Калінін В. І., Чапурскій В. В. Інститут радіотехніки й електроніки Російської академії наук (ІРЕ РАН) Пл. академіка Б. А. Введенського, 1, Фрязіно – 141190, Московська обл., Росія Тел / факс.: +7 (095) 5269049/7029572

Анотація – Розглянуто результати теоретичних та експериментальних досліджень з виявлення та ідентифікації повільно рухаються за допомогою широкосмугового шумового радіолокатора дециметрового діапазону хвиль з квадратурних каналами кореляційної обробки. Запропоновано фазово-чутлива схема межобзорной компенсації віддзеркалень від кластерів.

I. Вступ

В останні роки велика увага приділяється створенню нових технічних засобів для ведення боротьби з проявами тероризму і правопорушеннями. В ряду таких коштів особливе місце займають радіолокаційні пристрої виявлення рухомих суб’єктів за непрозорими перешкодами (стінами, дверима), при поганій видимості, або в складних погодних умовах. Пристрої повинні бути компактними, здатними просвічувати стіни з цегли та бетону і виявляти рух і фізіологічні сигнатури (дихання, серцебиття) людини [1].

В [2] описаний простий радіолокаційний «фо-нарь-локатор» (Radar flashlight), що працює на частоті 10.525 ГГц, що здійснює виявлення руху людини за дверима і призначений для оснащення поліцейських. Локатор не визначає дальність до об’єкта, тому що використовує немодуліро-ванне випромінювання. В [3] розглядається застосування радіолокаційних пристроїв для спостереження фізіологічних сигнатур суб’єктів під час проходження контрольних пунктів у митницях і аеропортах. Перераховані локатори не визначають координати, зокрема, дальність до суб’єкта. У той же час актуальність вимірювання дальності або просторових координат об’єкта очевидна. Виявлення і визначення дальності до об’єктів проводиться радіолокаторами, які випромінюють надкороткі імпульси [4]. Однак дальність дії короткоімпульсного локаторів обмежена через малу середньої потужності випромінювання, особливо при наявності загасання в перешкодах.

Середня потужність випромінювання для локаторів збільшується при використанні безперервних, шумових сигналів [5-7]. Однак цей спосіб вимагає теоретичної та експериментальної перевірки [6]. Поряд з перевагами шумові сигнали мають відомий недолік, що полягає в маскировании корисного сигналу. Корисний сигнал мети в певному елементі дальності знаходиться на шумовому фоні сигналів, відбитих від місцевих предметів, розташованих в інших елементах дальності і проникаючого сигналу передавача.

У доповіді розглядається використання широкосмугового шумовий РЛС в дециметровому 1-2 ГГц діапазоні хвиль для виявлення і однозначного виміру дальності до малорухомих об’єктів.

Розрішення по дальності для шумового локатора досягає 8г = 0.75-0.5 м при випромінюванні безперервного сигналу з рівномірною спектром в широкій смузі частот 200-300 мГц. Широкосмуговий радіолокатор з кореляційної обробкою шумових сигналів є досить чутливим до малих переміщень Аг & (0.01 -0.1) <5г мети всередині елемента дозволу. Для виявлення і виділення малорухомих цілей запропонована схема межобзорной компенсації шумових відбитків від кластерів. Наводиться теоретична оцінка необхідного відносини сигнал / шум на виході схеми межобзорной компенсації. Представлені результати експериментів по вимірам параметрів рухомих об’єктів на основі широкосмугового РЛС з кореляційної обробкою шумових сигналів і межобзорной компенсацією відбитків від нерухомих кластерів.

II. Межобзорная компенсація пасивних відображень у шумовий РЛС з кореляційної обробкою

Принцип межобзорной компенсації сильних відбиттів від кластерів і проникаючого сигналу передавача застосуємо до широкосмугових РЛС безперервного випромінювання при будь-якій формі зондуючого сигналу. Він заснований на аналізі сигнальних відгуків у строба дальності з урахуванням зміни фази цих відгуків. Для відбитків від нерухомих кластерів фазові набіги mov (де то – несуча частота, т, – час розповсюдження сигналу до / ‘-ого відбивача) постійні в часі і не змінюються від одного огляду інтервалу дальностей до іншого. Для малорухливих об’єктів навіть при дуже малому зміщенні Аг зміна фази відображень Аср = сооАг, Ат = 2zIr / с, виявляється досить значним. Ме-жобзорное віднімання сигнальних відгуків у кожному інтервалі дальностей призведе до компенсації відбитків від нерухомих предметів.

В шумовому локаторі при кожному запізнюванні опорного сигналу проводиться взаємно кореляційна обробка в двох квадратурних каналах. Для виділення слабких сигналів від повільно переміщаються об’єктів на тлі сильних відбитків від нерухомих кластерів застосовується фазо-чутливих-тельная компенсація відображень у кожному з квадратурних каналів. Після компенсації квадратур проводиться об’єднання різниць квадратур в схемі обчислення огинаючої.

Від традиційної шумовий РЛС з кореляційної обробкою запропонована схема відрізняється наявністю межобзорних компенсаторів в квадратурних каналах, синхронізованих в своїй роботі з періодом огляду в керованої лінії затримки. Вторинна обробка та накопичення усереднених сигналів після виходів АЦП виробляється в цифровій формі за допомогою швидкодіючих цифрових пристроїв. На відміну від [7] в аналоговій частини даної РЛС формування і випромінювання широкосмугових шумових сигналів, а також їх обробка в квадратурних каналах змішувачів проводиться безпосередньо на радіочастоті.

Важливим фактором для визначення можливості виявлення цілі на фоні місцевих предметів і проникаючого сигналу є величина відносини сигнал / шумова перешкода. У даній роботі виконано теоретичний аналіз маскирующего впливу сильних шумових відбитків від нерухомих кластерів і обчислено відношення з / п на виході кореляційного приймача (рис. 1).

Рис. 1. Вихідна відношення сигнал / перешкода [dB] у функції дальності до цілі при гауссовой формі спектра шумового сигналу.

Fig. 1. Output relation for signal/interference [dB] in function for range up to a target at Gauss shape of a noise signal

Наведені на рис. 1 залежно свідчать про достатньо високий вихідному відношенні сигнал / шум (порядку 40-50 дБ), що забезпечується за рахунок великого коефіцієнта накопичення в корелятор, рівного 2AfeT = 6×107, Де 2Afe – Ширина спектра сигналу і Твремя інтегрування.

III. Висновок

В цілому проведені дослідження та експерименти підтверджують можливість виявлення та ідентифікації малопомітних переміщаються об’єктів за допомогою широкосмугового шумового радіолокатора з квадратурних каналами кореляційної обробки та фазово-чутливої ​​схемою межобзорной компенсації сильних відбитків від нерухомих кластерів.

Робота виконана при частковій підтримці Російського фонду фундаментальних досліджень, проекти № 04-02-16536, № 03-07-90133.

IV. Список літератури

[1]  Through-wall sensor sought for personal detection – Jane’s International Defense Review, 2001.

[2]  Oman H. News from the 34-th International Annual Carnahan Conference 2000, Security Technology Developments, IEEE Aerospace and Electronic Systems magazine, April, 2001, № 4, pp. 11-21.

[3]  GrenekerE. F.. GeisheimerJ. L. The radar flashlight three years later: an update and developmental progress, Proceedings of the IEEE 34-th International Annual Carnahan Conference 2000 on Security Technology, pp. 257-259.

[4]  Barnes M. A.. Nag S.. Payment T. Covert situational awareness with handheld ultra-wideband short pulse radar – Proceedings of SPIE, Vol. 4374, 2001, pp. 66-77.

[5]  Kalinin V. Wideband interferometry with spectral analysis of noise signal, Proc. of the PIERS Workshop on Advances in Radar Methods, July 20-22, 1998, Italy, pp. 222-224.

[6]  Lukin K. A. Noise radar technology for short-range applications, Proc. of Intern. Conf. on Radar Systems, May 17-21, 1999, Brest, France.

[7]  Walton E. Future concepts for ground penetrating noise radar, Proc. of the PIERS Workshop on Advances in Radar Methods, July 20-22, 1998, Italy, pp. 141-144.

WIDEBAND NOISE RADAR FOR DETECTION OF SLOW MOVING OBJECTS

Kalinin V. I., Chapursky V. V.

Institute of Radio Engineering and Electronics of Russian Academy of Sciences IRE RAS Fryazino -141190, Moscow Region, Russia TeI./fax: (095) 5269049/7029572

Abstract – The results of the theoretical and experimental researches of L-band short-range radar with correlation processing of random noise sounding waveforms are presented. It is proposed the approach of inter-survey subtraction of clatters to detect and localize slow moving objects.

I.  Introduction

Last years the big attention in the world is given to creation of new instruments for struggle against manifestations of terrorism and offences. In a number of such instruments the special place is occupied by radar-tracking devices for detection of moving individuals behind opaque obstacles (walls, doors), at poor visibility, or in difficult weather conditions. The radar sensors should be compact, capable to look through brick or concrete walls and determine a movement and physiological signatures (breath, heart beating) of a person [1].

In [2] a simple radar flashlight is described. It operates on frequency 10.525 GHz and carries out the detection of the person movement behind a door and is intended as policemen equipment. Radar application for a supervision of physiological signatures is considered in [3]. The radar sensors [2, 3] used the non-modulated signals do not determine range up to the object. At the same time the urgency of the measurements of a range or two coordinates of an object is obvious. In many respects the decision of these problems is provided by ultra wideband (UWB) pulse radar’s [4]. However, a detection range of short pulse radar is limited in view of small average radiation power, especially at presence of attenuation in obstacles.

II.  Noise Radar with Inter-survey Subtraction

The possible way of the radiated average power increasing consists in the application of noise continuous waveforms [5-7]. Alongside with some advantage the noise continuous signals have the known defect consisting in a masking of a useful signal [6-7]. The useful return of the target in some range element takes place on a noisy background of the returns reflected from motionless objects, located in other range cells and on a background of noisy transmitter penetrating signal.

In this report a wideband noise radar is proposed for the detection of slow moving object behind the obstacles. The range resolution is achieved Sr = 0.50-0.75 m when radiated noise waveforms covers 200-300 MHz frequency bandwidth.

L-band noise radar with correlation processing is sensitive to a small displacement Jr«(0.01-0.1)^ of the target inside the range resolution cell Sr. The given circumstance allows applying in noise radar the offered in the report inter survey subtraction system for the rejection of motionless clatters.

The calculation results of signal-to-noise ratio as a function of range object R0 are presented in Fig. 1. The obtained data confirm the strong resistance of the noise radar against clatter returns and electromagnetic interference. The excellent SNR performance q ~ (40-60) dB is achieved at the expense of the use of noise continuous waveforms with the large value of the product 2^47=6×107, where 2Afe is the effective frequency bandwidth and T is the integration time.

The description of laboratory experiments with detection of the slow moving object behind the wall obstacle is given.

III.  Conclusion

As a whole the carried out researches and experiments confirm an opportunity of the detection and the identification of slowly moving objects with the help of wideband noise radar performed quadrature correlation processing with phase- sensitive inter-survey subtraction of clatter returns.

Анотація – Точність вимірювання кутових координат малопомітних радіолокаційних цілей збільшується за рахунок вибору оптимальної форми надкоротких імпульсів (СКІ). Оптимізація, проведена на основі відомих властивостей, що відображають цілей, дозволяє вибрати необхідне співвідношення між максимальним значенням СКІ і шириною ДН.

I. Вступ

Застосування СКІ дозволяє виявляти радіолокаційні об’єкти, які не можуть бути виявлені при використанні звичайних сигналів. До таких об’єктів належать мети, захищені над-широкосмуговими радіопоглинаючі покриттями. Їх виявлення стає можливим за рахунок низькочастотних складових СКІ, які відносно мало поглинаються покриттями.

Збільшення частки низькочастотних складових у спектрі покращує характеристики виявлення, але при цьому зростає ширина ДН і точність визначення кутових координат різко падає.

Актуальною стає задача синтезу СКІ з можливо великим вмістом низькочастотних складових при достатній точності вимірювання кутових координат.

II. Основна частина

В роботі [1] вирішена задача визначення спектра СКІ, що забезпечує максимальний рівень відбитого сигналу, прийнятого з напряму в = 0, що збігається з віссю антенної системи:

Введені позначення: Ur(0, t) – тимчасова залежність СКІ, fe(0, o)) і Цв, зі) – задані нормовані на КНД на кожній з використовуваних частот ДН при роботі на передачу і прийом; ЦСО) – підлягає визначенню комплексний спектр випромінюваного СКІ; R (з) – задана комплексна функція, що характеризує радіолокаційну мету.

Визначимо напівширину ДН во по рівню зниження максимуму сигналу в-ч / т “раз:

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»