САПФИР радар
Радар со спектральной гибкостью и реконфигурацией с приращением частоты ( SAFIRE ) — это устанавливаемая на транспортном средстве георадарная система переднего обзора (FLGPR), предназначенная для обнаружения подземных или скрытых взрывоопасных объектов. [1] [2] Он был разработан Исследовательской лабораторией армии США (ARL) в 2016 году как часть долгого поколения сверхширокополосных (СШП) и радиолокационных систем с синтезированной апертурой (SAR), созданных для борьбы с заглубленными наземными минами и СВУ . Предыдущие итерации включают в себя RailSAR , BoomSAR и радар SIRE . [3] [4]
Разработка
[ редактировать ]Радар SAFIRE изначально был задуман как ответ на растущую перегрузку радиочастотного (РЧ) спектра из-за недавнего развития беспроводных технологий . В рамках усилий по улучшению существующей радиолокационной системы SIRE исследовательская лаборатория армии США разработала радар SAFIRE как радар СШП, который может соответствовать или превосходить характеристики радара SIRE при работе в перегруженных радиочастотных средах. Вместо импульсного СШП он был оснащен ступенчатой схемой частоты, чтобы сохранить спектральную гибкость при минимальных требованиях к выборке АЦП. Радар SAFIRE также был спроектирован с возможностью высокой реконфигурации, поскольку он по своей сути является экспериментальным радаром. [2]
Радар SAFIRE отличается от предыдущих систем UWB SAR, разработанных ARL, таких как BoomSAR и радар SIRE , тем, что он использует систему со ступенчатой частотой, а не систему с короткими импульсами. Одной из основных проблем, вызванных природой радара SIRE как импульсной СШП-системы, была его высокая чувствительность к внутриполосным радиочастотным помехам (RFI) . [2] Напротив, радары со ступенчатой частотой могут удалять определенные частоты в пределах своего рабочего диапазона, что снижает помехи от близлежащих радиолокационных систем. Кроме того, полосы частот, в которых присутствуют радиочастотные помехи, можно легко устранить с помощью методов спектрального зондирования . [5] Более того, в то время как импульсные СШП-радары, такие как радар SIRE, должны избегать передачи сигналов в определенных зарезервированных полосах частот, радары со ступенчатой частотой обладают гибкостью для передачи сигналов, которые соответствуют любой спектральной форме, при условии, что отраженные сигналы обрабатываются для минимизации шума. [6] Получающиеся в результате этого подхода радиолокационные изображения могут содержать полосы частот в пределах рабочей полосы пропускания, как следствие, без каких-либо данных. [7]
Благодаря этим конфигурациям радар SAFIRE способен выполнять сверхширокополосные операции с сопоставимой разрешающей способностью по дальности и проникающей способностью, избегая при этом спектральных зон, перегруженных высоким радиочастотным содержанием. [5] После завершения разработки радар SAFIRE позже подвергся серии полевых испытаний на засушливом армейском полигоне в 2016 и 2017 годах, где ему было поручено обнаружить несколько противотанковых мин, спрятанных по всему полигону и зарытых на разной глубине. [3] [6] По результатам этих экспериментов было показано, что радар SAFIRE способен обнаруживать и отображать наземные мины бортового ориентирования, зарытые в почву на глубину до 8 дюймов. [1]
Характеристики
[ редактировать ]Радар SAFIRE работает в полосе частот от 300 МГц до 2 ГГц с минимальным шагом частоты 1 МГц. [2] Однако размер шага частоты может быть установлен пользователем и обычно определяется скоростью транспортного средства, на котором установлена система. [3] Хотя увеличение полосы пропускания может улучшить разрешение и соотношение сигнал/помехи, разрешение радара SAFIRE было специально выбрано так, чтобы оно было сопоставимо с размерами типичной противопехотной (AP) мины . В радиолокационной системе используется супергетеродинная архитектура, позволяющая дополнительно отделять радиочастотные помехи от принимаемого сигнала в пределах рабочего диапазона радара. Он также был разработан с возможностью гибкого регулирования времени, при котором пользователь может выбирать время включения/выключения передачи и приема с разрешением 8,33 наносекунды. [7]
Антенны
[ редактировать ]Антенны приемника SAFIRE расположены в виде единой линейной решетки, состоящей из 16 антенн Vivaldi с вырезом производства ARL . Две большие четырехгранные рупорные передающие антенны ETS-Lindgen расположены над решеткой и отделены от приемных антенн пеной, поглощающей радар. [1] [7] Радарную систему можно настроить для ориентации вперед или сбоку, но для этого необходимо физически повернуть антенны с вырезом Вивальди. Рупорные антенны ETS-Lindgen, напротив, могут переключаться между вертикальной и горизонтальной поляризацией электронным способом . [3] Благодаря этой конфигурации система SAFIRE получает возможность собирать полностью поляриметрические данные. [6]
Передатчик
[ редактировать ]Передатчик состоит из двух каскадов смешивания, вырабатывающих рабочую частоту путем смешивания трех генерируемых сигналов. После фильтрации рабочая частота проходит через переключатель Tx-Enable, а затем через переключатель Tx-LR, оба из которых изготовлены из готовых коммерческих компонентов. Переключатель Tx-Enable отвечает за управление шириной импульса и рабочим циклом рабочей частоты, а также может отключить передатчик в режиме «только прослушивание». Когда радар SAFIRE не находится в режиме «только прослушивание», сигнал отправляется на переключатель Tx-LR, который используется для переключения между левым и правым передатчиками. Третий переключатель, называемый переключателем Tx-Pol, управляет тем, какой порт поляризации используется после усиления мощности, выполняемого печатной платой (PCB) производства ARL , которая встроена в интегральные схемы AD9249 . [1]
Получатель
[ редактировать ]Приемник отслеживает текущую рабочую частоту во время первой стадии микширования с помощью ступенчатого гетеродина (LO) , который удерживается на постоянном смещении относительно ступенчатой рабочей частоты. Этот первый этап микширования служит для объединения рабочей полосы частот 1700 МГц в узкополосную ПЧ, которая затем усиливается и фильтруется. После усиления сигналы разделяются на четыре канала и подключаются к модулю Rx, который состоит из трех плат и четырех каналов приемника. [1]
Камеры
[ редактировать ]Радар SAFIRE также оснащен двумя электрооптическими (EO) камерами Point Grey Flea 2G HD и двумя длинноволновыми инфракрасными (LWIR) камерами Xenics Gobi 640. Камеры EO имеют разрешение 2448x2048 и частоту кадров 7,5 кадров в секунду, а камеры LWIR работают на расстоянии от 8 до 14 микрометров с чувствительностью 55 мК. [1] Данные, генерируемые этими четырьмя камерами, могут быть наложены на собранные данные радара для создания стереоскопического дисплея дополненной реальности для пользователя, который позволяет ему просматривать все данные датчиков одновременно. [1] [6] Кроме того, эти данные позволяют системе SAFIRE генерировать метрическую реконструкцию сцены с информацией о пространственной протяженности и близости присутствующих объектов. [6] Также планировалось объединить данные с камер EO и LWIR для создания метрических 3D-сканирований окружающей среды с информацией о глубине, цвете, тепловой и радиолокационной информации, чтобы улучшить качество просмотра пользователем. [1]
Датчики положения и движения
[ редактировать ]Приемник GPS и блок инерциальных измерений (IMU) встроены в радар SAFIRE для сбора и определения положения и движений платформы, когда она движется над назначенным транспортным средством. радара Эта информация позволяет системе создавать изображения SAR, используя метод обратного проецирования . [3] [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Фелан, Брайан; Рэнни, Кеннет; Ресслер, Марк; Кларк, Джон; Шербонди, Келли; Киросе, Гетачев; Харрисон, Артур; Галанос, Дэниел; Сапонаро, Филип; Трейбл, Уэйн; Нарайанан, Рам (11 мая 2017 г.). Рэнни, Кеннет I; Дорри, Армин (ред.). «Модернизация системы и оценка характеристик радиолокационной системы с возможностью изменения спектра и реконфигурации с увеличением частоты (SAFIRE)». Технология радиолокационных датчиков XXI . 10188 : 1018812. Бибкод : 2017SPIE10188E..12P . дои : 10.1117/12.2266217 . S2CID 125546077 .
- ^ Jump up to: а б с д Фелан, Брайан; Рэнни, Кеннет; Галлахер, Кайл; Кларк, Джон; Шербонди, Келли; Нарайанан, Рам (23 мая 2017 г.). «Проектирование сверхширокополосного радара со ступенчатой частотой для визуализации скрытых целей». Журнал датчиков IEEE . 17 (14): 4435–4446. Бибкод : 2017ISenJ..17.4435P . дои : 10.1109/JSEN.2017.2707340 . ISSN 1558-1748 . S2CID 12721792 .
- ^ Jump up to: а б с д и Рэнни, Кеннет; Фелан, Брайан; Шербонди, Келли; Гетачью, Киросе; Смит, Грегори; Кларк, Джон; Харрисон, Артур; Ресслер, Марк; Нгуен, Лам; Нараян, Рам (1 мая 2017 г.). Рэнни, Кеннет I; Дорри, Армин (ред.). «Первоначальная обработка и анализ данных прямого и бокового обзора, полученных от радара со спектрально гибкой реконфигурацией с приращением частоты (SAFIRE)». Технология радиолокационных датчиков XXI . 10188 : 101881Дж. Бибкод : 2017SPIE10188E..1JR . дои : 10.1117/12.2266270 . S2CID 126161941 .
- ^ Догару, Траян (март 2019 г.). «Исследование изображений для геопроникающего радара, установленного на небольших беспилотных летательных аппаратах (БПЛА): Часть I - Методология и аналитическая формулировка» (PDF) . Армейская исследовательская лаборатория CCDC .
- ^ Jump up to: а б с «Итоговый отчет: Центр передовых алгоритмов» (PDF) . Центр оборонной технической информации . 19 апреля 2018 г. Архивировано (PDF) из оригинала 4 ноября 2019 г. . Проверено 4 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Нгуен, Лам (4 мая 2018 г.). «Техника обработки сигналов для сред с перегруженными и ограниченными спектральными радиочастотами с использованием сверхширокополосного радара со ступенчатой частотой Исследовательской лаборатории армии США» . В Доэрри, Армин; Рэнни, Кеннет I (ред.). Технология радиолокационных датчиков XXII . Том. 10633. с. 13. Бибкод : 2018SPIE10633E..0EN . дои : 10.1117/12.2305432 . ISBN 9781510617773 . S2CID 64741753 – через цифровую библиотеку SPIE.
- ^ Jump up to: а б с Фелан, Брайан (6 июня 2016 г.). «Теория, проектирование, анализ и реализация перспективного [ sic ] геопроникающего радара с возможностью увеличения частоты (SAFIRE)» . Электронные диссертации и диссертации штата Пенсильвания для аспирантуры . Проверено 4 ноября 2019 г.