОАО "РТИ" в рамках комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, в целях реализации постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений, государственных научных учреждений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства», при финансовой поддержке по проекту Министерства образования и науки Российской Федерации.
Список литературы
1. Скосырев В.Н., Осипов М.Л. Особенности и свойства сверхкороткоимпульсной радиолокации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 1999. № 4. С. 21-30.
2. Скосырев В.Н., Нефедов С.И., Растворов С.А., Коновальцев А.В., Восторгов А.Б. Многодиапазонная широкополосная радиолокационная установка и проведение на ней комплекса экспериментальных работ // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2009. Спец. вып. Радиолокация, спутниковая навигация и связь, радиоастрономия. С. 70-75.
3. Нефедов С.И., Скосырев В.Н., Растворов С.А., Восторгов А.Б., Нониашвили М.И., Шумов А.В. Экспериментальные исследования радиолокационных портретов различных типов целей в миллиметровом диапазоне длин волн // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 1. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/253065.html (дата обращения 05.03.2015).
4. Коган И.М. Ближняя радиолокация (теоретические основы). М.: Советское радио, 1973. 272 с.
5. Справочник по радиолокации. В 2 кн. Кн. 1: пер. с англ. / под. ред. М.И. Сколника; пер. с англ. под общ. ред. В.С. Вербы. М.: Техносфера, 2014. 672 с.
Radiooptics
Radiooptics of the Bauman MSTU, 2015, no. 05, pp. 79-86.
DOI: 10.7463/rdopt.0515.0768702
Received: 16.08.2015
Revised: 30.08.2015
http://radiooptics.ru © Bauman Moscow State Technical Unversity
Experimental RSC Estimation for the Local Scattering Points with Ultra Short Impulse Radar
A.N. Semenov1'*, V.Yu. Shustikov1, S.A. Rastvorov1
semenQV-an^bmstuju
1Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
Keywords: method, RCS estimation, experimental data, experimental ground
The wide spreading technology of ultra-wide band radar systems can produce a great amount of data obtained from the common objects and grounds. These data have to be systematized and structured in the database, which can be further used as a starting point to solve the problem of target detection and recognition in some space under examination.
There is an ultra-short impulse radar system as a class of ultra-wide band radar systems that use nanosecond impulses. Such systems have several advantages over ordinary radars. The main advantage is sharp ambiguity function without side lobes. This advantage result in particular scatter point resolution on a target and environment surface well suited to location map.
It is known that the problem of scatter field estimation from the real object is time-consuming and difficult. Instead of scatter field estimation in engineer calculation, a reference cross section (RCS) is widely used as a characteristic of scattered field. The experiments show that mean values of RCS of the real objects and their distribution obtained in conditions of short-and long ranges are close to each other.
The article presents an approach for the RCS calculation of real object based on experimental data. The data of estimated RCS of small car and two trucks are shown.
References
1. Skosyrev V.N., Osipov M.L. Peculiarities and properties of short-pulse radar. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Priborostroenie = Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Ser. Instrument Engineering, 1999, no. 4, pp. 21-30. (in Russian).
2. Skosyrev V.N., Nefedov S.I., Rastvorov S.A., Konoval'tsev A.V., Vostorgov A.B. MultiRange Wide-Band Radar Facility and Its Application for Complex of Experiments. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Priborostroenie = Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Ser. Instrument Engineering, 2009, spec. iss. Radar, satellite navigation and communications, radio astronomy, pp. 70-75. (in Russian).
3. Nefedov S.I., Skosyrev V.N., Rastvorov S.A., Vostorgov A.B., Noniashvili M.I., Shumov A.V. Experimental research of different target types radar pictures in milieter wave range. Nauka i obrazovanie MGTU im. N.E. Baumana = Science and Education of the Bauman MSTU, 2012, no. 1. Available at: http://technomag.bmstu.ru/doc/253065.html , accessed 05.03.2015. (in Russian).
4. Kogan I.M. Blizhnyaya radiolokatsiya (teoreticheskie osnovy) [Short-range radar (theoretical basis)]. Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1973. 272 p. (in Russian).
5. Skolnik M.I., ed. Radar Handbook. The McGraw-Hill Companies, 2008. (Russ. ed.: Skolnik M.I., ed. Spravochnik po radiolokatsii. V 2 kn. Kn. 1. Moscow, Tekhnosfera Publ., 2014. 672 p.).
