CC BY
219
УДК 621-391
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ОДНОЧАСТОТНОГО И ДВУХЧАСТОТНОГО ЗОНДИРУЮЩЕГО СИГНАЛА В НЕЛИНЕЙНОМ РАДИОЛОКАТОРЕ
Д.Г. Доматырко, Н.И. Козачок, Н.Г. Ибрагимов
Проводится сравнительный анализ одночастотных и двухчастотных зондирующих сигналов в нелинейном радиолокаторе по различным параметрам, обосновываются преимущества двухчастотных зондирующих сигналов
Ключевые слова: двухчастотный зондирующий сигнал, нелинейный радиолокатор, преимущества ЛЧМ сигнала
Значительная часть дистанционно радиоуправляемых взрывных устройств содержат в составе своей конструкции различные электронные компоненты: транзисторы, диоды, тиристоры и другие полупроводниковые элементы, входящие в состав выходной цепи кабельной линии управления взрывом, исполнительного прибора линии радиоуправления, кварцевого генератора часов и т. д. Все перечисленные выше компоненты обладают более или менее выраженными нелинейными электрическими характеристиками, что позволяет их выявлять с использованием методов и средств нелинейной радиолокации.
Как правило, обнаружение осуществляется путем облучения объектов поиска зондирующим СВЧ - полем дециметрового диапазона с регистрацией всех гармоник в спектре отраженного сигнала. В качестве носителей датчиков обнаружения могут используются как наземные транспортные средства, так и беспилотные воздушные носители.
В наше время разработанные нелинейные радиолокаторы имеют следующие технические характеристики: мощность излучения до 500 Вт; чувствительность приемников -110...-155дБ/Вт; частота ЗС 750 - 1000 МГц; большинство приборов обеспечивают прием 2 и 3 гармоник зондирующего сигнала; режим работы как импульсный, так и непрерывный; индикация - звук, ЖК экран, шкальный индикатор.
Дальность обнаружения управляемых взрывных устройств нелинейными радиолокаторами лежит в пределах от долей метров до десятков метров. Первые значения характерны при обнаружении миниатюрных часовых замедлителей, вторые - при поиске самодельных радиоуправляемых взрывных устройств КВ-диапазона, замаскированных на деревьях.
Основным недостатком известных отечественных и зарубежных нелинейных РЛС является то, что дальность обнаружения радиоуправляемых взрывных устройств зачастую не превышает радиус поражения радиофугасов.
Доматырко Дмитрий Геннадьевич - ВГТУ, студент, тел. (4732) 47-72-23
Козачок Николай Иванович - ОАО «Концерн Созвездие», канд. техн. наук, начальник отдела, тел. 8-920-407-11-91
Ибрагимов Наиль Галимзянович - ОАО «Концерн Созвездие», зам. начальника отдела, тел. 8-908-148-14-96
Этот факт существенно снижает вероятность безопасного их разминирования.
Относительно маленькая дальность обнаружения объектов с нелинейными рассеивателями нелинейных радаров объясняется тем, что полезный сигнал, поступающий на вход приемной антенны, имеет уровень мощности, меньше мощности зондирующего сигнала (иногда существенно меньше).
Помимо того, применяемый в нелинейных радарах фильтр нижних частот не обеспечивает, при увеличении мощности зондирующего сигнала, требуемого ослабления помех (требуемое ослабление помех порядка 100 дБ). Поэтому на вход приемной антенны, совмещенной с передающей антенной, вместе с полезным сигналом проникают гармоники зондирующего сигнала с передающей антенны и отраженные от подстилающей поверхности. Наличие гармоник зондирующего сигнала на входе приемной антенны затрудняет обнаружение полезного сигнала. Увеличение мощности излучаемого сигнала с целью повышения дальности обнаружения приведет к увеличению уровня гармоник зондирующего сигнала на входе приемной антенны и к снижению отношения сигнал / шум на выходе приемника.
Увеличение дальности обнаружения нелинейных радиолокаторов на практике возможно за счет уменьшения влияния гармоник зондирующего сигнала на приемник с одновременным повышением мощности излучаемого сигнала, а также селекции по частоте полезного сигнала от помех.
Анализ показал, что использование многочастотного зондирующего сигнала обусловливает ряд положительных эффектов по сравнению с одночастотным: увеличение дальности обнаружения и улучшение распознавания нелинейных объектов, обусловленное увеличением нелинейной эффективной поверхности рассеяния за счет резонансных явлений при переизлучении СВЧ сигнала; увеличение дальности обнаружения объектов, расположенных за экранирующими препятствиями, благодаря интерференционным и дифракционным явлениям на верхнем крае препятствия; уменьшение требований к уровню собственных гармоник СВЧ передатчика НРЛС при двухчастотном режиме работы в связи с использованием при приеме фиксированных комбинационных частот вместо гармоник в спектре отраженного сигнала.
Чаще всего используются сигналы с ЛЧМ, которые имеют определенные преимущества перед другими сложными сигналами: возможность достижения больших девиаций частоты (1 ГГц и более) и значительной скорости перестройки; сравнительная простота изменения формы огибающей ЧМ сигнала и скорости частотной модуляции для улучшения параметров сжатого сигнала, простота оценки, измерения и коррекции искажений. Они используются в качестве базовых при формировании непрерывных ЧМ сигналов треугольной, пилообразной или зигзагообразной формы либо сигналов с V-, М-образной ЧМ, импульсных последовательностей, а также сигналов, разнесенных по спектру [32]. Эти сигналы при надлежащем выборе их параметров обеспечивают высокую разрешающую способность одновременно по дальности и скорости, сохраняя при этом все достоинства ЛЧМ сигналов. Благодаря отмеченным преимуществам, а также тому, что методы и устройства обработки ЛЧМ сигналов и сигналов, построенных на их основе, хорошо разработаны, эти сигналы привлекают внимание специалистов многих отраслей техники.
Отличительной особенностью ЛЧМ сигналов от других сигналов является наличие дально-мерного приращения частоты в принимаемом сигнале. Оно имеет линейную зависимость от дальности при фиксированном значении скорости изменения частоты. Поэтому в предлагаемом локаторе в качестве зондирующего сигнала будет использоваться два ЛЧМ сигнала.
Поиск объектов с нелинейными элементами начинается с момента излучения передающими антеннами зондирующих ЛЧМ сигналов. Вид амплитудно-частотных спектров зондирующих ЛЧМ сигналов показан на рис. 1.
Физические процессы при одновременном зондировании двумя ЛЧМ сигналами объекта поиска описываются следующим образом.
На нелинейный элемент объекта поиска воздействуют два ЛЧМ сигнала вида:
/1 () = 10 + 0,5^2),
12 () = /0 соб{2л72 ^ + 0,5^2), где / 0 - амплитуда ЛЧМ сигнала;
(1)
А7
ц =------скорость перестройки частоты ЛЧМ сиг-
ТИ
налов (А7 - девиация частоты, ТИ - длительность).
Известно, что вольтамперная характеристика нелинейного элемента аппроксимируется разложением в ряд Тейлора.
Тогда, сигнал /£ (^), где £ =1, 2 , переизлу-
ченный нелинейным элементом, можно представить в виде:
/£ (0 = а‘[/1(0 + 12(0] + ^'[/1(0 +12(0] + +<Ч/,(0+/ 2 (о]3+Н/)+/ 2(0]4+...
где а, Р,5,у — коэффициенты преобразования при соответствующих степенных членах ряда.
Подставляя в (2) воздействующие сигналы (1), получим, что первый член ряда является линейным, и сигналы не испытывают нелинейных преобразований. Раскрывая квадратичный член ряда (2), преобразованный нелинейным элементом объекта поиска сигнал высших гармоник будет иметь вид:
/£= 0.5-в'/02 -со^-п-[ -I + ^-12] +
(2)
+ Р'10 -соз[2- п- [01 + ^0,2] + ц- і2 ]+ (3)
+ 0.5- в-102 -со^- ж- [02 -і + ц- і2] Преобразуем выражение (3) к такому виду:
18 (і) = в - 702 - С05!1 + С05(2 • П [ + ^02 ] і)]
(4)
У'/ У ^0
х со^1 + со/п-[02 — 701 ]]] + //•]2
Таким образом, преобразованный нелинейным элементом объекта поиска сигнал на частоте
70 ()= 701 0“)+ 702 (*) представляет собой ЛЧМ сигнал с удвоенным значением девиации частоты и 100%-амплитудной модуляцией.
Весь спектр сигналов комбинационных составляющих вторичного излучения (4) переизлучается в эфир. Данные сигналы, поступают на вход приемной антенны НРЛС и отличаются от сигналов (1) временем задержки т и удвоенным значением девиации частоты.
Вид амплитудно-частотных спектров сигналов, переизлученных нелинейными элементами объекта поиска, показан на рис. 2
Центральная частота полосового фильтра приемника согласована только с центральной частотой второго слагаемого выражения (4), то есть
\РПФ30 = (01 + ^02 )/2|> а полоса пропускания -со спектром полезного сигнала |АРПФ3 = 2А^|.
Начальная частота полосового фильтра приемник согласована с частотой, равной сумме начальных частот двух зондирующих ЛЧМ сигналов, а полоса пропускания равна удвоенной девиации частоты.
Полезный сигнал с частотой порядка 2 ГГц с выхода полосового фильтра поступает через мало-шумящий усилитель высокой частоты на смеситель, где он смешивается с сигналом первого ЛЧМ гетеродина. Происходит свертка полезного сигнала в полезный сигнал с частотой в 2 раза меньше, который затем через согласованный фильтр поступает на второй смеситель для преобразования на вторую промежуточную частоту ілч2.
После преобразования по частоте и двухэтапной корреляционной свертки сигналов на смесителях сигнал поступают на полосовой фильтр, который согласован со спектром полезного сигнала.
ҐПЧ
V fn4
90 с 11ГГ
Полоса входного Полоса обзора г, М1 ц
фильтра приемника ЕРЛС
Рис. 3
Из анализа рис. 3 следует, что полезный сигнал на выходе второго смесителя МПО отличается от гармоник зондирующего сигнала по частоте.
Сделаем краткие выводы по проделанному анализу.
1. Большинство управляемых взрывных устройств содержат в своей конструкции электронные компоненты, обладающие нелинейными электрическими характеристиками, что позволяет их выявлять с использованием методов нелинейной радиолокации.
Однако применяемые в существующих нелинейных радарах отечественного и импортного производства фильтры не обеспечивают, при увеличении мощности зондирующего сигнала, требуемого ослабления помех, что ограничивает дальность обнаружения.
2. Проведенный анализ показал, что исследуемый радар обеспечивает частотную селекцию полезного сигнала от помех при отсутствии временных различий между ними, что обеспечивает обнаружение радиоэлектронных устройств в ближней зоне поиска.
3. Применение двухчастотного сигнала в НРЛС по сравнению с применением одночастотного: увеличит дальность обнаружения нелинейных объектов в 2.2,5 раза в свободном пространстве и в 1,6.. .1,8 раза вблизи поверхности грунта; снизит требования к уровню собственных гармоник СВЧ передатчика НРЛС (приемник радара менее подвержен влиянию гармоник зондирующего сигнала, поступающих на его вход, как с передающей антенны, так и отраженных от подстилающей поверхности); уменьшит воздействие корпуса носителя (на 30.65 дБ).
Литература
1. Кочемасов В. Н., Белов Л. А., Оконешников В. С. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. - М.: Радио связь, 1983.
2. Кочемасов В. Н., Кряжев В. П., Оконешников В. С. ЛЧМ сигналы с внутриимпульсной фазовой манипуляцией. — Радиотехника, 1980. Т. 35. № 2. С. 57—60.
3. Варакин Л. Е. Теория сложных сигналов. — М.: Сов. радио, 1970. —376 с.
ОАО «Концерн Созвездие», г. Воронеж Воронежский государственный технический университет
THE COMPARATIVE ANALYSIS OF APPLICATION OF THE UNIFREQUENT AND TWO-FREQUENCY PROBING SIGNAL IN THE NONLINEAR RADAR D.G. Domatyrko, N.I. Kozachok, N.G. Ibragimov
The comparative analysis of unifrequent and two-frequency probing signals in a nonlinear radar on various parameters is carried out, give advantages two-frequency probing signals
Keywords: two-frequency probing signal, nonlinear radar, advantages LFM of a signal
7G
