RU2111506C1 - Device for remote measurement of reflecting properties of complex-form objects in shf range of radio waves - Google Patents
Device for remote measurement of reflecting properties of complex-form objects in shf range of radio waves Download PDFInfo
- Publication number
- RU2111506C1 RU2111506C1 RU97103814A RU97103814A RU2111506C1 RU 2111506 C1 RU2111506 C1 RU 2111506C1 RU 97103814 A RU97103814 A RU 97103814A RU 97103814 A RU97103814 A RU 97103814A RU 2111506 C1 RU2111506 C1 RU 2111506C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- transceiver antenna
- radar absorbing
- antenna
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 5
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может быть использовано для дистанционного измерения радиотехнических характеристик материалов и объектов сложной формы (например, определение коэффициента отражения или радиолокационной эффективной площади рассеяния (ЭПР), получение радиопортрета объекта). Кроме того, изобретение может найти применение в дефектоскопии, в сельском хозяйстве для определения влажности почвы, толщины льда или снежного покрова на участках земли ограниченных размеров. The invention relates to radio engineering, in particular to radar, and can be used for remote measurement of the radio characteristics of materials and objects of complex shape (for example, determining the reflection coefficient or radar effective scattering area (EPR), obtaining a radio portrait of an object). In addition, the invention can find application in flaw detection, in agriculture for determining soil moisture, ice thickness or snow cover on land of limited size.
Известные устройства, аналогичные заявленному, основаны на принципе измерения коэффициента отражения или поглощения электромагнитной энергии в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне радиоволн. Known devices similar to the claimed are based on the principle of measuring the reflection coefficient or absorption of electromagnetic energy in the microwave (microwave) range of radio waves.
Например, устройство для измерения параметров материалов содержит СВЧ-генератор, направленный ответвитель, к первому выходу которого подключен циркулятор, а к второму выходу - первый смеситель. К второму плечу циркулятора подключена первая (приемопередающая) антенна, к третьему плечу - второй смеситель. Второй вход первого смесителя соединен с второй (приемной) антенной, а к его выходу подключены последовательно включенные первый детектор, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго детектора, подключенного к выходу второго смесителя. К выходу блока сравнения подключен индикатор. Устройство содержит также привод, осуществляющий перемещение исследуемого материала в направлении, перпендикулярном нормали к его поверхности. For example, a device for measuring the parameters of materials contains a microwave generator, a directional coupler, to the first output of which a circulator is connected, and a first mixer to the second output. The first (transceiver) antenna is connected to the second arm of the circulator, and the second mixer is connected to the third arm. The second input of the first mixer is connected to the second (receiving) antenna, and the first detector, a comparison unit, the second input of which is connected to the output of the second detector connected to the output of the second mixer, is connected in series to its output. An indicator is connected to the output of the comparison unit. The device also contains a drive that carries out the movement of the test material in a direction perpendicular to the normal to its surface.
Первая и вторая антенны установлены под одинаковыми углами к нормали исследуемого материала. При его движении он облучается первой антенной. Зеркально отраженная от поверхности материала волна попадает на вторую антенну, а диффузно рассеянная энергия принимается первой антенной. Соотношение мощностей сигналов, принятых антеннами, служит мерой шероховатости отражающей поверхности (авт. св. СССР N 1228000, кл. G 01 N 22/02, 1986). The first and second antennas are installed at the same angles to the normal of the test material. When it moves, it is irradiated with the first antenna. The wave reflected from the surface of the material hits the second antenna, and diffusely scattered energy is received by the first antenna. The ratio of the power of the signals received by the antennas serves as a measure of the roughness of the reflecting surface (ed. St. USSR N 1228000, class G 01
Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, является то, что оно не работает с неподвижными объектами, т.к. является доплеровской измерительной системой. Кроме того, устройство не позволяет сформировать радиопортрет объекта, не обеспечивает получение информации о разрешении по дальности, углу места и азимуту блестящих точек на поверхности материала. The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the known device is that it does not work with stationary objects, because is a Doppler measuring system. In addition, the device does not allow the formation of a radio portrait of the object, does not provide information about the resolution in range, elevation and azimuth of brilliant points on the surface of the material.
Известен СВЧ-дефектоскоп, предназначенный для неразрушающего контроля физико-механических характеристик материалов. Он содержит СВЧ-генератор, выход которого через вентиль соединен с циркулятором, ко второму плечу которого подключены последовательно соединенные СВЧ- детектор, линейный детектор и индикатор, а к третьему плечу - волноводный тройник, связывающий первый и второй СВЧ-модуляторы с приемопередающей антенной. Known microwave flaw detector designed for non-destructive testing of physico-mechanical characteristics of materials. It contains a microwave generator, the output of which through the valve is connected to a circulator, to the second arm of which are connected serially connected microwave detectors, a linear detector and an indicator, and to the third arm there is a waveguide tee connecting the first and second microwave modulators with a transceiver antenna.
О наличии дефектов (например, трещин) в контролируемом образце материала судят по изменению измеренного модуля коэффициента отражения (авт.св. N 1281987, кл. G 01 N 22/02, 1987). The presence of defects (for example, cracks) in a controlled sample of material is judged by the change in the measured modulus of the reflection coefficient (ed. St. N 1281987, class G 01
Причины, препятствующие получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, заключаются в следующем. Устройство не обеспечивает привязку положения луча к элементам конструкции объекта, селекцию мешающих отражений, их подавление, накопление и обработку информации об объекте интегрально, выделение блестящих точек, фиксирование информации в зависимости от ракурса облучения, получение информации с разрешением по дальности, углу места и азимуту. Все это не позволяет сформировать радиопортрет объекта. Наличие подстроечных элементов, требующих ручной настройки в процессе измерений, существенно усложняет работу операторов. Кроме того, устройство чувствительно к фазе отраженного сигнала, что усложняет обработку полученной информации. The reasons that impede the receipt of the following technical result when using the known device are as follows. The device does not provide a reference of the beam position to the structural elements of the object, the selection of interfering reflections, their suppression, the accumulation and processing of information about the object integrally, the selection of brilliant points, recording information depending on the angle of exposure, obtaining information with resolution in range, elevation and azimuth. All this does not allow to form a radio portrait of the object. The presence of tuning elements requiring manual adjustment during the measurement process significantly complicates the work of operators. In addition, the device is sensitive to the phase of the reflected signal, which complicates the processing of the received information.
Наиболее близким к заявленному изобретению является доплеровское устройство для измерения радиолокационной эффективной площади рассеяния, в котором выход СВЧ-генератора соединен с первым плечом направленного ответвителя, второе плечо которого соединено с последовательно включенными смесителем и усилителем-регистратором, а третье плечо - с первым плечом переключателя. К второму плечу переключателя подключены последовательно соединенные первый калибровочный аттенюатор и антенна, а к третьему - последовательно соединенные второй калибровочный аттенюатор и доплеровский калибровочный отражатель-имитатор. Устройство содержит также безэховую камеру, в которой смонтирован механизм возвратно-поступательного движения с подставкой для исследуемого отражателя-объекта. Closest to the claimed invention is a Doppler device for measuring the radar effective scattering area, in which the output of the microwave generator is connected to the first arm of the directional coupler, the second arm of which is connected to the mixer and recording amplifier, and the third arm is connected to the first arm of the switch. The first calibration attenuator and antenna are connected in series to the second arm of the switch, and the second calibration attenuator and Doppler calibration reflector-simulator are connected in series to the third arm. The device also contains an anechoic chamber in which a reciprocating movement mechanism with a stand for the studied reflector-object is mounted.
Во время измерений исследуемый отражатель-объект совершает возвратно-поступательное движение. Скорость движения выбирается таким образом, чтобы доплеровские сдвиги сигналов, отраженных от исследуемого отражателя-объекта и отражателя-имитатора, были одинаковыми. Т.к. величина ЭПР отражателя-имитатора известна, то уровень сигнала, зафиксированный при отражении СВЧ-сигнала от него, принимается как опорный для определения радиолокационной ЭПР исследуемого отражателя-объекта. Использование доплеровского метода позволило ослабить влияние посторонних неподвижных предметов на величину измеряемой ЭПР отражателя-объекта (авт.св. СССР N 1040923, кл. G 01 S 13/00, 1990). During measurements, the studied reflector-object makes a reciprocating motion. The speed of movement is chosen so that the Doppler shifts of the signals reflected from the studied reflector-object and the reflector-simulator are the same. Because the EPR value of the reflector-simulator is known, then the signal level recorded during reflection of the microwave signal from it is taken as the reference for determining the radar EPR of the studied reflector-object. Using the Doppler method made it possible to weaken the influence of extraneous stationary objects on the value of the measured EPR of the reflector-object (ed. St. USSR N 1040923, class G 01
Причины, препятствующие достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства (прототипа), заключаются в следующем. Для обеспечения надежной работы доплеровской системы возвратно-поступательное движение исследуемого отражателя-объекта должно осуществляться со значительной линейной скоростью (1,5 - 10 м/с и более, т.к. при малых скоростях преимущества доплеровского метода теряются вследствие уменьшения доплеровских сдвигов частоты, что снижает точность измерений). Это накладывает существенные ограничения на массо-габаритные характеристики системы "механизм возвратно-поступательного движения - подставка - исследуемый отражатель-объект" (во избежание деформаций и разрушений под действием инерционных сил и моментов). Кроме того, размеры исследуемого отражателя-объекта ограничены размерами безэховой камеры. Вследствие относительно небольшого расстояния между антенной и исследуемым отражателем-объектом, особенно при их максимальном сближении, возможно затенение отдельных участков объекта сложной формы, что может привести к ошибкам измерения истинного значения радиолокационной ЭРП. Кроме того, без применения специальных средств экранирования известное устройство измеряет ЭПР не самого отражателя-объекта, а ЭПР системы "механизм возвратно-поступательного движения - подставка - исследуемый отражатель-объект". The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device (prototype) are as follows. To ensure reliable operation of the Doppler system, the reciprocating motion of the studied reflector-object must be carried out with a significant linear velocity (1.5 - 10 m / s or more, because at low speeds the advantages of the Doppler method are lost due to the reduction of Doppler frequency shifts, which reduces the accuracy of measurements). This imposes significant restrictions on the mass-dimensional characteristics of the system "reciprocating mechanism - stand - studied reflector-object" (to avoid deformation and damage under the influence of inertial forces and moments). In addition, the dimensions of the studied reflector-object are limited by the dimensions of the anechoic chamber. Due to the relatively small distance between the antenna and the studied reflector-object, especially at their maximum approximation, shading of certain sections of the object of complex shape is possible, which can lead to measurement errors of the true value of the radar EPR. In addition, without the use of special means of shielding, the known device measures the EPR not of the reflector-object itself, but the EPR of the system "reciprocating mechanism - stand - studied reflector-object".
Известное устройство не может работать в полевых условиях, вследствие чего для определения отражательных свойств объектов сложной формы необходим их демонтаж, что не всегда возможно, а если и возможно, то значительно увеличивает время и трудоемкость работ по проведению измерений. При этом не может быть обеспечена достоверность результатов определения интегральной ЭПР, т. к. не учитывается взаимное влияние отдельных элементов конструкции объекта сложной формы. The known device cannot work in the field, as a result of which, to determine the reflective properties of complex objects, their dismantling is necessary, which is not always possible, and if possible, it significantly increases the time and laboriousness of measurements. In this case, the reliability of the results of determining the integral EPR cannot be ensured, since the mutual influence of individual structural elements of an object of complex shape is not taken into account.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. The essence of the claimed invention is as follows.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка и создание радиолокационного измерительного комплекса для дистанционного измерения как локальных характеристик отражения СВЧ- радиоволн, так и интегральных диаграмм обратного отражения различных объектов, что позволяет получать радиопортреты объектов, в том числе крупногабаритных сложной формы, под различными углами визирования без их какого-либо перемещения и применения безэховой камеры. The problem to which the invention is directed is the development and creation of a radar measuring complex for remote measurement of both local characteristics of the reflection of microwave radio waves and integrated back-reflection diagrams of various objects, which makes it possible to obtain radio portraits of objects, including large-sized complex shapes, under various viewing angles without any movement and use of an anechoic chamber.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, выражается в повышении точности получения радиопортретов объектов сложной формы как в стационарных, так и полигонных условиях. The technical result achieved by the implementation of the invention is expressed in increasing the accuracy of obtaining radio portraits of complex objects in both stationary and polygon conditions.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее СВЧ-генератор, смеситель, усилитель, приемопередающую антенну, введены лазерный целеуказатель, первая и вторая видеокамеры, видеоконтрольное устройство, частотный модулятор, делитель мощности, циркулятор, аналого-цифровой преобразователь, синхронизатор, вычислитель, радиопоглощающие элементы, причем выход СВЧ-генератора соединен с входом делителя мощности, первый выход которого подключен к первому входу смесителя, а второй выход - к первому плечу циркулятора, второе плечо которого соединено с приемо-передающей антенной, а третье плечо - с вторым входом смесителя, выход которого подключен к усилителю, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу вычислителя, к второму и третьему входам которого подключены выходы соответственно первой и второй видеокамер, первый выход вычислителя соединен с входом первой видеокамеры, второй выход - с входом второй видеокамеры, третий выход - с входом лазерного целеуказазателя, четвертый выход - с входом синхронизатора, пятый выход - с видеоконтрольным устройством, первый выход синхронизатора подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, а второй выход - к входу частотного модулятора, выход которого подключен к входу СВЧ-генератора, при этом в качестве приемопередающей антенны, которая установлена на переносной стойке и закреплена с возможностью перемещения по высоте, углу места и азимуту, использована параболическая зеркальная антенна или остроконечный пирамидальный рупор, причем приемо-передающая антенна, лазерный целеуказатель и первая видеокамера жестко связаны между собой и их оптические оси съюстированы, а вторая видеокамера установлена так, что ее оптическая ось направлена на исследуемый объект и перпендикулярна оптической оси приемо-передающей антенны. The specified technical result is achieved by the fact that in the known device containing a microwave generator, mixer, amplifier, transceiver antenna, a laser pointer, a first and second video camera, a video monitoring device, a frequency modulator, a power divider, a circulator, an analog-to-digital converter, a synchronizer are introduced a transmitter, radar absorbing elements, the output of the microwave generator being connected to the input of the power divider, the first output of which is connected to the first input of the mixer, and the second output to the first arm a circulator, the second arm of which is connected to the transceiver antenna, and the third arm is of the second input of the mixer, the output of which is connected to an amplifier, the output of which is connected to the first input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input of the calculator, to the second and third the inputs of which the outputs of the first and second video cameras are connected, the first output of the computer is connected to the input of the first video camera, the second output is connected to the input of the second video camera, the third output is connected to the input of the laser designator, the fourth output is with the input of the synchronizer, the fifth output is with the video control device, the first output of the synchronizer is connected to the second input of the analog-to-digital converter, and the second output is to the input of the frequency modulator, the output of which is connected to the input of the microwave generator, while as a transceiver antenna , which is mounted on a portable stand and fixed with the ability to move in height, elevation and azimuth, a parabolic reflector antenna or a pointed pyramidal horn is used, and the transceiver Single antenna, a laser designator and the first video camera is rigidly connected to each other and their optical axes syustirovany and the second camera is set so that its optical axis is directed onto the examined object and perpendicular to the optical axis of the receiving-transmitting antenna.
Вычислитель содержит генератор тактовых импульсов, блок согласования, постоянное запоминающее устройство, последовательно включенные режекторный фильтр, весовой умножитель, блок конвейерного быстрого преобразования Фурье, первое пороговое устройство, второе пороговое устройство, первый коррелятор, оперативное запоминающее устройство, второй коррелятор, причем первый выход постоянного запоминающего устройства соединен с вторым входом весового умножителя, второй выход - с вторым входом первого порогового устройства, третий выход - с вторым входом второго порогового устройства, четвертый выход - с вторым входом первого коррелятора, пятый выход - с вторым входом второго коррелятора, выход которого соединен входом ПЗУ, выход блока согласования подключен к третьему входу первого коррелятора, а все указанные элементы вычислителя связаны с генератором тактовых импульсов. The calculator comprises a clock, a matching unit, a read-only memory, a notch filter, a weight multiplier, a conveyor fast Fourier transform unit, a first threshold device, a second threshold device, a first correlator, random access memory, a second correlator, the first output of read-only memory the device is connected to the second input of the weight multiplier, the second output to the second input of the first threshold device, the third output to the second input of the second threshold device, the fourth output with the second input of the first correlator, the fifth output with the second input of the second correlator, the output of which is connected to the ROM input, the output of the matching unit is connected to the third input of the first correlator, and all these elements of the calculator are connected to the clock .
Радиопоглощающие элементы выполнены в виде изготовленных из радиопоглощающих материалов матов, ковриков, экранов, штор, пены, устанавливаемых или наносимых на окружающие исследуемый объект поверхности и предметы, а также вблизи приемопередающей антенны. Radar absorbing elements are made in the form of mats, rugs, screens, curtains, foam made of radar absorbing materials, which are installed or applied to surfaces and objects surrounding the object under study, and also near the transceiver antenna.
Укажем на причинно-следственные связи между отличительными признаками изобретения и техническим результатом. В устройстве передача и прием сигналов производятся одной антенной с развязкой сигналов как при помощи ферритового циркулятора, так и за счет частотного разделения сигналов. Обработка сигналов, рассеянных от исследуемого объекта, выполняется с помощью вычислителя, который обеспечивает формирование радиопортрета объекта в виде пространственного распределения интенсивности локальных центров рассеяния (блестящих точек). При этом фиксируются углы визирования оптической оси приемопередающей антенны на объект и их привязка к конструктивным элементам объекта с помощью лазерного целеуказателя и видеокамер. Высокая разрешающая способность устройства обусловлена использованием остронаправленного излучения линейно-частотно-модулированных зондирующих сигналов как в режиме прожекторного, так и сфокусированного лучей, весовой обработкой принятых отраженных сигналов и режимом спектрального анализа входных данных методом быстрого преобразования Фурье. Это позволяет отселектировать по дальности, азимуту и углу места точки рассеяния на поверхности исследуемого объекта относительно установленного порога и тем самым повысить точность получения радиопортрета исследуемого объекта. Вычислитель совместно с видеокамерами и лазерным целеуказателем обеспечивает привязку результатов измерений в СВЧ-диапазоне к конкретным элементам конструкции объекта путем совмещения оцифрованных радиоизображения и видеоизображений объекта, полученных под ортогональными ракурсами с видеокамер. We point out the causal relationship between the distinguishing features of the invention and the technical result. In the device, the transmission and reception of signals is carried out by one antenna with the isolation of signals both with the help of a ferrite circulator, and due to the frequency separation of signals. The processing of signals scattered from the investigated object is performed using a computer that provides the formation of a radio portrait of the object in the form of a spatial distribution of the intensity of local scattering centers (brilliant points). In this case, the viewing angles of the optical axis of the transceiver antenna are fixed to the object and their binding to the structural elements of the object using a laser target designator and video cameras. The high resolution of the device is due to the use of acoustically directed radiation of linearly frequency-modulated probing signals both in the searchlight and focused beam modes, by weighting the received reflected signals and in the spectral analysis mode of the input data using the fast Fourier transform method. This allows you to select the range, azimuth and elevation of the scattering point on the surface of the investigated object relative to the set threshold and thereby increase the accuracy of obtaining a radio portrait of the studied object. The calculator, together with video cameras and a laser target designator, ensures that the measurement results in the microwave range are linked to specific structural elements of the object by combining digitized radio images and video images of the object obtained under orthogonal camera angles.
Повышение точности измерений отражательных свойств объекта обусловлено, кроме того, использованием радиопоглощающих элементов, которые ослабляют ретрансляционные помехи (передатчик - земля - объект - земля - приемник), а также значительно снижают вклад посторонних предметов (например, крепежных элементов, подставок и т.п.) в создание ЭПР исследуемого объекта, существенно ослабляют влияние боковых лепестков приемо-передающей антенны. Improving the accuracy of measurements of the reflective properties of an object is also due to the use of radio-absorbing elements that attenuate relay interference (transmitter - ground - object - ground - receiver), as well as significantly reduce the contribution of foreign objects (for example, fasteners, supports, etc. ) in the creation of the EPR of the investigated object, significantly weaken the influence of the side lobes of the transceiver antenna.
Проведенный заявителем анализ уровня техники показал, что решения, характеризующиеся признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, отсутствуют. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна". The analysis of the prior art by the applicant showed that there are no solutions characterized by features identical to all the features of the claimed invention. Therefore, the invention meets the patentability condition of "novelty."
В уровне техники не выявлена известность влияния на достижение указанного технического результата преобразований, предусматриваемых совокупностью признаков, включенных в формулу изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень". In the prior art there is no known influence on the achievement of the specified technical result of the transformations provided for by the combination of features included in the claims. Therefore, the invention meets the condition of patentability "inventive step".
Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для дистанционного измерения отражательных свойств объектов сложной формы в СВЧ-диапазоне радиоволн. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for remote measurement of the reflective properties of complex objects in the microwave range of radio waves.
На фиг. 2 раскрыта структурная схема вычислителя, входящего в состав заявленного устройства. In FIG. 2 discloses a structural diagram of a computer, which is part of the claimed device.
На фиг. 3 схематически представлено устройство антенной системы. In FIG. 3 schematically shows the arrangement of an antenna system.
На фиг. 4 изображена рупорная приемо-передающая антенна. In FIG. 4 shows a horn transceiver antenna.
На фиг. 5 показаны пути прохождения отраженных от объекта истинного и ложных сигналов. In FIG. 5 shows the paths of the true and false signals reflected from the object.
На фиг. 6 изображена структура излучаемого линейно-частотно- модулированного сигнала. In FIG. 6 shows the structure of the emitted linear frequency-modulated signal.
На фиг. 7 представлена осциллограмма сигнала от двух уголковых отражателей. In FIG. 7 shows a waveform of a signal from two corner reflectors.
На фиг. 8 представлен спектр сигнала от двух уголковых отражателей. In FIG. 8 shows a spectrum of a signal from two corner reflectors.
На фиг. 9 показано взаимное расположение видеокамер. In FIG. 9 shows the relative positioning of the cameras.
На фиг. 10 представлен радиопортрет объекта, составленного из уголковых отражателей. In FIG. 10 is a radio portrait of an object composed of corner reflectors.
Согласно изобретению устройство для дистанционного измерения отражательных свойств объектов сложной формы в СВЧ-диапазоне радиоволн (фиг.1) содержит последовательно включенные СВЧ-генератор 1, делитель мощности 3, первый выход которого соединен с первым входом смесителя 4, а второй выход - с первым плечом циркулятора 5. Его второе плечо соединено с входом приемопередающей антенны 6, а третье плечо - с вторым входом смесителя 4, к выходу которого подключены последовательно включенные усилитель 7 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, выход которого подключен к первому входу вычислителя 9. Второй вход вычислителя 9 соединен с выходом первой видеокамеры 10, третий вход - с выходом второй видеокамеры 11. Первый и второй выходы вычислителя 9 соединены с входами соответственно первой и второй видеокамер, третий его выход - с входом лазерного целеуказателя 12, четвертый его выход - с входом синхронизатора 13, пятый его выход - с видеоконтрольным устройством (ВКУ) 14. Первый выход синхронизатора 13 подключен к второму входу АЦП 8, а второй выход к входу частотного модулятора 2, выход которого соединен с входом СВЧ-генератора. According to the invention, a device for remote measurement of the reflective properties of objects of complex shape in the microwave range of radio waves (Fig. 1) comprises serially connected microwave generator 1, a power divider 3, the first output of which is connected to the first input of the mixer 4, and the second output to the first arm circulator 5. Its second arm is connected to the input of the
В качестве приемопередающей антенны 6 в зависимости от цели проводимых измерений могут быть использованы параболическая зеркальная антенна или остроконечный пирамидальный рупор. В первом случае параболическое зеркало, первая видеокамера 10 и лазерный целеуказатель 12 при помощи юстированных площадок 15 жестко связаны между собой и их оптические оси съюстированы. Вторая видеокамера 11 установлена так, что ее оптическая ось в процессе измерений находится в плоскости, перпендикулярной оптической оси приемо-передающей антенны, и направлена на исследуемый объект 16 (на фиг.1 показано условно пунктирными линиями). Таким образом, первая видеокамера 10 формирует видеоизображение объекта спереди, а вторая видеокамера 11 - сбоку. При этом световое пятно на поверхности объекта, создаваемое лазерным целеуказателем 12, видно на обоих видеоизображениях, что позволяет осуществить однозначную привязку точки отражения к конкретному элементу конструкции объекта, т.к. световое пятно индицирует центр радиолокационного пятна. Если световое пятно на видеоизображении, создаваемом второй видеокамерой 11, отсутствует вследствие затенения элементом конструкции объекта (например, выступом конструкции), то вторая видеокамера 11 устанавливается по другую сторону от оси излучения приемопередающей антенны 6 симметрично первоначальному положению. As a
Радиопоглощающие элементы 17 выполнены в виде матов, ковриков, штор и т. п. из радиопоглощающих материалов (ОСТ 107.460007.006-92), пластин марок ХВ (ТУ 6-00-5761783-322). В диапазоне углов падения СВЧ- излучения ±З0o такие элементы имеют коэффициент отражения порядка 20 дБ. Радиопоглощающие элементы 17 размещаются на поверхности земли возле исследуемого объекта 16, близлежащих предметах, крепежных деталях или подставках под объектом, на самом объекте (например, с целью исключить отражение от определенного участка поверхности) для максимального ослабления мешающих переизлучений. Радиопоглощающие элементы 17 располагают также рядом с приемопередающей антенной 6 с целью ослабления влияния ее боковых лепестков диаграммы направленности (до уровня порядка 40 дБ).The
Радиопоглощающие элементы 17 могут быть жидкообразными в виде водной пены с добавкой какого-либо известного пеностабилизатора, наносимой на участки, отражение от которых необходимо максимально ослабить. The
Вычислитель 9 (фиг. 2) содержит генератор тактовых импульсов 18, блок согласования 19, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 20, последовательно соединенные режекторный фильтр 21, весовой умножитель 22, блок конвейерного быстрого преобразования Фурье (БПФ) 23, первое пороговое устройство 24, второе пороговое устройство 25, первый коррелятор 26, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 27, второй коррелятор 28, выход которого подключен к ПЗУ 20. При этом первый, второй, третий, четвертый, пятый выходы ПЗУ 20 соединены соответственно с вторыми входами весового умножителя 22, первого 24 и второго 25 пороговых устройств, первого 26 и второго 28 корреляторов. К третьему входу первого коррелятора 26 подключен выход блока согласования 19, входы которого соединены с выходами видеокамер 10 и 11. Все элементы вычислителя связаны с генератором тактовых импульсов 18, который в свою очередь связан с ПЗУ 20 и управляется программой, хранящейся в его памяти. The calculator 9 (Fig. 2) contains a
Первым входом вычислителя 9 является вход режекторного фильтра 21, связанный с выходом АЦП 8, вторым и третьим входами - входы блока согласования 19, связанные с выходами видеокамер 10 и 11. Шестой, седьмой и восьмой выходы ПЗУ 20 являются первым, вторым и третьим выходами вычислителя 9, которые связаны соответственно с входами первой видеокамеры 10, второй видеокамеры 11 и лазерного целеуказателя 12. Четвертым выходом вычислителя 9 является один из выходов генератора тактовых импульсов 18, который связан с входом синхронизатора 13. Пятый выход вычислителя 9 объединяет выходы второго порогового устройства 25, первого 27 и второго 28 корреляторов, которые через коммутирующее устройство (на схеме не показано) связаны с входом ВКУ 14. The first input of the
Упомянутые функциональные элементы и блоки заявленного устройства выполнены по известным правилам инженерного проектирования и могут быть изготовлены предпочтительно на элементах цифровой техники и тонкопленочной технологии. В частности, блок согласования 19 вычислителя 9 обеспечивает преобразование видеосигналов с выходов видеокамер 10 и 11 в цифровую форму и может быть реализован на стандартной компьютерной плате расширения типа Video Blaster с объемом видеопамяти не менее 1 Мб. Лазерный целеуказатель 12 может быть выполнен виде помещенного в цилиндрический корпус полупроводникового лазера (например, типа ИП-6-5/5М с длиной волны 670 нм (красный цвет) и мощностью 4 мВт) с коллиматором. Mentioned functional elements and blocks of the claimed device are made according to well-known engineering design rules and can be made preferably on the elements of digital technology and thin-film technology. In particular, the matching
Конструктивно передающая часть устройства (блоки 1-5) выполнена в виде самостоятельного СВЧ-модуля, связанного с приемо-передающей антенной при помощи волновода и с приемной частью при помощи кабеля. Приемную часть (блоки 7, 8, 9, 13 ,14) предпочтительно реализовать на базе персонального компьютера (ПК) IВМ не ниже 386 DX2- 66 с видеоадаптером SVGA, обеспечивающего режим анализатора спектра, архивирование и отображение результатов измерений на цветном дисплее (ВКУ 14). В частности, приемная часть устройства может быть выполнена на типовой РС-плате, установленной в разъем ISA-шины ПК. Structurally, the transmitting part of the device (blocks 1-5) is made in the form of an independent microwave module connected to the transmitting and receiving antenna using a waveguide and to the receiving part using a cable. The receiving part (
Электропитание устройства осуществляется от сети или автономного источника электроэнергии (в полевых условиях). The device is powered from a network or an autonomous source of electricity (in the field).
Приемопередающая антенна 6 (фиг.3) может быть смонтирована, например, на переносной стойке-треноге 29 с возможностью перемещения по высоте вместе со стержнем 30, углу места с помощью механизма 31 и азимуту с помощью механизма 32, а также вокруг оптической оси для изменения плоскости поляризации волны при излучении и приеме сигналов. Вручную или на подвижной платформе (например, тележке, автомобиле) стойка 29 с антенной устанавливается под различными ракурсами к исследуемому объекту на расстоянии 10-20 м (среднее расстояние 15 м). The transceiver antenna 6 (Fig. 3) can be mounted, for example, on a
Для измерения локальных характеристик рассеяния и получения радиопортрета исследуемого объекта используется приемо-передающая параболическая зеркальная антенна, которая при помощи арматуры 33 прикреплена к механизму 31 перемещения по углу места. К зеркалу антенны 6 жестко прикреплены на юстировочных площадках 15 первая видеокамера 10 и лазерный целеуказатель 12. При помощи юстировочных винтов оптические оси первой видеокамеры 10 и лазерного целеуказателя 12 юстируются с оптической осью параболической зеркальной антенны 6. Для измерения интегральной ЭПР исследуемого объекта используется приемо-передающая антенна, выполненная в виде остроконечного пирамидального рупора 34 (фиг. 4), который крепится к фланцу 35 волновода 36 вместо облучателя 37 зеркальной антенны и ориентируется своим раскрывом в сторону исследуемого объекта (фиг.3). С помощью механизмов 31 и 32 возможно качание диаграммы направленности приемо- передающей антенны по углу места и азимуту в пределах ±15o вручную или механически с помощью прецизионных приводов. И в том, и в другом случаях предусмотрена фиксация значений высоты и углов поворота антенны.To measure the local scattering characteristics and to obtain a radio portrait of the object under study, a transmit-receive parabolic reflector antenna is used, which with the help of
Для определения локальных характеристик рассеяния необходимо знать абсолютные значения величин ЭПР этих локальных центров. С этой целью использованы эталоны с различными величинами ЭПР, в качестве которых применены уголковые отражатели. Кроме основного назначения, связанного с калибровкой шкалы измеренных ЭПР локальных центров рассеяния, уголковые отражатели используются для определения угловой разрешающей способности устройства и его динамического диапазона. To determine the local scattering characteristics, it is necessary to know the absolute values of the EPR values of these local centers. For this purpose, standards with various EPR values were used, as angular reflectors were used. In addition to the main purpose associated with calibrating the scale of the measured EPR of local scattering centers, corner reflectors are used to determine the angular resolution of the device and its dynamic range.
Описанное устройство для дистанционного измерения отражательных свойств объектов сложной формы в СВЧ-диапазоне радиоволн работает в двух режимах:
а) измерение интенсивности отраженных сигналов от локальных центров рассеяния (блестящих точек) на поверхности объекта с целью получения его радиопортрета;
б) измерение интегральной ЭПР объекта.The described device for remote measurement of the reflective properties of complex objects in the microwave range of radio waves operates in two modes:
a) measuring the intensity of the reflected signals from local scattering centers (shiny points) on the surface of the object in order to obtain its radio portrait;
b) measurement of the integral ESR of the object.
В этих режимах осуществляются измерения соответственно величин ЭПР блестящих точек и объекта в целом под различными ракурсами с привязкой результатов измерений к элементам конструкции объекта. Режимы отличаются тем, что в первом случае используется параболическая зеркальная приемо-передающая антенна (фиг.3), с помощью которой осуществляется селекция блестящих точек, их выделение на объекте и формирование с помощью вычислителя радиопортрета объекта как совокупности блестящих точек его поверхности. Во втором случае используется остроконечный пирамидальный рупор (фиг.4), с помощью которого измеряется интегральная величина ЭПР объекта под определенным ракурсом. В обоих случаях передающая и приемная части устройства работают одинаково. In these modes, the EPR values of the brilliant points and the object as a whole are measured under various angles with reference to the measurement results to the structural elements of the object. The modes are different in that in the first case, a parabolic mirror transceiver antenna is used (Fig. 3), with the help of which the brilliant points are selected, their selection on the object and the formation of an object with the help of a computer as a set of brilliant points of its surface. In the second case, a pointed pyramidal horn is used (Fig. 4), with the help of which the integral value of the EPR of an object is measured from a certain angle. In both cases, the transmitting and receiving parts of the device operate identically.
Перед началом измерений отражательных свойств исследуемого объекта производится настройка и калибровка устройства. Сначала по программе осуществляют контроль внутренних шумов и запоминание их уровня в качестве порогового значения. Если уровень внутренних шумов (например, вследствие нежелательных отражений сигнала в СВЧ-тракте) превышает определенную величину, то производят поднастройку СВЧ-тракта. Затем облучают площадку, на которой будет установлен исследуемый объект, и измеряют величины отраженных сигналов под теми ракурсами, которые предусмотрены программой измерений отражательных свойств объекта. При этом отдельные участки местности и предметы (которые невозможно убрать), создающие эффект блестящих точек, укрывают радиопоглощающими элементами. Величину измеренного фонового излучения запоминают в качестве второго порогового значения. Кроме того, формируют радиопортрет этого участка местности с находящимися на нем предметами, который запоминают и используют в дальнейшем для идентификации помех при измерениях исследуемого объекта. Калибровку устройства производят по известным правилам по уголковым отражателям с известными величинами ЭПР, размещенными в пространстве, в котором будет установлен исследуемый объект. Before starting measurements of the reflective properties of the investigated object, the device is set up and calibrated. First, the program monitors internal noise and stores their level as a threshold value. If the level of internal noise (for example, due to unwanted reflections of the signal in the microwave path) exceeds a certain value, then the microwave path is tuned. Then the site on which the object under study will be irradiated is irradiated, and the magnitudes of the reflected signals are measured from those angles provided by the program for measuring the reflective properties of the object. At the same time, individual sections of the terrain and objects (which cannot be removed) that create the effect of shiny points are covered with radio-absorbing elements. The value of the measured background radiation is stored as a second threshold value. In addition, they form a radio portrait of this site with the objects located on it, which are remembered and used in the future to identify interference when measuring the object under study. Calibration of the device is carried out according to well-known rules for corner reflectors with known EPR values located in the space in which the object under study will be installed.
Исследуемый объект 16 устанавливают на расчетном расстоянии l1 от приемо-передающей антенны 6 (фиг.5). Элементы крепежа 38 (стойки, опоры и т.п.) укрывают радиопоглощающими элементами 17. Для ослабления ложных сигналов, возникающих за счет отражения от земли (когда пути прохождения сигналов, отраженных от различных точек на поверхности объекта, одинаковы: l1=l2+ l3), участки трассы, в которых возможны такие отражения, заранее рассчитываются и покрываются радиопоглощающими элементами 17, преимущественно пеной.The studied
По известным правилам производят согласование координатных систем исследуемого объекта и устройства. При этом определяются координаты характерных элементов объекта (центр тяжести, строительная ось, ось симметрии, ее направление, отдельные детали конструкции и т.п.) относительно начала системы координат, в которых работает устройство, и данные вводятся в вычислитель 9. According to well-known rules, coordinate systems of the studied object and device are coordinated. In this case, the coordinates of the characteristic elements of the object (the center of gravity, the construction axis, the axis of symmetry, its direction, individual structural details, etc.) are determined relative to the origin of the coordinate system in which the device operates, and the data are entered into the
Устройство работает следующим образом (фиг.1). The device operates as follows (figure 1).
СВЧ-генератор 1 работает в непрерывном режиме и генерирует напряжение определенной несущей частоты f0. Под действием частотного модулятора 2 эта частота периодически изменяется по пилообразному закону от f0 до fn, где fn= f0+f1...n Таким образом, на выходе СВЧ-генератора 1 формируется линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) сигнал. Время перестройки частоты (крутизна ЛЧМ) определяется полосой пропускания приемника, а диапазон перестройки частоты - заданной разрешающей способностью определения дальности до локальных точек рассеяния на поверхности исследуемого объекта. Эти параметры ЛЧМ-сигнала задаются синхронизатором 13 по программе, хранящейся в ПЗУ вычислителя 9. В простейшем случае частотный модулятор 2 может быть выполнен, например, в виде счетчика импульсов с интегратором, который обнуляется после накопления определенного количества импульсов, поступивших с синхронизатора 13. Пилообразное напряжение с выхода частотного модулятора 2 подается в СВЧ-генератор на варикап, изменяя по пилообразному закону его емкость и соответственно частоту генерации.The microwave generator 1 operates in a continuous mode and generates a voltage of a specific carrier frequency f 0 . Under the action of the frequency modulator 2, this frequency periodically changes according to a sawtooth law from f 0 to f n , where f n = f 0 + f 1 ... n Thus, at the output of the microwave generator 1, a linear frequency-modulated (LFM) is formed signal. The frequency tuning time (chirp slope) is determined by the receiver passband, and the frequency tuning range is determined by the specified resolution for determining the distance to local scattering points on the surface of the object under study. These parameters of the chirp signal are set by the
С выхода СВЧ-генератора 1 ЛЧМ-сигнал подается на делитель мощности 3, с первого выхода которого одна часть его поступает в смеситель 4 в качестве гетеродинного сигнала, а вторая часть со второго выхода - в первое плечо циркулятора 5 и далее через второе его плечо - в приемо-передающую антенну 6. Отраженный от поверхности исследуемого объекта 16 сигнал возвращается в приемо-передающую антенну 6, проходит во второе плечо циркулятора 5 и выходит из его третьего плеча, попадая в смеситель 4. Этот сигнал сдвинут относительно излученного (гетеродинного) сигнала на определенное время и соответственно по частоте. На выходе смесителя 4 формируется сигнал промежуточной частоты, значение которой пропорционально дальности R до точки отражения на поверхности объекта. Это обусловлено тем, что каждому значению дальности в пространстве соответствует определенное значение частоты модуляции ЛЧМ-сигнала (фиг. 6). Например, расстоянию R4 соответствует сигнал с частотой f0+f4 и т.д. Таким образом, пространству, занимаемому исследуемым объектом 16 (рабочая зона R4 - R8), соответствует определенный диапазон изменения частоты ЛЧМ сигнала (F4 - F8). Благодаря этому обеспечивается разрешение блестящих точек по дальности на поверхности объекта.From the output of the microwave generator 1, the LFM signal is fed to a power divider 3, from the first output of which one part of it enters the mixer 4 as a heterodyne signal, and the second part from the second output goes to the first arm of the circulator 5 and then through its second arm - to the transmit-receive
После усиления в усилителе 7 сигнал промежуточной частоты подается в АЦП 8, где квантуется по уровням амплитуды с частотой, задаваемой синхронизатором 13. В качестве АЦП 8 могут быть использованы, например, два 8-разрядных АЦП типа К 1107 ПВ4 с частотой дискретизации 100 МГц, что обеспечивает работу в режиме реального времени. На выходе АЦП 8 формируется ступенчато изменяющееся напряжение в виде дискретных временных отсчетов, характеризующих амплитуду принятого сигнала. На фиг.7 показан пример реализации, полученной от двух уголковых отражателей с одинаковыми ЭПР (0,2 м2), находящихся на дальности 6 и 6,5 м от приемо-передающей антенны.After amplification in the amplifier 7, the intermediate frequency signal is fed to the ADC 8, where it is quantized according to the amplitude levels with a frequency set by the
Это напряжение подается в вычислитель 9 на режекторный фильтр 21 (фиг. 2), который по программе настраивается так, что пропускает только те отсчеты, которые соответствуют дальностям, находящимся в рабочей зоне (фиг.6). Частоты, соответствующие дальностям R1 - R4 (до объекта) и R8 - Rn (за объектом) подавляются, чем повышается помехоустойчивость приема отраженных сигналов.This voltage is supplied to the
С выхода режекторного фильтра 21 сигнал поступает в весовой умножитель 22, в котором временные отсчеты умножаются на весовую функцию, например функцию Хемминга, или косинус на пьедестале, или другую удобную по выбору оператора из хранящихся в ПЗУ 20. Этим достигается ослабление взаимного влияния отсчетов друг на друга и соответственно увеличивается разрешающая способность по дальности. Затем в блоке быстрого преобразования Фурье (БПФ) 23 по известным правилам осуществляется перенос сигнала из временной в частотную область. На выходе БПФ 23 формируется сигнал в виде узких импульсов (типа дельта-функции), каждый из которых соответствует определенной частоте и, следовательно, дальности, поскольку каждому значению частоты соответствует определенная дальность. При этом амплитуда импульсов не является информационным параметром для измерения дальности, хотя и зависит от последней. Ее значение в основном определяется величиной коэффициента отражения материала, из которого изготовлены элементы конструкции исследуемого объекта. Это иллюстрируется фиг.8, на которой представлен спектр сигнала, полученного от упомянутых выше 2 уголковых отражателей с ЭПР 0,2 м2, находящихся на дальности 6 и 6,5 м от приемо-передающей антенны, т.е. разнесенных на расстояние 0,5 м один от другого.From the output of the
Эти импульсы поступают на вход первого порогового устройства 24, в котором сравниваются с пороговым значением внутренних шумов устройства, полученным при настройке устройства и хранящимся в П3У 20. С выхода первого порогового устройства 24 выделяются импульсы, превышающие порог, и подаются на второе пороговое устройство 25. Здесь они сравниваются с вторым порогом, соответствующим фоновому излучению, и радиопортретом участка местности, измеренным при настройке устройства и хранящимся в ПЗУ 20. При этом на выход второго порогового устройства не проходят импульсы, являющиеся мешающими сигналами (отраженными от посторонних предметов на трассе распространения радиоволн). These pulses are fed to the input of the
С выхода второго порогового устройства 25 сигнал поступает на первый коррелятор 26 и ВКУ (дисплей) 14. Наблюдая форму спектра принятого сигнала (фиг. 8), оператор может предварительно оценить коэффициент отражения блестящей точки, ее ориентировочные координаты и местоположение на поверхности объекта. From the output of the
С помощью клавиатуры или манипулятора типа "мышь" оператор вводит в вычислитель 9 (первый 26 и второй 28 корреляторы) параметры ракурса облучаемой точки на поверхности объекта относительно устройства (приемо-передающей антенны): азимут α , угол места β , высота H, дальность D, азимут антенны αа , угол места антенны βа , высота установки антенны Hа.Using a keyboard or a mouse-type manipulator, the operator enters into the calculator 9 (first 26 and second 28 correlators) the angle parameters of the irradiated point on the surface of the object relative to the device (transceiver antenna): azimuth α, elevation angle β, height H, range D , antenna azimuth α a , elevation angle of the antenna β a , antenna installation height H a .
В первом корреляторе 26 по алгоритму, хранящемуся в ПЗУ 20, осуществляется совмещение полученных частотных отсчетов с оптическим изображением объекта, которое в цифровой форме после обработки в блоке согласования 19 поступает от первой 10 и второй 11 видеокамер. Эти видеокамеры создают изображения соответственно фронтальной и ортогональной ей боковой проекций исследуемого объекта 16 (фиг.9). При этом на обеих проекциях в одной и той же точке поверхности объекта индицируется видимое (в красном цвете) пятно 39 от луча лазерного целеуказателя 12. Это лазерное пятно находится в центре пятна от радиолуча в результате юстировки оптических осей приемо-передающей антенны 6, первой видеокамеры 10 и лазерного целеуказателя 12. Сравнивая изображения ортогональных проекций объекта, можно легко определить координаты лазерного пятна и, следовательно, идентифицировать полученные частотные отсчеты, т. е. привязать частотные отсчеты к соответствующим элементам рассеяния (блестящим точкам) на поверхности объекта. In the
В первом корреляторе 26 частотные отсчеты и цифровые изображения объекта подвергаются совместной обработке по разработанному авторами алгоритму, в результате чего формируется сигнал, пропорциональный ЭПР участка поверхности объекта, ограниченного пятном от радиолуча, определяются параметры сигнала данного элемента разрешения (амплитуда, азимут α , угол места β , дальность D, высота H). Эта информация вводится в ОЗУ 27, одновременно индицируется на ВКУ (дисплее) 14 и оператор может идентифицировать соответствующий частотный отсчет с определенной точкой, отмеченной наблюдаемым лазерным пятном на поверхности объекта. In the
При одном и том же ракурсе облучения объекта оператор, изменяя азимут, угол места, высоту установки приемо-передающей антенны, последовательно "просматривает" всю поверхность объекта, контролируя перемещение радиолуча по местоположению лазерного пятна. Таким образом, в ОЗУ 27 записывается информация о параметрах сигналов от всех блестящих точек на поверхности объекта для данного ракурса. With the same angle of exposure of the object, the operator, changing the azimuth, elevation, installation height of the transceiver antenna, sequentially "scans" the entire surface of the object, controlling the movement of the radio beam at the location of the laser spot. Thus, in
Затем приемо-передающая антенна переставляется, объект облучается под новым ракурсом, процесс измерений повторяется и результаты запоминаются в ОЗУ 27. Накопленная информация о параметрах сигналов, полученных при различных ракурсах облучения объекта, вводится во второй коррелятор 28, где подвергается совместной корреляционной обработке. На выходе коррелятора 28 формируется многомерный сигнал, характеризующий закон поведения каждой блестящей точки в зависимости от изменения ракурса облучения объекта. Эта информация вводится в ПЗУ 20 для хранения и дальнейшего использования. Then, the transceiver antenna is rearranged, the object is irradiated from a new angle, the measurement process is repeated and the results are stored in
Программа отображения результатов измерений обеспечивает высвечивание на ВКУ (дисплее) 14 данных, которые могут быть представлены в виде, например, графика - дальность, ЭПР; трехмерного изображения в координатах - дальность, угол места, ЭПР (для определенного азимута) и т.п. The program for displaying the measurement results provides highlighting on the VKU (display) 14 of the data, which can be presented in the form, for example, of a graph — range, EPR; three-dimensional image in coordinates - range, elevation, EPR (for a certain azimuth), etc.
Для примера на фиг.10 представлен результат измерений отражательных свойств объекта, составленного из 7-ми уголковых отражателей, имеющих одинаковые ЭПР (0,2 м2) и установленных на различных дальностях от приемо-передающей антенны. Данный радиопортрет объекта представляет собой трехмерное изображение в координатах - амплитуда, азимут, угол места (для определенной дальности). Видно, что угловое разрешение элементов рассеяния (блестящих точек) весьма высокое, а в среде, в которой находятся уголковые отражатели, имеются участки, как отражающие, так и поглощающие электромагнитную энергию. Это особенно заметно и эффектно на цветном дисплее.For example, figure 10 presents the result of measurements of the reflective properties of an object composed of 7 corner reflectors having the same EPR (0.2 m 2 ) and installed at different distances from the transceiver antenna. This radio portrait of an object is a three-dimensional image in coordinates - amplitude, azimuth, elevation (for a certain range). It is seen that the angular resolution of the scattering elements (brilliant points) is very high, and in the medium in which the corner reflectors are located there are areas that reflect and absorb electromagnetic energy. This is especially noticeable and effective on the color display.
При измерении интегральной ЭПР, когда излучение и прием сигналов осуществляются с помощью рупорной антенны, первый коррелятор не производит привязку частотных отсчетов к конкретным точкам конструкции объекта, т.к. рупорная антенна не обеспечивает разрешения по азимуту и углу места. Функция первого коррелятора 26 в этом режиме заключается в привязке результата измерения к ракурсу облучения объекта. По изображениям проекций объекта от первой 10 и второй 11 видеокамер оператор контролирует точность наводки рупора на объект по местоположению лазерного пятна на его поверхности. Величина интегральной ЭПР объекта определяется путем интегрирования полученных отсчетов по разработанному авторами алгоритму. When measuring the integral EPR, when the radiation and reception of signals are carried out using a horn antenna, the first correlator does not bind the frequency samples to specific points of the object’s construction, because The horn antenna does not provide azimuth and elevation resolution. The function of the
При использовании устройства в качестве дефектоскопа оно предварительно калибруется по поверхности материала-эталона, затем параболической зеркальной антенной сканируют поверхность исследуемого материала, измеряют модуль коэффициента отражения точек поверхности и их координаты и формируют радиопортрет поверхности материала. Сравнивая полученный радиопортрет с эталонным, судят о наличии дефектов поверхности материала. When using the device as a flaw detector, it is pre-calibrated on the surface of the reference material, then the surface of the test material is scanned with a parabolic mirror antenna, the reflection coefficient modulus of the surface points and their coordinates are measured, and a radio portrait of the material surface is formed. Comparing the received radio portrait with the reference one, one judges the presence of defects in the surface of the material.
Для измерения влажности почвы, толщины льда или снега устройство размещают на возвышенности или летательном аппарате (вертолете) и аналогично измеряют коэффициент отражения с привязкой результатов к характерным ориентирам на местности. To measure soil moisture, the thickness of ice or snow, the device is placed on a hill or an aircraft (helicopter) and the reflection coefficient is similarly measured with reference to the characteristic landmarks on the ground.
Вышеизложенные сведения подтверждают, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для создания радиоизмерительной техники. Для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов. Средство, воплощающее изобретение, способно обеспечить достижение указанного в заявке технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость". The above information confirms that the tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely to create a radio-measuring equipment. For the invention as described in the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed. The tool embodying the invention is capable of achieving the technical result indicated in the application. Therefore, the invention meets the patentability condition "industrial applicability".
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97103814A RU2111506C1 (en) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | Device for remote measurement of reflecting properties of complex-form objects in shf range of radio waves |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97103814A RU2111506C1 (en) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | Device for remote measurement of reflecting properties of complex-form objects in shf range of radio waves |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2111506C1 true RU2111506C1 (en) | 1998-05-20 |
| RU97103814A RU97103814A (en) | 1998-08-27 |
Family
ID=20190754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97103814A RU2111506C1 (en) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | Device for remote measurement of reflecting properties of complex-form objects in shf range of radio waves |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2111506C1 (en) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155420C1 (en) * | 2000-01-12 | 2000-08-27 | Акционерное общество закрытого типа "МаТИК - юрис групп" | Radio-wave absorbing coat, method for its production and controlling of its properties, and device for remote measurement of reflecting properties of coats on equipment in microwave range |
| RU2242794C2 (en) * | 1998-08-27 | 2004-12-20 | Инфинеон Текнолоджиз Аг | Method for purchasing electronic data with use of data carrier and appropriate data carrier |
| WO2005003742A1 (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Pavel Valentinovich Kandaurov | Control method for a dampening solution layer on a printing plate |
| WO2005054894A1 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-16 | Evgeny Nikolaevich Ananev | Method for producing the detailed radio-image of an irregularly-shaped object and device for carrying out said method |
| RU2278396C2 (en) * | 2004-09-03 | 2006-06-20 | 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации (5 ЦНИИИ МО РФ) | Device for calibrating surface radiolocation measuring complexes at small positioning angles |
| RU2292562C2 (en) * | 2005-03-09 | 2007-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НИИ "Экран" | Arrangement for measuring an angle of encounter of an active radar with a concentrated air target |
| RU2326400C1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-06-10 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Method of measurement of efficient scattering area of large dimension objects in polygon conditions |
| RU2337376C1 (en) * | 2007-07-10 | 2008-10-27 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Simulator of mobile radar target |
| RU2469348C2 (en) * | 2010-07-09 | 2012-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Radar high-frequency frequency-modulated doppler signal simulator |
| RU2504800C1 (en) * | 2012-06-07 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of forming radio portrait of object by frequency division parallel processing |
| RU2510041C2 (en) * | 2012-03-20 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar system for measuring amplitude diagram of scattering cross-section of objects |
| RU2510042C2 (en) * | 2012-04-10 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar stand for measuring amplitude diagram of scattering cross-section of objects |
| RU2527490C1 (en) * | 2013-05-06 | 2014-09-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина) (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of measuring scattering cross-section diagram of large objects over air/earth boundary surface |
| RU2741770C1 (en) * | 2020-03-04 | 2021-01-28 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Multibeam mirror antenna |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1281987A1 (en) * | 1984-05-04 | 1987-01-07 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Microwave flaw detector |
| SU1040923A1 (en) * | 1981-07-06 | 1990-08-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Doppler device for measuring radar effective scattering area |
-
1997
- 1997-03-13 RU RU97103814A patent/RU2111506C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1040923A1 (en) * | 1981-07-06 | 1990-08-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Doppler device for measuring radar effective scattering area |
| SU1281987A1 (en) * | 1984-05-04 | 1987-01-07 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Microwave flaw detector |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2242794C2 (en) * | 1998-08-27 | 2004-12-20 | Инфинеон Текнолоджиз Аг | Method for purchasing electronic data with use of data carrier and appropriate data carrier |
| RU2155420C1 (en) * | 2000-01-12 | 2000-08-27 | Акционерное общество закрытого типа "МаТИК - юрис групп" | Radio-wave absorbing coat, method for its production and controlling of its properties, and device for remote measurement of reflecting properties of coats on equipment in microwave range |
| WO2001052355A1 (en) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Leichenko, Stanislav Danilovich | Radioabsorbing coating, method for producing said coating and device for remote measuring, in the uhf range, reflection properties of coatings applied to objects |
| GB2375894A (en) * | 2000-01-12 | 2002-11-27 | Stanislav Danilovich Leichenko | Radioabsorbing coating method for producing said coating and device for remote measuring in the UHF range reflection properties of coatings applied to objects |
| GB2375894B (en) * | 2000-01-12 | 2004-06-23 | Leichenko Stanislav Danilovich | Radio absorbing coating, method for preparation thereof and device for remote measuring of reflective properties of the coatings on objects in microwave band |
| WO2005003742A1 (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Pavel Valentinovich Kandaurov | Control method for a dampening solution layer on a printing plate |
| WO2005054894A1 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-16 | Evgeny Nikolaevich Ananev | Method for producing the detailed radio-image of an irregularly-shaped object and device for carrying out said method |
| RU2278396C2 (en) * | 2004-09-03 | 2006-06-20 | 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации (5 ЦНИИИ МО РФ) | Device for calibrating surface radiolocation measuring complexes at small positioning angles |
| RU2292562C2 (en) * | 2005-03-09 | 2007-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НИИ "Экран" | Arrangement for measuring an angle of encounter of an active radar with a concentrated air target |
| RU2326400C1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-06-10 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Method of measurement of efficient scattering area of large dimension objects in polygon conditions |
| RU2337376C1 (en) * | 2007-07-10 | 2008-10-27 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Simulator of mobile radar target |
| RU2469348C2 (en) * | 2010-07-09 | 2012-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Radar high-frequency frequency-modulated doppler signal simulator |
| RU2510041C2 (en) * | 2012-03-20 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar system for measuring amplitude diagram of scattering cross-section of objects |
| RU2510042C2 (en) * | 2012-04-10 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar stand for measuring amplitude diagram of scattering cross-section of objects |
| RU2504800C1 (en) * | 2012-06-07 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of forming radio portrait of object by frequency division parallel processing |
| RU2527490C1 (en) * | 2013-05-06 | 2014-09-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина) (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of measuring scattering cross-section diagram of large objects over air/earth boundary surface |
| RU2741770C1 (en) * | 2020-03-04 | 2021-01-28 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Multibeam mirror antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5835054A (en) | Ultra wideband ground penetrating radar imaging of heterogeneous solids | |
| RU2111506C1 (en) | Device for remote measurement of reflecting properties of complex-form objects in shf range of radio waves | |
| US5796363A (en) | Automatic position calculating imaging radar with low-cost synthetic aperture sensor for imaging layered media | |
| Doviak et al. | Reflection and scatter formula for anisotropically turbulent air | |
| EP1338902B1 (en) | Object detection apparatus and method | |
| Gentile et al. | Vibration-based structural health monitoring of stay cables by microwave remote sensing | |
| US20080246647A1 (en) | Subsurface imaging radar | |
| US20090128395A1 (en) | Method for analysing a substance in a container | |
| CN103809175B (en) | On-site rapid assessment system for scattering properties of invisible planes | |
| Luzi et al. | The potential of coherent radar to support the monitoring of the health state of buildings | |
| Ewans et al. | On wave radar measurement | |
| RU2371730C1 (en) | Method of measuring scattering cross-section of objects and radar system to this end | |
| Sheen et al. | Foliage transmission measurements using a ground-based ultrawide band (300-1300 MHz) SAR system | |
| Gentile et al. | Radar-based measurement of deflections on bridges and large structures | |
| US8064737B2 (en) | Spatial bandwidth imaging of structural interiors | |
| RU2210789C2 (en) | Procedure measuring effective scattering surface of objects | |
| Morrow et al. | Effective imaging of buried dielectric objects | |
| US5808741A (en) | Method for remotely determining sea surface roughness and wind speed at a water surface | |
| Chung et al. | A microwave anechoic chamber for radar-cross section measurement | |
| RU2516221C2 (en) | Method of measuring scattering cross-section of objects and multiposition radar measurement system for realising said method | |
| Jayasri et al. | Radar cross section characterization of corner reflectors in different frequency bands and polarizations | |
| Florentino et al. | Implementation of a ground based synthetic aperture radar (GB-SAR) for landslide monitoring: system description and preliminary results | |
| Lee et al. | Experiments on Bragg and non‐Bragg scattering using single‐frequency and chirped radars | |
| Dehmollaian et al. | Analytical, numerical, and experimental methods for through-the-wall radar imaging | |
| RU2326400C1 (en) | Method of measurement of efficient scattering area of large dimension objects in polygon conditions |