РейлСАР
RailSAR . , также известный как сверхширокополосный проникновения в листву радар с синтезированной апертурой импульсную радиолокационную систему с рельсовым наведением (UWB FOPEN SAR), представляет собой низкочастотную , которая может обнаруживать и различать целевые объекты, скрытые за листвой [1] [2] Он был спроектирован и разработан Научно-исследовательской лабораторией армии США (ARL) в начале 1990-х годов с целью продемонстрировать возможности бортового SAR в листву и для проникновения землю . [3] Однако, поскольку проведение точных и повторяемых измерений на воздушной платформе было сложным и дорогостоящим, RailSAR был построен на крыше четырехэтажного здания на территории армейской исследовательской лаборатории вдоль 104-метровой трассы с лазерным нивелированием. [1] [4]
В то время RailSAR относилась к высшей категории радиолокационных систем СШП , работая в диапазоне шириной 950 МГц от 40 МГц до 1 ГГц при мощности импульса 2,5 мегаватт. [1] [3] [4] Он предоставлял полностью поляриметрические радиолокационные данные с высоким разрешением и имел полосу пропускания 185% по сравнению с другими радиолокационными системами, у которых полоса пропускания составляла менее 25%. [1] [5]
Область применения технологии RailSAR варьируется от военного использования, такого как обнаружение наземных мин и стационарных целей, скрывающихся в разведывательных целях, до коммерческого использования, включая обнаружение кабелей и труб, измерение уровня нефти и грунтовых вод, а также восстановление окружающей среды . [6]
Разработка
[ редактировать ]Разработка RailSAR началась в 1988 году в рамках исследовательской программы, целью которой было создание технологии, способной обнаруживать цели, замаскированные или скрытые деревьями и листвой. [6] [7] Хотя первые попытки столкнулись со значительными трудностями, достижения в области аналого-цифровых преобразователей (АЦП) , технологий источников и мощности обработки сигналов позволили исследователям ARL создать реализуемую систему и лучше понять листву и георадарную систему. Внимание было сосредоточено, в частности, на анализе базовой феноменологии импульсного радара, особенно эффектов распространения целей, помех и целей, находящихся в помехах. [6]
RailSAR имел четыре линейные рупорные TEM-антенны с сопротивлением 200 Ом длиной 1,35 м (4,5 фута), две для передачи и две для приема, установленные на вращающейся непроводящей раме, которая была закреплена на шарнирной пластине, сконструированной из из алюминиевых сот и покрыт безэховым пеной. Две передающие антенны имели линейную поляризацию под углом ±45 градусов, а две приемные антенны имели малошумящий предусилитель и защиту приемника на PIN-диоде . Конструкция антенны изначально была разработана Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) . Дополнительные 0,5 метра резистивно нагруженной параллельной пластины на излучающем конце антенны улучшили обратные потери на высоких частотах за счет поглощения части энергии на открытой апертуре. Импульсный передатчик позади антенного узла служил для зарядки и разрядки антенны с помощью герконовой капсулы, находящейся под давлением водорода, для формирования передаваемого импульса. [1] [8]
Разработанная ARL программируемая система на основе вентильной матрицы, известная как схема синхронизации и управления (T&C), подавала управляющие сигналы на передатчики и защитные устройства приемника. Это также позволило эффективно уменьшить помехи от других передатчиков, а также минимизировать помехи близлежащим приемникам. Два компьютера передавали команды GPIB (интерфейсная шина общего назначения) на два цифровых осциллографа Tektronix DSA602A для измерения времени между триггером и фронтами аналогово-цифровой синхронизации и сохранения данных на магнитооптических перезаписываемых дисках. Главный компьютер управлял движением тележки, на которой были установлены антенны. [1] [8]
В 1995 году конструкция RailSAR была включена в разработку BoomSAR с целью создания мобильного радара с высоким соотношением сигнал/шум . [2] [9] К 2016 году RailSAR был перенесен с крыши здания в крытое помещение и подвергся нескольким изменениям в конструкции и уменьшению веса. [10]
Операция
[ редактировать ]В целом, радиолокационные системы более эффективно проникают в листву и землю на более низких частотах , поскольку более длинные волны могут проникать в непрозрачные структуры глубже, чем более короткие. [11] [12] Но в обмен на большую проникающую способность более низкие частоты обеспечивают более низкое разрешение изображения . [11]
Сверхширокополосный радар способен преодолеть это ограничение разрешения за счет передачи чрезвычайно узких импульсов, следовательно, «импульсов», для получения достаточно широкой полосы пропускания. [13] [14] [15] Однако за короткость импульса приходится платить пиковую мощность настолько, что пиковая мощность на частоту падает ниже порога частотно-избирательных приемников. [16] Хотя низкая мощность затрудняет обнаружение сигнала перехватчиками, недостаток этого компромисса проявляется в значительном увеличении стоимости обработки. [15] [17] Чтобы надежно принимать сигнал СШП при такой низкой мощности на частоте, радиолокационная система СШП должна либо открыться для шума с использованием приемника с высокой частотой дискретизации , включить усреднение сигнала, которое снижает скорость передачи данных, либо увеличить передачу сигнала до высокой частоты. мощность, которая создает помехи другим приемникам. [16] Кроме того, более широкая полоса пропускания может увеличить вероятность ложных срабатываний. [15]
Однако сочетание низкой частоты и высокого разрешения, присутствующее в радарах СШП, оказалось чрезвычайно желательным для проникновения в листву и землю, где увеличенная полоса пропускания представляла явное преимущество по сравнению с затратами. [15] В попытке достичь необходимых частот для адекватного проникновения и одновременно сбалансировать затраты на обработку, связанные со сверхширокополосной связью, RailSAR был разработан для выявления скоплений мин на очень больших площадях, а не для обнаружения каждой отдельной мины, спрятанной в почве и листве. [9]
Первоначально RailSAR была построена так, чтобы смотреть на север через северную парковку комплекса ARL в качестве целевой зоны, которая в основном была заселена лиственными деревьями . [1] Радарной системе потребовалось около 80 часов, чтобы собрать одну полную апертуру полностью поляриметрических данных высокого разрешения. Его пиковая мощность составляла 500 кВт при частоте повторения импульсов 40 Гц, а средняя передаваемая мощность — около 20 мВт. Для создания радиолокационного изображения RailSAR должен был ограничить обработку Фурье очень маленькими участками в области изображения. [4]
Несмотря на использование низкочастотных сигналов, RailSAR был способен достигать высокого разрешения, перемещаясь вдоль рельса и передавая и получая отраженные сигналы в направлении, перпендикулярном линии движения вдоль рельса. [6] В ходе тестов анализа производительности RailSAR достиг вероятности распознавания 90 процентов при относительно низком уровне ложных срабатываний. Более тщательный анализ показал, что отдельные ложные срабатывания обычно вызывались объектами на изображениях, а не случайным шумом. [4]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Маккоркл, Джон (15 ноября 1993 г.). Дель Гранде, Нэнси К.; Циндрич, Иван; Джонсон, Питер Б. (ред.). «Первые результаты исследования SAR со сверхширокополосной способностью проникновения в листву Армейской исследовательской лаборатории». Обнаружение и обнаружение подземных и скрытых объектов . 1942 : 88–95. Бибкод : 1993SPIE.1942...88M . дои : 10.1117/12.160352 . S2CID 123322305 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 Петерсон, Джон; Арредондо, Руби; Чао, Тянь-Синь; Фридман, Гэри; ЛаБау, Клейтон; Лам, Барбара; Мойнихан, Филип; Тапман, Джек (1 марта 1995 г.). «Оценка сенсорной технологии для обнаружения и определения местоположения боеприпасов и взрывоопасных отходов» (PDF) . Центр оборонной технической информации . Архивировано из оригинала 1 ноября 2019 года . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Сабио, Винсент (август 1994 г.). «Распознавание целей на сверхширокополосных радиолокационных изображениях» (PDF) . Итоговый отчет . Бибкод : 1994arl..reptR....S . АРЛ-ТР-378. Архивировано из оригинала 1 ноября 2019 года . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Миллер, Тимоти; Поттер, Ли; МакКоркл, Джон (октябрь 1997 г.). «Подавление радиопомех для сверхширокополосного радара». Транзакции IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . 33 (4): 1142–1156. Бибкод : 1997ITAES..33.1142M . дои : 10.1109/7.625096 . ISSN 1557-9603 . S2CID 35421145 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ресслер, Марк; Хэпп, Линн; Нгуен, Лам; Тон, Туан; Беннетт, Мэтью (8 мая 1995 г.). «Испытательная лаборатория сверхширокополосных радаров Армейской исследовательской лаборатории» . Материалы Международной радиолокационной конференции . стр. 686–691. дои : 10.1109/RADAR.1995.522632 . ISBN 0-7803-2121-9 . S2CID 110186067 .
- ^ Ковель, Стивен; Брэнд, Джон (январь 1995 г.). «Исследовательская поддержка лаборатории боевых действий по глубине и одновременной атаке» (PDF) . Центр оборонной технической информации . Архивировано (PDF) из оригинала 1 ноября 2019 г. Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Ресслер, Марк; Маккоркл, Джон (1995). «Эволюция испытательного стенда сверхширокополосной связи армейской исследовательской лаборатории» . В Карин, Лоуренс; Фелсон, Леопольд (ред.). Сверхширокополосная короткоимпульсная электромагнетика 2 . Берлин, Германия: Springer Science & Business Media. стр. 109–123. ISBN 978-1489913968 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 (1): 18–33. Бибкод : 1999IAPM...41...18C . дои : 10.1109/74.755021 .
- ^ Рэнни, Кеннет; Фелан, Брайан; Шербонди, Келли (12 мая 2016 г.). Рэнни, Кеннет I; Дорри, Армин (ред.). «Полностью поляриметрические данные из ARL RailSAR». Технология радиолокационных датчиков XX . 9829 : 98291Р. Бибкод : 2016SPIE.9829E..1RR . дои : 10.1117/12.2228851 . S2CID 124419915 .
- ^ Перейти обратно: а б Вольф, Кристиан. «Георадар» . радартуториал.еу . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Подест, Эрика (29 ноября 2017 г.). «Основы радара с синтезированной апертурой (SAR)» (PDF) . АРСЕТ . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Паулоза, Авраам (июнь 1994 г.). «Высокое разрешение радара с сигналом ступенчатой частоты» (PDF) . Центр военной технической информации : 7. Бибкод : 1994MsT..........7P . АДА284611. Архивировано из оригинала 1 ноября 2019 года . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Френцель, Луи (11 ноября 2002 г.). «Сверхширокополосная беспроводная связь: не такая уж новая технология выходит на первый план» . Электронный дизайн . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Фаулер, Чарльз; Энцмингер, Джон; Корум, Джеймс (ноябрь 1990 г.). «Отчет: Оценка технологии сверхширокополосной связи (СШП)» (PDF) . Технологический институт штата Вирджиния СБИС для телекоммуникаций . Проверено 1 ноября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Барретт, Теренс (июль 2000 г.). «История сверхширокополосных (СШП) радаров и коммуникаций: пионеры и новаторы». Симпозиум «Прогресс в электромагнетике» . S2CID 15576832 .
- ^ МакКоркл, Джон (1 марта 2002 г.). «Почему такой шум по поводу сверхширокополосной связи?» . Время электротехники . Проверено 1 ноября 2019 г.