|
|
|
РАДАРЫМикромощные импульсные радары В 1993 году в Lawrence Livermore National Laboratory был разработан микромощный импульсный радар (МИР), который является недорогим бесконтактным детектором расстояния до объекта. Принцип действия МИР напоминает принцип действия обычных импульсных радарных систем, но между ними есть несколько существенных отличий. В состав МИР (рис. 7.42) входит генератор белого шума, выходной сигнал того запускает импульсный генератор. Импульсный генератор вырабатывает очень короткие импульсы со средней частотой 2МГц+20%. Каждый импульс имеет фиксированную длительность т, а появляются они в произвольные моменты времени. По отношению друг к другу эти импульсы расположены произвольным образом, но в соответствии с гауссовс-ким распределением шума. Таким образом, приемник получает сигнал только в строго заданном интервале времени. Процесс импульсного управления приемником позволяет значительно снизить потребляемую мощность. Принятые отраженные импульсы демодулиру-ются (восстанавливается прямоугольная форма сигнала). После чего определяется временная задержка между переданным и принятым сигналами. Эта временная задержка пропорциональна расстоянию D от антенны до объекта, от того принятые волны отразились: t=2D/c, где с — скорость света.
Рис. 7.42. Блок-схема микромощного радара (А) и его
временная диаграмма (Б)
Несущая частота (центральная частота) радиопередатчика обычно равна либо 1.95, либо 6.5 ГГц. Из-за того, что модуляционные импульсы имеют очень короткую длительность, частотная полоса излучаемых сигналов очень широкая — порядка 500 МГц (для 1.95 ГГц несущей). Пространственное распределение переданной энергии определяется типом антенны. Для дипольной антенны зона перекрытия составляет почти 360°, но, используя различные типы рупоров, рефлекторов и линз, можно получить практически любую форму области распространения. Благодаря случайной модуляции генератора импульсов, широкой полосе пропускания и низкой спектральной плотности передаваемого сигнала, сигналы МИРа практически невозможно подавить радиоэлектронными методами, но при этом сам он остается незаметным для других, поскольку его излучение, принятое несинхронизированными приемниками воспринимается как белый тепловой шум. Средний рабочий цикл передаваемых импульсов относительно мал (< 1 %). Шанс пересечения передаваемых сигналов от разных МИР очень мал. Даже если это произойдет, схема осреднения значительно снизит уровень помех. Для определения временной задержки, как правило, усредняется порядка 10 000 полученных импульсов. Другим достоинством МИР является их низкая стоимость и очень низкая потребляемая мощность радиоприемника — около 12 мкВт. Потребляемая мощность всей системы обычно составляет 50 мкВт. Две алкалиновых батарейки АА могут питать такой радар в течение нескольких лет. МИР применяются в измерителях расстояний (рис. 7.43), в детекторах обнаружения, в датчиках уровня, в автоматизированных системах, роботах, медицинских инструментах, системах вооружения и даже в игрушках. Радар для зондирования грунта Высокочастотные радары для зондирования грунта (РЗГ) применяются в гражданском строительстве, археологии, криминалистике и т.д. Интервалы времени между двумя соседними импульсами лежат в пределах 200...625 не. Можно сказать, что в МИРе происходит частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) сигнала белым шумом с максимальной глубиной модуляции 20%. В свою очередь, прямоугольные импульсы генератора модулируют амплитуду сигнала радиопередатчика. Амплитудная модуляция (AM) сигнала передатчика имеет 100% глубину. Это означает, что радиопередатчик от импульсов то включается, то выключается. Такая двухступенчатая модуляция называется модуляцией ЧИМ-АМ. Радиопередатчик вырабатывает высокочастотный радиосигнал, состоящий из коротких пачек импульсов, которые через антенну передаются в окружающую среду. Электромагнитные волны отражаются от объекта и возвращаются обратно на радар. Тот же самый импульсный генератор, который модулирует сигнал передатчика, управляет и радиоприемником (с определенной задержкой по времени). Принцип действия таких радаров довольно классический: они посылают радиоволны и принимают отраженные сигналы. Временная задержка между переданными и принятыми сигналами и есть величина, пропорциональная расстоянию до отражающей поверхности. Если радары, работающие в воздушной среде, измеряют расстояния до нескольких тысяч километров, рабочий диапазон РЗГ составляет, в лучшем случае, несколько сотен метров. радары для зондирования грунта работают в интервале частот 500 МГц... 1.5 ГГц Noggin System, Sensors&Software, Inc, Canada. Радиоволны не могут проникать глубоко в почву, камни, а также в большинство материалов, сделанных людьми, к примеру, бетон. 
Рис. 7.44. А — затухание радиоволн в разных материалах. Коэффициент ослабления зависит от типа материала и рабочей частоты сигнала. На
низких частотах (< 1МГц) затухание сигнала, в основном, определяется
электропроводностью среды, а на высоких частотах (МООО МГц) — поглощением
энергии молекулами воды. Б — затухание сигнала ограничивает глубину
исследования грунта, по мере проникновения вглубь среды мощность потерь
увеличивается экспоненциально.
Рис. 7.45. А — максимальная глубина проникновения
радиосигналов для разных материалов, Б — графическое представление исследуемого
слоя, расположенного в мокром песке
Коэффициент экспоненциального ослабления сигнала а, как правило, определяется по электропроводности материала. В простых однородных материалах такое затухание сигнала является доминирующим фактором. В большинстве материалов энергия сигнала также теряется из-за наличия в них неоднородностей разного типа и воды. Влияние воды сказывается двумя путями: во-первых, в ней содержатся ионы, которые меняют объемную проводимость среды; во-вторых, молекулы воды на частотах выше 1000 МГц поглощают электромагнитную энергию. На рис. 7.44 отображено изменение коэффициента ослабления от частоты возбуждающего сигнала и типа материала. В сухих материалах коэффициент ослабления наименьший и, следовательно, наибольшая глубина проникновения радиосигнала (рис. 7.45А). На рис. 7.45Б отображен пример картинки на мониторе радара, полученной в процессе исследования грунта. Снижение частоты позволяет увеличить глубину проникновения в грунт, поскольку коэффициент ослабление сигнала сильно зависит от частоты. Но при уменьшении частоты всплывают две других особенности ЗГР. Во-первых, снижение частоты приводит к падению разрешающей способности. Во-вторых, при очень низкой частоте электромагнитные поля распространяются, в основном, диффузионным способом, и здесь уже больше подходят методы измерений электромагнитной индукции и вихревых токов. .
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
