Домбек М. Г, Андріянов А. В. Нижегородський Державний Технічний Університет 603600, Н. Новгород, МСП-41, Росія Тел.: (8312) 367880; e-mail: dombek@nntu.nnov.ru


Анотація В роботі розглянута методика корекції результатів вимірювань підповерхневого зондування за допомогою багатоканальної антеною решітки. Компенсація паразитного сигналу зв’язку антен, методом віднімання, склала близько 30 дБ при центральній частоті зондування 2 ГГц.

I. Ведення

Перспективним напрямком підповерхневого зондування є використання багатоканальних радарів [1]. При цьому істотно підвищується продуктивність і з’являється нова можливість отримання додаткової інформації за рахунок обробки сигналів від декількох просторово рознесених антен.

Основна відмінність апаратної частини багатоканального радара полягає у використанні антеною решітки (АР) для випромінювання і прийому зондувальних сигналів. У процесі руху необхідно стабілізувати становище антеною решітки та усувати паразитне проходження сигналів. При цьому програмне забезпечення багатоканального радара має ряд особливостей, пов’язаних з необхідністю враховувати взаємодію антен і здійснювати одночасний аналіз сигналів від декількох каналів. В роботі розглянуті методи стабілізації становища реєстрованих сигналів, необхідні для калібрування АР з метою компенсації паразитних сигналів і для управління її просторовим становищем.

II. Основна частина

Для компенсації помехових сигналів перехресних зв’язків антен, нами використовується наступна методика:

– Антенний блок розгортається у вільний від відбивають об’єктів простір;

– Сигнали, що реєструються з усіх каналів, запам’ятовуються в ОЗУ;

– З сигналу кожного каналу віднімається, запомненний (фоновий) сигнал.

Процес взяття фонової реалізації виконується при включенні приладу.

Використання методу вимагає утримання середньої лінії сигналів і затримки сигналу генератора зондувальних імпульсів (ГЗІ), за деякою опорної реалізації, при цьому вирішальне значення має амплітудна і тимчасова стабільність сигналів.

Для стабілізації сигналів нами використовується регулювання затримки і положення нульової лінії стробоскопічного перетворювача (СП), реалізована через програмовані регістри.

Стабилизируемую значення сигналів, які будуть утримуватися, фіксуються при запуску програми. При цьому розраховуються параметри доЗп, / < даідля алгоритму регулювання

Відстань елементів антенного блока до поверхні, розраховується за наступною формулою:

h = {h-h)’c>                                                                  (3)

де t1 затримка сигналу, відбитого від розкриву антени;

t2 затримка сигналу, відбитого від земної поверхні;

с швидкість розповсюдження електромагнітних коливань у вільному просторі.

В узагальненому вигляді алгоритм стабілізації площині АР виглядає наступним чином:

– Обчислюється середнє значення висоти АР:

де hCp усереднене відстань до еквівалентної поверхні, паралельній площині АР

N число елементів АР;

– На останньому кроці обчислюємо корекцію для виконавчих механізмів (ІМ), що здійснюють вирівнювання АР.

Для ІМ, закріплених за краї АР корекція обчислюється заформулою:

де hK0P величина зміни висоти країв антеною решітки, ІМ стабілізаторів.

III. Висновки

В роботі розглянута методика корекції результатів вимірювань підповерхневого зондування за допомогою багатоканальної антеною решітки. Компенсація паразитного сигналу зв’язку антен, методом віднімання, склала близько ЗОдБ при центральній частоті зондування 2 ГГц.

Похибка вимірювання затримки імпульсних сигналів, методом знаходження перетину дотичної з середньою лінією склала 10 пс.

IV. Список літератури

[1] Андріянов А. В., Пушник Н. А. Про перспективи застосування багатоканального радара при обстеженні автомобільних доріг. Матеріали міжнародної науково-практичної конференції «георадари-дороги 2002 ». Архангельськ, 26-28 листопада 2002 р., с.46-48.

SUBSURFACE MULTI-CHANNEL RADAR DATA PROCESSING

Andriyanov A. V., Dombek M. G.

Nizhny Novgorod State Technical University GSP-41, Nizhny Novgorod, Russia, 603600 phone: +7 (8312) 367880 e-mail: dombek@nntu.nnov.ru

Abstract A promising area in subsurface sensing is the implementation of multi-channel radars [1], which substantially increases efficiency and offers opportunities for obtaining additional data as a result of signal processing from several spaced antennas.

A peculiar feature of multi-channel radar equipment is the implementation of antenna arrays for emission and reception of sensing signals. During flight the position of arrays has to be stabilized and signal feedthrough has to be eliminated. The multi-channel radar software has certain peculiarities due to the necessity of taking into account the interaction of antennas and analyzing simultaneously signals arriving from several channels. The paper discusses the techniques of stabilizing the positions of registered signals necessary for array calibration in order to eliminate spurious signals and to control the spatial position ofthe array.

We have used the following techniques to compensate for the spurious signals of antenna cross-talk coupling:

the antenna unit rotates in the space free from reflecting objects;

signals recorded from all channels are stored in RAM; from each channel signal the saved (background) signal is subtracted.

The process of background sampling is performed at the device activation.

This technique requires retaining the signal centerline and signal delay of the sensing pulse oscillator (SPO) at a certain reference instantiation. Here the frequency and temporal stability of signals is of paramount importance.

To stabilize signals we control the SPO delay and the zero line offset of a stroboscopic converter (SC) through programmed registers. Stabilized signal values to be retained are read at the program launch.

If multi-channel antenna arrays are used, the parallelism between the array plane and the earth surface should be retained, as well as the distance between the array and the earth surface. We have implemented an algorithm of the array plane rotation based on the data about the distance from the ground for each element of the array. This data may be obtained from reflectograms for each channel.

The main problem here is that the pulse origin lies below a self-noise level. We have applied a technique to determine the delay which implies finding the intersection between the tangent and the centerline (See Fig. 1). The threshold value for the point З is selected to be 5-10 times larger than the self-noise level of the recording unit. The threshold value ofthe point В is selected as YB = 2YC.

This paper deals with corrective techniques for measurements data obtained in the process of subsurface sensing implementing multi-channel antenna arrays. The compensation of spurious signals was about 30dB at the central sensing frequency of 2GHz. The measurement inaccuracy of pulse signal delay when using the technique of intersecting tangents and centerlines was 10ps.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.