RailSAR , также известный как сверхширокополосный Листва Проникновение радиолокаторов с синтезированной апертурой (СШП FOPEN SAR), является направляемыми рельсами, низкочастотный импульсного радар системы , которая может обнаруживать и различать целевые объекты скрыты за листвой. [1] [2] Он был разработан и разработан Исследовательской лабораторией армии США (ARL) в начале 1990-х годов с целью продемонстрировать возможности бортового SAR для проникновения через листву и грунт . [3]Однако, поскольку проведение точных и повторяемых измерений на бортовой платформе было сложным и дорогостоящим, railSAR был построен на крыше четырехэтажного здания в составе исследовательской лаборатории армии вдоль 104-метровой трассы, выровненной с помощью лазера. [1] [4]
В то время railSAR относился к высшей категории СШП радарных систем, работающих в полосе шириной 950 МГц от 40 МГц до 1 ГГц с мощностью импульса 2,5 мегаватт. [1] [3] [4] Он предоставлял полностью поляриметрические радиолокационные данные с высоким разрешением и обладал 185% -ной полосой пропускания по сравнению с другими радиолокационными системами, которые имели менее 25% -ную полосу пропускания. [1] [5]
Применение технологии railSAR варьируется от военного использования, такого как обнаружение наземных мин и неподвижных целей, скрывающихся в целях разведки, до коммерческого использования, включая обнаружение кабелей и труб, измерения уровня нефти и грунтовых вод и восстановление окружающей среды . [6]
Разработка
Разработка railSAR началась в 1988 году в рамках исследовательской программы, направленной на создание технологии, способной обнаруживать цели, замаскированные или скрытые деревьями и листвой. [6] [7] В то время как первые попытки столкнулись со значительными проблемами, достижения в технологии аналого-цифрового (A / D) преобразователя, технологии источников и мощности обработки сигналов позволили исследователям ARL создать реализуемую систему и лучше понять ее листва и грунт проникающий радар. Особое внимание было уделено анализу базовой феноменологии импульсного радара, особенно эффектов распространения целей, помех и целей, находящихся в помехах. [6]
RailSAR имел четыре линейные рупорные ТЕМ-антенны на 200 Ом длиной 4,5 фута, две для передачи и две для приема, установленные на вращающейся непроводящей раме, закрепленной на шарнирной пластине, изготовленной из алюминиевых сот и покрытой безэховой пеной. . Две передающие антенны были линейно поляризованы под углом ± 45 градусов, а две приемные антенны имели малошумящий предусилитель и предохранитель приемника на PIN-диоде . Антенна изначально была разработана Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) . Дополнительные 0,5 метра резистивно нагруженной секции параллельной пластины на излучающем конце антенн улучшили возвратные потери на высоких частотах за счет поглощения некоторой части энергии на открытой апертуре. Передатчик импульса за антенным блоком служил для зарядки антенны, а также для разряда антенны с помощью герконовой капсулы под давлением водорода для формирования передаваемого импульса. [1] [8]
Разработанная ARL система на основе программируемой вентильной матрицы, известная как схема синхронизации и управления (T&C), обеспечивала управляющие сигналы передатчикам и защитным устройствам приемника. Это также служило для эффективного уменьшения помех от других передатчиков, а также для минимизации помех ближайшим приемникам. Два компьютера передали команды GPIB (универсальная интерфейсная шина) двум цифровым осциллографам Tektronix DSA602A для измерения времени между триггером и фронтами аналого-цифрового синхросигнала и сохранения данных на магнитооптических перезаписываемых дисках. Главный компьютер контролировал движение тележки, на которой были установлены антенны. [1] [8]
В 1995 году конструкция railSAR была включена в разработку boomSAR с целью создания мобильной РЛС с высоким соотношением сигнал-шум . [2] [9] К 2016 году railSAR был перемещен с крыши здания в закрытый объект и был несколько уменьшен в весе и модернизирован. [10]
Операция
В общем, радиолокационные системы более эффективно проникают в листву и грунт с более низкими частотами , потому что более длинные волны могут проникать в непрозрачные структуры глубже, чем более короткие волны. [11] [12] Но в обмен на большую проникающую способность более низкие частоты обеспечивают более низкое разрешение изображения . [11]
Сверхширокополосный радар способен преодолеть это ограничение в разрешающей способности, передавая чрезвычайно узкие импульсы, следовательно, «импульс», чтобы получить достаточно широкую полосу пропускания. [13] [14] [15] Однако за короткое время импульса приходится платить пиковой мощностью, настолько, что пиковая мощность на частоту падает ниже порога частотно-избирательных приемников. [16] В то время как низкая мощность затрудняет обнаружение сигнала перехватчиками, недостаток этого компромисса проявляется в значительном увеличении стоимости обработки. [15] [17] Чтобы надежно принимать СШП-сигнал при такой низкой мощности на частоте, СШП-радарная система должна либо открываться для шума с использованием приемника с высокой частотой дискретизации , либо включать среднее значение сигнала, которое снижает скорость передачи данных, или увеличить мощность передачи сигнала до высокой, что создает помехи для других приемников. [16] Кроме того, более широкая полоса пропускания может увеличить вероятность ложных тревог. [15]
Однако сочетание низкой частоты и высокого разрешения, присутствующее в радарах СШП, оказалось чрезвычайно желательным для проникновения в листву и грунт, в которых увеличенная полоса пропускания представляла явное преимущество по сравнению с ее стоимостью. [15] Стремясь достичь необходимых частот для адекватного проникновения при одновременном уравновешивании затрат на обработку, связанных со сверхшироким диапазоном, railSAR был разработан для идентификации скоплений мин на очень больших площадях, а не для обнаружения каждой отдельной мины, скрытой в почве и листве. [9]
RailSAR был первоначально построен так, чтобы смотреть на север над северной парковкой комплекса ARL в качестве целевой области, которая была в основном населена лиственными деревьями . [1] Радиолокационной системе требовалось около 80 часов для сбора одной полной апертуры полностью поляриметрических данных с высоким разрешением. Его пиковая мощность составляла 500 кВт с частотой следования импульсов 40 Гц, а средняя передаваемая мощность составляла около 20 мВт. Создание радиолокационного изображения требовало от railSAR ограничения обработки Фурье очень маленькими участками в области изображения. [4]
Несмотря на использование низкочастотных сигналов, railSAR был способен достигать высокого разрешения, перемещаясь по рельсу, а также передавая и получая обратные сигналы в направлении, перпендикулярном линии движения по рельсу. [6] Во время тестов анализа производительности railSAR достиг вероятности распознавания 90 процентов при относительно низком уровне ложных срабатываний. Более внимательный осмотр показал, что отдельные ложные срабатывания обычно вызываются объектами на изображениях, а не случайным шумом. [4]
Смотрите также
- Сверхширокополосный
- BoomSAR
- SIRE радар
- SAFIRE радар
Рекомендации
- ^ Б с д е е г Маккоркл, Джон (15 ноября 1993 г.). «Первые результаты SAR сверхширокополосного проникновения через листву», проведенного Армейской исследовательской лабораторией. Визуализация и обнаружение подземных и скрытых объектов . 1942 : 88. Bibcode : 1993SPIE. 1942 ... 88M . DOI : 10.1117 / 12.160352 . S2CID 123322305 .
- ^ а б Ресслер, Марк (31 мая 1996 г.). «Армейская исследовательская лаборатория сверхширокополосного БумСАР». ИГАРСС '96. 1996 Международный симпозиум по геонаукам и дистанционному зондированию . 3 : 1886–1888. DOI : 10.1109 / IGARSS.1996.516828 . ISBN 0-7803-3068-4. S2CID 62582116 .
- ^ а б Петерсон, Джон; Арредондо, Руби; Чао, Тянь-Синь; Фридман, Гэри; Лабау, Клейтон; Лам, Барбара; Мойнихан, Филипп; Тапман, Джек (1 марта 1995 г.). «Оценка сенсорных технологий для обнаружения и определения местоположения боеприпасов и взрывоопасных отходов» (PDF) . Центр оборонной технической информации . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ а б в г Сабио, Винсент (август 1994). «Распознавание целей на сверхширокополосных изображениях SAR» (PDF) . Центр оборонной технической информации . ARL-TR-378 . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ Миллер, Тимоти; Поттер, Ли; МакКоркл, Джон (октябрь 1997 г.). «Подавление радиопомех для сверхширокополосного радара». IEEE Transactions по аэрокосмическим и электронным системам . 33 (4): 1142–1156. Bibcode : 1997ITAES..33.1142M . DOI : 10.1109 / 7.625096 . ISSN 1557-9603 . S2CID 35421145 .
- ^ а б в г Ресслер, Марк; Хэпп, Линн; Нгуен, Лам; Тон, Туан; Беннетт, Мэтью (8 мая 1995 г.). «Ультра-широкий диапазон научно - исследовательская лаборатория армии Testbed радаров» . Труды Международной радиолокационной конференции : 686–691. DOI : 10.1109 / RADAR.1995.522632 . ISBN 0-7803-2121-9. S2CID 110186067 .
- ^ Ковель, Стивен; Брэнд, Джон (январь 1995 г.). «Исследовательская поддержка лаборатории боевых глубин и одновременных атак» (PDF) . Центр оборонной технической информации . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ а б Ресслер, Марк; Маккоркл, Джон (1995). "Эволюция сверхширокополосного испытательного стенда армии исследовательской лаборатории" . В Карин, Лоуренс; Фельсон, Леопольд (ред.). Сверхширокополосный короткоимпульсный электромагнетизм 2 . Берлин, Германия: Springer Science & Business Media. С. 109–123. ISBN 978-1489913968.
- ^ а б 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. S2CID 130366913 .
- ^ Ранни, Кеннет; Фелан, Брайан; Шербонди, Келли (12 мая 2016 г.). Ранни, Кеннет I; Дорри, Армин (ред.). «Полностью поляриметрические данные от ARL RailSAR». Радарная сенсорная технология XX . 9829 : 98291R. Bibcode : 2016SPIE.9829E..1RR . DOI : 10.1117 / 12.2228851 . S2CID 124419915 .
- ^ а б Вольф, Кристиан. «Наземный радар» . radartutorial.eu . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ Подест, Эрика (29 ноября 2017 г.). "Основы радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR)" (PDF) . ARSET . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ Паулоза, Авраам (июнь 1994 г.). «Высокое разрешение диапазона радиолокатора со ступенчатой частотой колебаний сигнала» (PDF) . Центр оборонной технической информации . ADA284611 . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ Френзель, Луи (11 ноября 2002 г.). «Сверхширокополосная беспроводная связь: не такая уж новая технология становится самостоятельной» . Электронный дизайн . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ а б в г Фаулер, Чарльз; Энцмингер, Джон; Корум, Джеймс (ноябрь 1990 г.). «Отчет: Оценка технологии сверхширокополосной связи (СШП)» (PDF) . СБИС штата Вирджиния для телекоммуникаций . Проверено 1 ноября 2019 года .
- ^ а б Барретт, Теренс (июль 2000 г.). "История сверхширокополосных (СШП) радаров и средств связи: пионеры и новаторы" . Симпозиум "Прогресс в электромагнетизме" . S2CID 15576832 - через Semantic Scholar.
- ^ Маккоркл, Джон (1 марта 2002 г.). "Почему такой шум из-за сверхширокополосной связи?" . Электротехнические времена . Проверено 1 ноября 2019 года .