RailSAR - RailSAR - Wikipedia

В railSAR, также известный как сверхширокополосный Проникновение в листву Радар с синтезированной апертурой (UWB FOPEN SAR), рельсовый, Низкая частота импульсная радиолокационная система, способная обнаруживать и распознавать скрытые за листвой целевые объекты.[1][2] Он был разработан и разработан Исследовательская лаборатория армии США (ARL) в начале 1990-х годов с целью демонстрации возможностей бортового SAR для листвы и проникновение в грунт.[3] Однако, поскольку проведение точных, 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 лазером.[1][4]

В то время railSAR попал в высшую категорию UWB радарные системы, работающие в полосе шириной 950 МГц от 40 МГц до 1 ГГц с мощностью импульса 2,5 мегаватт.[1][3][4] Он полностью обеспечил поляриметрический, данные радара с высоким разрешением и обладали 185% -ной полосой пропускания по сравнению с другими радиолокационными системами, у которых была полоса пропускания менее 25%.[1][5]

Применения технологии railSAR варьируются от военных целей, таких как обнаружение наземные мины и неподвижные цели в укрытии разведка для коммерческого использования, включая обнаружение кабелей и труб, измерения уровня нефти и грунтовых вод, а также 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] Хотя первые попытки столкнулись с серьезными проблемами, успехи в аналого-цифровой (A / D) преобразователь технологии, исходные технологии и обработка сигналов Мощность позволила исследователям ARL создать реализуемую систему и лучше понять листву и почвенный радар. Особое внимание уделялось 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 футов, две для передачи и две для приема, установленные на вращающейся непроводящей раме, закрепленной на шарнирной пластине, изготовленной из алюминиевые соты и покрыт безэховой пеной. Две передающие антенны были линейно поляризованы под углом ± 45 градусов, а две приемные антенны имели низкий уровень шума. предусилитель и PIN-диод протектор ресивера. Конструкция антенны была первоначально разработана Национальный институт стандартов и технологий (NIST). Дополнительные 0,5 метра резистивно нагруженной секции параллельной пластины на излучающем конце антенн улучшили возвратные потери на высоких частотах, поглощая часть 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]

Программируемый ворота Система, известная как схема синхронизации и управления (T&C), подает управляющие сигналы на передатчики и устройства защиты приемника. Это также служило для эффективного уменьшения помех от других передатчиков, а также для минимизации помех ближайшим приемникам. Два компьютера передали команды GPIB (General Purpose Interface Bus) двум цифровым Tektronix DSA602A. осциллографы 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 бумSAR в стремлении создать мобильный, высокий Сигнал к шуму радар.[2][9] К 2016 году railSAR был перемещен с крыши здания в закрытый объект и был подвергнут нескольким снижениям веса и модернизации.[10]

Операция

В целом, радиолокационные системы более эффективно проникают в листву и почву с меньшими затратами. частоты, потому что дольше длины волн может проникать в непрозрачные структуры глубже, чем более короткие волны.[11][12] Но в обмен на большую проникающую способность более низкие частоты обеспечивают более низкую 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, так 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 высокого частота выборки Приемник включает средний сигнал, который снижает скорость передачи данных, или увеличивает мощность передачи сигнала до высокой, что создает помехи для других приемников.[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 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 выявления 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 стоянкой комплекса ARL в качестве целевой области, которая в основном была населена лиственные деревья.[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 частота следования импульсов 40 Гц, а средняя передаваемая мощность около 20 мВт. Для создания радиолокационного изображения требуется, чтобы railSAR ограничил обработку Фурье очень маленькими участками в области изображения.[4]

Несмотря на использование низкочастотных сигналов, railSAR был способен достигать высокого разрешения, перемещаясь по рельсу и передавая и получая обратные сигналы в направлении, перпендикулярном линии движения вдоль рельса.[6] Во время анализов производительности railSAR достиг вероятности распознавания 90 процентов при относительно низком уровне ложных тревог. При более внимательном рассмотрении выяснилось, что отдельные ложные тревоги обычно вызываются объектами на изображениях, а не случайным шумом.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Маккоркл, Джон (15 ноября 1993 г.). «Первые результаты SAR сверхширокополосного проникновения через листву», проведенного Армейской исследовательской лабораторией. Визуализация и обнаружение подземных и затемненных объектов. 1942: 88. Bibcode:1993СПИ. 1942 ... 88М. Дои:10.1117/12.160352. S2CID  123322305.
  2. ^ а б Ресслер, Марк (31 мая 1996 г.). «Армейская исследовательская лаборатория сверхширокополосного BoomSAR». ИГАРСС '96. 1996 Международный симпозиум по геонаукам и дистанционному зондированию. 3: 1886–1888. Дои:10.1109 / IGARSS.1996.516828. ISBN  0-7803-3068-4. S2CID  62582116.
  3. ^ 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. Получено 1 ноября, 2019.
  4. ^ а б c d Сабио, Винсент (август 1994). «Распознавание целей на сверхширокополосных изображениях РСА» (PDF). Центр оборонной технической информации. ARL-TR-378. Получено 1 ноября, 2019.
  5. ^ Миллер, Тимоти; Поттер, Ли; МакКоркл, Джон (октябрь 1997 г.). «Подавление RFI для сверхширокополосного радара». IEEE Transactions по аэрокосмическим и электронным системам. 33 (4): 1142–1156. Bibcode:1997ITAES..33.1142M. Дои:10.1109/7.625096. ISSN  1557-9603. S2CID  35421145.
  6. ^ а б c d Ресслер, Марк; Хэпп, Линн; Нгуен, Лам; Тон, Туан; Беннет, Мэтью (8 мая 1995 г.). «Стендовые радары сверхширокополосной лаборатории Армейской исследовательской лаборатории». Труды Международной радиолокационной конференции: 686–691. Дои:10.1109 / RADAR.1995.522632. ISBN  0-7803-2121-9. S2CID  110186067.
  7. ^ Ковель, Стивен; Бренд, Джон (январь 1995 г.). «Исследовательская поддержка боевой лаборатории глубины и одновременной атаки» (PDF). Центр оборонной технической информации. Получено 1 ноября, 2019.
  8. ^ а б Ресслер, Марк; Маккоркл, Джон (1995). "Эволюция сверхширокополосного испытательного стенда для исследовательской лаборатории армии". В Карин, Лоуренс; Фелсон, Леопольд (ред.). Сверхширокополосный короткоимпульсный электромагнетизм 2. Берлин, Германия: Springer Science & Business Media. С. 109–123. ISBN  978-1489913968.
  9. ^ 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:1999 ИАПП ... 41 ... 18C. Дои:10.1109 / UWBSP.1998.818978. ISBN  0-306-46206-0. S2CID  130366913.
  10. ^ Ранни, Кеннет; Фелан, Брайан; Шербонди, Келли (12 мая 2016 г.). Ранни, Кеннет I; Дорри, Армин (ред.). «Полностью поляриметрические данные от ARL RailSAR». Технология радарных датчиков XX. 9829: 98291R. Bibcode:2016SPIE.9829E..1RR. Дои:10.1117/12.2228851. S2CID  124419915.
  11. ^ а б Вольф, Кристиан. «Радиолокационная станция дальнего обнаружения». radartutorial.eu. Получено 1 ноября, 2019.
  12. ^ Подест, Эрика (29 ноября 2017 г.). «Основы радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR)» (PDF). ARSET. Получено 1 ноября, 2019.
  13. ^ Паулоза, Авраам (июнь 1994 г.). "Высокое разрешение диапазона радиолокатора с формой волны ступенчатой ​​частоты" (PDF). Центр оборонной технической информации. ADA284611. Получено 1 ноября, 2019.
  14. ^ Френзель, Луи (11 ноября 2002 г.). «Сверхширокополосная беспроводная связь: не такая уж новая технология становится самостоятельной». Электронный дизайн. Получено 1 ноября, 2019.
  15. ^ а б c d Фаулер, Чарльз; Энцмингер, Джон; Корум, Джеймс (ноябрь 1990 г.). «Отчет: Оценка технологии сверхширокополосной связи (СШП)» (PDF). СБИС штата Вирджиния для телекоммуникаций. Получено 1 ноября, 2019.
  16. ^ а б Барретт, Теренс (июль 2000 г.). "История сверхширокополосных (UWB) радаров и средств связи: пионеры и новаторы". Симпозиум "Прогресс в области электромагнетизма". S2CID  15576832 - через Semantic Scholar.
  17. ^ Маккоркл, Джон (1 марта 2002 г.). "Почему такой шум по поводу сверхширокополосной связи?". Электротехнические времена. Получено 1 ноября, 2019.