BoomSAR
BoomSAR — это мобильная сверхширокополосная радиолокационная система с синтезированной апертурой (UWB SAR), разработанная Исследовательской лабораторией армии США (ARL) в середине 1990-х годов для обнаружения закопанных наземных мин и СВУ . Установленный на вершине 45-метровой телескопической стрелы на устойчиво движущемся транспортном средстве, BoomSAR передает низкочастотные (от 50 до 1100 МГц) короткие импульсные сигналы СШП через боковую часть транспортного средства, чтобы охватить зону действия в радиусе 300 метров, начиная с 50 метров от основание стрелы. [1] [2] Он движется со скоростью примерно 1 км/час, и ему требуется относительно ровная дорога, достаточно широкая, чтобы вместить его основание шириной 18 футов. [3]
Характеристики
[ редактировать ]BoomSAR — это полностью поляриметрическая система, которая передает и принимает низкочастотные сигналы более 1 гигагерца с полезной полосой пропускания и охватывает спектр примерно от 40 МГц до 1 ГГц. [4] [5] Подсистемы радара испытательного стенда состоят из антенн, передатчика, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) , процессора/системы хранения данных, узла синхронизации и управления, подсистемы MOCOMP и компьютера с операторским интерфейсом. [5] Многие из этих компонентов имеют модульный характер, что упрощает модификацию и модернизацию, и были созданы с использованием готовой коммерческой технологии (COTS) для снижения затрат. [5] [6]
Стреловая платформа
[ редактировать ]Подъемная платформа стрелы для BoomSAR представляет собой телескопическое подъемное устройство высотой 150 футов с корзиной, которую можно перемещать в осевом и радиальном направлении и которая способна выдерживать грузоподъемность от 500 до 1000 фунтов в зависимости от положения телескопических рычагов. Созданный компанией JLG Inc, он обладает уникальной способностью перемещать основание при выдвинутой стреле, что позволяет BoomSAR проводить сбор данных с использованием моделируемой воздушной геометрии. [5] [6] Углы обзора цели вниз обычно варьируются от 45 до 10 градусов в зависимости от дальности до цели и высоты стрелы. [4]
Антенны
[ редактировать ]BoomSAR использует две передающие и две приемные антенны для обеспечения полной матрицы поляризации (HH, HV, VH, VV) в квазимоностатическом смысле. [4] Все четыре антенны представляют собой рупорные TEM-антенны мощностью 200 Вт с открытыми сторонами и резистивным оконцеванием, длиной около двух метров и апертурой 0,3 метра. [2] [4] Поскольку подсистемы были разработаны специально для низкочастотных приложений UWB SAR, рупорные антенны TEM имеют широкую ширину луча, превышающую 90 градусов, и оснащены мощным широкополосным симметрирующим устройством, способным выдерживать пиковый импульс мощностью 2 МВт. передатчик импульсов. [2] [5] По более поздним данным, эта комбинация антенна/балун способна передавать через четыре рупорные антенны ТЕМ короткоимпульсный СШП-сигнал с полосой пропускания от 40 МГц до более 2000 МГц с частотой повторения импульсов до 1 кГц. [1] [2]
Система компенсации движения (MOCOMP)
[ редактировать ]Система BoomSAR MOCOMP состоит из компьютера и геодиметра , который отвечает за компенсацию движения и позиционирование радара в трехмерном пространстве. Геодиметр состоит из роботизированного теодолита с лазерным дальномером, установленного на одном конце апертуры, ретроотражателя, установленного на платформе подъема стрелы рядом с антеннами, и блока управления, установленного на основании подъемника стрелы. Когда светоотражатель перемещается вместе с подъемной платформой стрелы, теодолит отслеживает горизонтальное и вертикальное угловое положение светоотражателя и измеряет его дальность. Положение светоотражателя затем передается в блок управления геодиметром по FM-радиоканалу, обновляемому с частотой 2,5 Гц. Затем блок управления приступает к передаче информации о местоположении на компьютер MOCOMP. [5]
Система обработки
[ редактировать ]Система обработки опирается на карточный блок VME с хостом Sun SPARC 5 и восемью процессорами массива CSPI Supercard на базе Intel i860 для получения вычислительной мощности, необходимой для предположения, фильтрации и обратного проецирования профилей дальности для формирования изображения SAR. Обработка изображений для BoomSAR происходит в полевых условиях сразу после сбора данных. Чтобы обеспечить очень широкую полосу пропускания BoomSAR для передачи данных и возможности параллельной обработки, ученые из Исследовательской лаборатории армии США исследовали использование параллельных процессоров Mercury. [7]
Аналого-цифровой преобразователь
[ редактировать ]Аналого-цифровая подсистема состоит из пары Tektronix/Analytek VX2005C, аналого-цифровых преобразователей с частотой 2 млрд отсчетов в секунду и стабильного опорного тактового сигнала. Он действует как широкополосный приемник для радара и способен обеспечить разницу во времени между тактовым сигналом и событием запуска с разрешением 10 пс. [4]
| Особенность | BoomSAR |
|---|---|
| Время/апертура сбора данных | 1,0 км/час |
| Власть | Пиковая мощность 2 МВт |
| ПРФ | 750 Гц |
| Пропускная способность системы | от 40 МГц до 1,0 ГГц |
| Процессор | 2 x 6 процессоров i860 |
| Возможность хранения данных | 3600 МБ |
| Скорость передачи аналогово-цифровых данных | 10 МБ/с |
| Система компенсации движения | Встроенные данные |
Разработка
[ редактировать ]BoomSAR возник как продолжение системы RailSAR , рельсовой системы UWB SAR, построенной на крыше здания ARL. После того, как система RailSAR продемонстрировала многообещающие результаты первых полевых испытаний в условиях листвы и проникновения в землю, были разработаны планы по переходу технологии RailSAR на мобильную платформу. [2] Первоначальная цель разработки BoomSAR состояла в том, чтобы имитировать функции бортовой радиолокационной системы, чтобы лучше понять ее полный потенциал. В отличие от бортовой системы, BoomSAR предоставил экономически эффективный метод определения верхней границы характеристик этого подхода к радару посредством точно контролируемых и повторяемых экспериментов. [3] [8]
В 1999 году ARL сотрудничала с научными и промышленными исследователями для разработки алгоритмов моделирования и обработки данных BoomSAR. К ним относятся модели метода моментов (MoM) и метода быстрых мультиполей (FMM) , которые способствовали разработке алгоритмов автоматического распознавания целей для систем проникновения. [9] [10]
Позднее технология BoomSAR была перепрофилирована Исследовательской лабораторией армии США для разработки радара UWB Synchronous Impulse Reconstruction (SIRE) , который устанавливал систему SAR на вездеход без подъемника стрелы. [7] [11]
Тестирование
[ редактировать ]Испытания на Абердинском полигоне
[ редактировать ]в Мэриленде были проведены первоначальные испытания по сбору данных для BoomSAR, В 1995 году на Абердинском испытательном полигоне (APG) чтобы проверить его способность проникать в листву и землю. Испытательный полигон характеризовался лиственным лесом различной густоты, а также прямыми и извилистыми дорогами среди листвы, которые могли вместить ширину подъемной стрелы. Во время испытаний канонические и тактические цели были спрятаны в лесу или закопаны в почву для обнаружения BoomSAR. Канонические цели включали в себя диполи, трехгранники и двугранники, предназначенные для проверки калибровки и производительности радара, тогда как тактические цели состояли из коммерческих грузовых автомобилей и HMMWV, размещенных вокруг объекта. [6]
Данные, собранные в ходе теста APG, позже были использованы для изучения методов выделения транспортных средств из фоновых помех. Аналитики определили, что деревья и транспортные средства имеют разные частотные характеристики и что разница в характеристиках может помочь в автоматической обработке распознавания целей. [12]
Испытание на испытательном полигоне Юма
[ редактировать ]В конце 1990-х годов две отдельные попытки сбора данных были проведены на полигоне Юма в Аризоне и на базе ВВС Эглин во Флориде в рамках исследовательской инициативы, спонсируемой Программой стратегических экологических исследований и разработок (SERDP), для улучшения обнаружения неразорвавшихся наземных мин. . [1] [3] [8]
На полигоне Юма испытания проходили на полигоне Стального кратера, который частично перекрывал соседнюю зону высадки Филлипса и делил территорию на две части. Участок, перекрывающий зону падения Филлипса, имел почти однородный слой почвы и был практически свободен от растительности, поскольку почва была перевернута на глубину около 2 футов. В отличие от пахотного участка природный участок остался относительно нетронутым. [5] Во время испытаний на вспаханном участке было обнаружено более 600 закопанных в землю инертных целей, таких как артиллерийские снаряды, ракеты, минометные снаряды, суббоеприпасы, бомбы и мины (противотанковые мины М-20 и мины Валмара 69 ), а также ложные такие цели, как магнитные камни, норы животных и банки с газировкой. Эти инертные цели были закопаны на разной глубине (от поверхности до 2 метров) и углах входа (от 0 до 90 градусов), чтобы обеспечить комплексную оценку эффективности BoomSAR. С другой стороны, на естественном участке преобладали тактические цели, такие как транспортные средства, хотя там также были спрятаны мины, провода и трубы. BoomSAR было поручено обнаружить цели во время движения по близлежащей Коррал-роуд. [3] [5]
По результатам испытаний мины М-20 были видны в обоих диапазонах частот при их размещении близко к поверхности, глубоко закопанные не могли быть обнаружены в диапазоне высоких частот. С другой стороны, мины Valmara 69 не могли быть обнаружены в низкочастотном диапазоне, но были несколько заметны в высокочастотном диапазоне. На основе этих данных исследователи пришли к выводу, что BoomSAR лучше подходит для использования более низких частот для поиска глубоко закопанных мин М-20 и более высоких частот для обнаружения гораздо меньших по размеру мин Валмара. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Моколе, Эрик; Хансен, Пит (2010). «Обзор сверхширокополосной радиолокации» . В субботу, Фрэнк; Моколе, Эрик; Шенк, Уве; Нитч, Дэниел (ред.). Сверхширокополосная короткоимпульсная электромагнетика 7 . Берлин, Германия: Springer Science & Business Media. стр. 571–585. дои : 10.1007/978-0-387-37731-5 . ISBN 978-0387-37728-5 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Ресслер, Марк (31 мая 1996 г.). «Армейская исследовательская лаборатория сверхширокополосного BoomSAR». ИГАРСС '96. 1996 Международный симпозиум по геонаукам и дистанционному зондированию . Том. 3. стр. 1886–1888. дои : 10.1109/IGARSS.1996.516828 . ISBN 0-7803-3068-4 . S2CID 62582116 .
- ^ Перейти обратно: а б с д ДеЛука, Клайд; Маринелли, Винсент; Ресслер, Марк; Тон, Туан (4 сентября 1998 г.). Дубей, Абинаш С; Харви, Джеймс Ф; Броуч, Дж. Томас (ред.). «Эксперименты по обнаружению неразорвавшихся боеприпасов с использованием сверхширокополосного радара с синтезированной апертурой». Технологии обнаружения и ликвидации мин и миноподобных целей III . 3392 : 668–677. Бибкод : 1998SPIE.3392..668D . дои : 10.1117/12.324239 . S2CID 17386967 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Карин, Л.; Гэн, Н.; МакКлюр, М.; Сичина, Дж.; Лам Нгуен (1999). «Сверхширокополосный радар с синтезированной апертурой для обнаружения минных полей». Журнал IEEE «Антенны и распространение» . 41 : 18–33. Бибкод : 1999IAPM...41...18C . дои : 10.1109/74.755021 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Хэпп, Линн; Ле, Фрэнсис; Ресслер, Марк; Каппра, Карл (17 июня 1996 г.). Устах, Джеральд С. (ред.). «Низкочастотная сверхширокополосная радиолокационная станция с синтезированной апертурой: поддиапазоны частот для целей, скрытых землей». Технология радарного датчика . 2747 : 194–201. Бибкод : 1996SPIE.2747..194H . дои : 10.1117/12.243078 . S2CID 122629520 .
- ^ Перейти обратно: а б с Хэпп, Линн; Каппра, Карл; Ресслер, Марк; Сичина, Джеффри; Стерджесс, Кейт; Ле, Фрэнсис (13 мая 1996 г.). «Низкочастотный сверхширокополосный радар с синтезированной апертурой, испытания BoomSAR 1995 г.» . Материалы Национальной радиолокационной конференции IEEE 1996 года . стр. 54–59. дои : 10.1109/NRC.1996.510656 . ISBN 0-7803-3145-1 . S2CID 110533918 .
- ^ Перейти обратно: а б Чжан, Тяньи; Рен, Цзяин; Ли, Цзянь ; Грин, Дэвид; Джонстон, Джереми; Нгуен, Лам (2019). «Подавление радиопомех на основе методов компрессионного зондирования для СШП-радиолокации» . В Майо, Антонио; Эльдар, Йонина; Хаймович, Александр (ред.). Сжатое зондирование при обработке радиолокационных сигналов . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 72–103. ISBN 9781108552653 .
- ^ Перейти обратно: а б Ресслер, Марк. «Низкочастотный сверхширокополосный радар с синтезированной апертурой (САР) для дистанционного обнаружения неразорвавшихся боеприпасов» . СЕРДП . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Карин, Лоуренс (23 декабря 1999 г.). «СШП SAR для идентификации подповерхностных целей» (PDF) . Центр оборонной технической информации . Архивировано (PDF) из оригинала 1 ноября 2019 г. Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ «Радар с синтезированной апертурой для обнаружения листвы и грунта» . Дюк по электротехнике и вычислительной технике . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Нгуен, Лам (29 апреля 2009 г.). Рэнни, Кеннет I; Доэрри, Армин В. (ред.). «Техника SAR-визуализации для уменьшения боковых лепестков и шума». Технология радиолокационных датчиков XIII . 7308 : 73080У. Бибкод : 2009SPIE.7308E..0UN . дои : 10.1117/12.820480 . S2CID 121909055 .
- ^ Тейлор, Джеймс (2000). Сверхширокополосная радиолокационная технология . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 350–365. ISBN 9780849342677 .