BoomSAR представляет собой мобильный сверхширокополосный РЛС с синтезированной апертурой системы (СШП РСА) разработан лабораторией армии США исследований (ARL) в середине 1990-х года , чтобы обнаружить зарытые мины и СВУ . Устанавливаемая на 45-метровую телескопическую стрелу на устойчиво движущемся транспортном средстве, boomSAR передает низкочастотные (от 50 до 1100 МГц) короткоимпульсные СШП-сигналы через борт транспортного средства, чтобы охватить 300-метровую зону, начиная с 50 метров от объекта. основание стрелы. [1] [2] Он движется со скоростью примерно 1 км / час и требует относительно ровной дороги, достаточно широкой, чтобы вместить его основание шириной 18 футов. [3]
Характеристики
BoomSAR - это полностью поляриметрическая система, которая передает и принимает низкочастотные сигналы с полезной полосой пропускания более 1 гигагерца , охватывая спектр от примерно 40 МГц до 1 ГГц. [4] [5] Подсистемы РЛС испытательного стенда состоят из антенны, передатчика, аналого-цифрового (A / D) преобразователя , процессора / системы хранения данных, узла синхронизации и управления, подсистемы MOCOMP и операторский интерфейс компьютера. [5] Многие из этих компонентов являются модульными по своей природе, что упрощает модификацию и модернизацию, и были созданы с использованием готовой коммерческой технологии (COTS) для снижения затрат. [5] [6]
Платформа стрелы
Подъемная платформа стрелы для стрелыSAR представляет собой телескопическое подъемное устройство высотой 150 футов с корзиной, которая может перемещаться в осевом и радиальном направлении и способна выдерживать грузоподъемность от 500 до 1000 фунтов в зависимости от положения телескопических стрел. Созданный компанией JLG Inc, он обладает уникальной способностью перемещаться по базе при выдвинутой стреле, что позволяет BoomSAR проводить сбор данных с использованием моделируемой воздушной геометрии. [5] [6] Углы обзора цели обычно варьируются от 45 градусов до 10 градусов в зависимости от дальности до цели и высоты стрелы. [4]
Антенны
BoomSAR использует две передающие и две приемные антенны для обеспечения полной матрицы поляризации (HH, HV, VH, VV) в квазимоностатическом смысле. [4] Все четыре антенны имеют мощность 200 Вт, открытые, рупорные ТЕМ-антенны с резистивной оконечной нагрузкой, длиной около двух метров и апертурой 0,3 метра. [2] [4] Поскольку подсистемы были разработаны специально для низкочастотного СШП SAR, рупорные антенны ТЕМ имеют ширину луча, превышающую 90 градусов, и оснащены мощным широкополосным симметрирующим устройством, которое может обрабатывать Пиковый импульс импульсного передатчика мощностью 2 МВт. [2] [5] Согласно более поздним данным, эта комбинация антенны / балуна способна передавать СШП-сигнал с короткими импульсами с полосой пропускания от 40 МГц до более 2000 МГц с частотой повторения импульсов до 1 кГц через четыре рупора ТЕМ. антенны. [1] [2]
Система компенсации движения (MOCOMP)
Система boomSAR MOCOMP состоит из компьютера и геодиметра , который учитывает компенсацию движения и позиционирование радара в трехмерном пространстве. Геодиметр состоит из роботизированного теодолита для лазерной локации, установленного на одном конце апертуры, светоотражателя, установленного на платформе подъемника 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 световозвращателя и измеряет его дальность действия. Положение световозвращателя затем передается в блок управления геодиметром по радиоканалу FM, обновляемому с частотой 2,5 Гц. Затем блок управления переходит к передаче информации о местоположении в компьютер MOCOMP. [5]
Система обработки
Система обработки опирается на каркас для карт VME с хостом Sun SPARC 5 и восемь процессоров массива CSPI Supercard на базе Intel i860 для получения вычислительной мощности, необходимой для предположения, фильтрации и обратного проецирования профилей диапазона для формирования изображения SAR. Обработка изображений для boomSAR происходит в поле сразу после сбора данных. Чтобы приспособить очень широкую полосу пропускания boomSAR для передачи данных и возможностей параллельной обработки, ученые из Исследовательской лаборатории армии США исследовали использование параллельных процессоров Mercury. [7]
Аналого-цифровой преобразователь
Подсистема аналого-цифрового преобразования состоит из пары Tektronix / Analytek VX2005C, аналого-цифровых преобразователей со скоростью 2 ГГц / сек и стабильной опорной частоты. Он действует как широкополосный приемник для радара и уникальным образом способен обеспечивать разницу во времени между тактовой частотой дискретизации и событием запуска с разрешением 10 пс. [4]
Характерная черта | BoomSAR |
---|---|
Время сбора данных / апертура | 1,0 км / час |
Мощность | 2 МВт пик |
PRF | 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 аналого-цифровых данных | 10 МБ / с |
Система компенсации движения | Встроенные данные |
Разработка
BoomSAR возник как продолжение railSAR , UWB SAR-системы с рельсовыми направляющими, построенной на крыше здания ARL. После того, как railSAR показал многообещающие результаты полевых испытаний на ранней листве и проникновении в грунт, были составлены планы по переносу 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 обеспечил рентабельный метод определения верхней границы характеристик для этого подхода к радару посредством точно контролируемых и повторяемых экспериментов. [3] [8]
В 1999 г. ARL сотрудничал с исследователями из академических кругов и промышленности для разработки алгоритмов моделирования и обработки данных boomSAR. К ним относятся модели метода моментов (MoM) и быстрого многополюсного метода (FMM) , которые способствовали разработке алгоритмов автоматического распознавания целей для систем проникновения. [9] [10]
Позже технология boomSAR была перепрофилирована Исследовательской лабораторией армии США для разработки радара с синхронной импульсной реконструкцией (SIRE) , который устанавливал систему SAR на вездеход без подъемника стрелы. [7] [11]
Тестирование
Абердинский испытательный полигон
В 1995 году на Абердинском испытательном полигоне (APG) в Мэриленде были проведены первые испытания по сбору данных для boomSAR с целью проверки его способности проникать в листву и грунт. На полигоне были лиственные леса разной плотности, а также прямые и извилистые дороги через листву, которые могли выдержать ширину подъемника. Во время испытаний канонические цели и тактические цели были спрятаны в лесу или закопаны в почву для обнаружения BoomSAR. Канонические цели включали диполи, трехгранные и двугранные цели, предназначенные для проверки как калибровки радара, так и характеристик, в то время как тактические цели состояли из коммерческих грузовых автомобилей и HMMWV, размещенных вокруг площадки. [6]
Данные, собранные в ходе испытания APG, позже были использованы для изучения методов отличия транспортных средств от фонового шума. Аналитики определили, что деревья и транспортные средства имеют разные частотные характеристики и что разница в характеристиках может помочь в автоматической обработке распознавания целей. [12]
Испытательный полигон Юма
В конце 1990-х годов были проведены две отдельные работы по сбору данных на испытательном полигоне Юма в Аризоне и на базе ВВС Эглин во Флориде в рамках исследовательской инициативы, спонсируемой Программой стратегических исследований и разработок в области окружающей среды (SERDP), для улучшения обнаружения неразорвавшихся мин . [1] [3] [8]
На испытательном полигоне Юма испытания проводились на испытательном полигоне Стального кратера, который частично перекрывался с соседней зоной падения Филлипса и разделял территорию на две части. Участок, перекрывающий зону падения Филлипса, представлял собой почти однородный слой почвы и был практически свободен от растительности из-за того, что почва была перевернута на глубину около 2 футов. В отличие от вспаханного участка естественный участок сохранился относительно нетронутым. [5] Во время испытания на вспаханной секции было закопано более 600 инертных целей, таких как артиллерийские снаряды, ракеты, минометные снаряды, суббоеприпасы, бомбы и мины (противотанковые мины М-20 и мины Валмара 69 ), а также ложные цели, такие как магнитные камни, норы животных и банки с газировкой. Эти инертные цели были закопаны на разной глубине (от поверхности до 2 метров) и под углами входа (от 0 до 90 градусов), чтобы обеспечить всестороннюю оценку характеристик стрелы SAR. С другой стороны, естественная секция преимущественно включала тактические цели, такие как транспортные средства, хотя в ней также были спрятаны некоторые мины, провода и трубы. Перед BoomSAR была поставлена задача обнаруживать цели во время движения по близлежащей Коррал-роуд. [3] [5]
По результатам испытаний, мины М-20 были видны в обоих диапазонах частот, когда они были размещены близко к поверхности, мины, которые были глубоко закопаны, 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. Исходя из этих данных, исследователи пришли к выводу, что бумSAR лучше подходит для использования более низких частот для обнаружения глубоко закопанных мин М-20 и более высоких частот для обнаружения гораздо меньших шахт Валмара. [5]
Смотрите также
- Сверхширокополосный
- RailSAR
- SIRE радар
- SAFIRE радар
Рекомендации
- ^ a b c Моколе, Эрик; Хансен, Пит (2010). «Обзор сверхширокополосного радара» . В Сабате, Фрэнк; Моколе, Эрик; Шенк, Уве; Нитч, Дэниел (ред.). Сверхширокополосный короткоимпульсный электромагнетизм 7 . Берлин, Германия: Springer Science & Business Media. С. 571–585. DOI : 10.1007 / 978-0-387-37731-5 . ISBN 978-0387-37728-5.
- ^ а б в г д Ресслер, Марк (31 мая 1996 г.). "Армейская исследовательская лаборатория сверхширокополосного БумСАР". 1996 Международный симпозиум по геонаукам и дистанционному зондированию . 3 : 1886–1888. DOI : 10.1109 / IGARSS.1996.516828 . ISBN 0-7803-3068-4.
- ^ а б в г 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 устранения мин и миноподобных целей III . 3392 : 668–677. Bibcode : 1998SPIE.3392..668D . DOI : 10.1117 / 12.324239 .
- ^ а б в г д Карин, Лоуренс; Гэн, Норберт; МакКлюр, Марк; Сичина, Джеффри; Нгуен, Лам (14 июня 1999 г.). «Сверхширокополосный радар с синтезированной апертурой для обнаружения минных полей». Сверхширокополосный короткоимпульсный электромагнетизм 4 . 41 (1): 433–441. Bibcode : 1999IAPM ... 41 ... 18С . DOI : 10.1109 / UWBSP.1998.818978 . ISBN 0-306-46206-0.
- ^ Б с д е е г ч я J Хэпп, Линн; Ле, Фрэнсис; Ресслер, Марк; Каппра, Карл (17 июня 1996 г.). «Низкочастотный сверхширокополосный радар с синтезированной апертурой: поддиапазоны частот для целей, скрытых от земли». Радиолокационная сенсорная технология . 2747 : 194–201. Bibcode : 1996SPIE.2747..194H . DOI : 10.1117 / 12.243078 .
- ^ а б в Хэпп, Линн; Каппра, Карл; Ресслер, Марк; Сичина, Джеффри; Стерджесс, Кейт; Ле, Фрэнсис (13 мая 1996 г.). "Низкочастотный сверхширокополосный радар с синтезированной апертурой, 1995 Испытания BoomSAR" . Труды Национальной радиолокационной конференции IEEE 1996 г . : 54–59. DOI : 10,1109 / NRC.1996.510656 . ISBN 0-7803-3145-1.
- ^ а б Чжан, Тяньи; Рен, Цзяин; Ли, Цзянь; Грин, Дэвид; Джонстон, Джереми; Нгуен, Лам (2019). «Снижение радиочастотных помех на основе методов компрессионного зондирования для получения изображений с помощью радара СШП» . В Майо, Антонио; Эльдар, Йонина; Хаимович, Александр (ред.). Сжатое зондирование в обработке радиолокационных сигналов . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С. 72–103. ISBN 9781108552653.
- ^ а б Ресслер, Марк. «Низкочастотный сверхширокополосный радар с синетической апертурой (SAR) для дистанционного обнаружения неразорвавшихся боеприпасов» . SERDP . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ Карин, Лоуренс (23 декабря 1999 г.). «СШП SAR для идентификации подземных целей» (PDF) . Центр оборонной технической информации . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ "Радар с синтезированной апертурой для проникновения в листву и почву" . Герцог Электротехника и вычислительная техника . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ Нгуен, Лам (29 апреля 2009 г.). Ранни, Кеннет I; Дорри, Армин В. (ред.). «Метод визуализации SAR для уменьшения боковых лепестков и шума». Радиолокационная сенсорная технология XIII . 7308 : 73080U. Bibcode : 2009SPIE.7308E..0UN . DOI : 10.1117 / 12.820480 .
- ^ Тейлор, Джеймс (2000). Технология сверхширокополосного радара . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. С. 350–365. ISBN 9780849342677.