stringtranslate.com

Радар SAFIRE

Спектрально -гибкий частотно-инкрементный реконфигурируемый радар ( SAFIRE ) — это устанавливаемая на транспортном средстве передовая георадарная система (FLGPR), предназначенная для обнаружения зарытых или скрытых взрывоопасных предметов. [1] [2] Она была разработана Исследовательской лабораторией армии США (ARL) в 2016 году как часть долгого поколения сверхширокополосных (UWB) и синтезированных апертурных радаров (SAR), созданных для борьбы с зарытыми наземными минами и СВУ . К прошлым итерациям относятся railSAR , boomSAR и радар SIRE . [3] [4]

Разработка

Радар SAFIRE изначально задумывался как ответ на растущую загруженность радиочастотного (РЧ) спектра из-за недавнего роста беспроводных технологий . В рамках усилий по улучшению существующей системы радаров SIRE, Исследовательская лаборатория армии США разработала радар SAFIRE как UWB-радар, который мог бы соответствовать или превосходить производительность радара SIRE при работе в перегруженных радиочастотных средах. Вместо импульсного UWB он был оснащен ступенчатой ​​частотной конструкцией для сохранения спектральной гибкости при сохранении минимальных требований к выборке АЦП. Радар SAFIRE также был разработан с возможностью высокой реконфигурируемости из-за его природы как экспериментального радара. [2]

Радар SAFIRE отличается от прошлых систем UWB SAR, разработанных ARL, таких как boomSAR и радар SIRE , тем, что он использует систему с ступенчатой ​​частотой, а не с коротким импульсом. Одной из основных проблем, вызванных природой радара SIRE как импульсной UWB системы, была его высокая восприимчивость к внутриполосным радиочастотным помехам (RFI) . [2] Напротив, радары с ступенчатой ​​частотой могут вырезать определенные частоты в пределах своего рабочего диапазона, что снижает помехи от соседних радиолокационных систем. Кроме того, диапазоны частот, в которых присутствуют RFI, можно легко удалить с помощью методов спектрального зондирования . [5] Кроме того, в то время как импульсные UWB радары, такие как радар SIRE, должны избегать передачи сигналов в определенных зарезервированных диапазонах частот, радары с ступенчатой ​​частотой обладают гибкостью для передачи сигналов, которые соответствуют любой спектральной форме, при условии, что отраженные сигналы обрабатываются для минимизации шума. [6] Полученные радиолокационные изображения этого подхода могут содержать полосы частот в рабочей полосе пропускания без каких-либо данных. [7]

Благодаря этим конфигурациям радар SAFIRE способен выполнять сверхширокополосные операции с сопоставимым разрешением по дальности и проникающей способностью, избегая при этом спектральных областей, перегруженных высоким содержанием радиочастот. [5] После завершения разработки радар SAFIRE был позже подвергнут серии полевых испытаний на засушливом армейском полигоне в 2016 и 2017 годах, где ему было поручено обнаружить несколько противотанковых мин, спрятанных по всему объекту и зарытых на разной глубине. [3] [6] Согласно результатам этих экспериментов, радар SAFIRE продемонстрировал способность обнаруживать и отображать наземные мины, ориентированные на борт, которые были зарыты в почву на глубине до 8 дюймов. [1]

Характеристики

Радар SAFIRE работает в диапазоне частот от 300 МГц до 2 ГГц с минимальным размером шага частоты 1 МГц. [2] Однако размер шага частоты может быть установлен пользователем и, как правило, регулируется скоростью транспортного средства, на котором установлена ​​система. [3] Хотя увеличение полосы пропускания может улучшить разрешение и отношение сигнал/помеха, разрешение радара SAFIRE было специально выбрано таким образом, чтобы быть сопоставимым с размерами типичной противопехотной мины (AP) . Радарная система использует супергетеродинную архитектуру для того, чтобы удерживать радиочастотные помехи дальше отделенными от принимаемого сигнала в пределах рабочего диапазона радара. Он также был разработан с возможностью высоконастраиваемого управления синхронизацией, где пользователь может выбирать время включения/выключения передачи и приема с разрешением 8,33 наносекунды. [7]

Антенны

Приемные антенны SAFIRE расположены в однородной линейной решетке, которая состоит из 16 антенн Vivaldi notch производства ARL . Две большие четырехгребневые рупорные передающие антенны ETS-Lindgen размещены над решеткой и отделены от приемных антенн радиопоглощающей пеной. [1] [7] Радиолокационная система может быть сконфигурирована для ориентации как вперед, так и вбок, но для этого требуется физическое вращение антенн Vivaldi notch. Напротив, рупорные антенны ETS-Lindgen могут быть электронно переключены между вертикальной и горизонтальной поляризацией . [3] Благодаря этой конфигурации система SAFIRE может собирать полностью поляриметрические данные. [6]

Передатчик

Передатчик состоит из двух каскадов смешивания, которые создают рабочую частоту путем смешивания трех сгенерированных сигналов. После фильтрации рабочая частота проходит через переключатель Tx-Enable, а затем через переключатель Tx-LR, оба из которых изготовлены из коммерческих готовых компонентов. Переключатель Tx-Enable отвечает за управление шириной импульса и рабочим циклом рабочей частоты, а также может отключать передатчик в режиме «только прослушивание». Когда радар SAFIRE не находится в режиме «только прослушивание», сигнал отправляется на переключатель Tx-LR, который используется для переключения между левым и правым передатчиками. Третий переключатель, называемый переключателем Tx-Pol, управляет тем, какой порт поляризации используется после усиления мощности, выполняемого печатной платой (PCB) производства ARL, которая встроена в интегральные схемы AD9249 . [1]

Приемник

Приемник отслеживает текущую рабочую частоту во время первой стадии смешивания с помощью ступенчатого гетеродина (LO) , который удерживается на постоянном смещении относительно ступенчатой ​​рабочей частоты. Эта первая стадия смешивания служит для сжатия рабочей полосы пропускания 1700 МГц в узкополосную ПЧ, которая затем усиливается и фильтруется. После усиления сигналы разделяются на четыре пути и подключаются к модулю Rx, который состоит из трех печатных плат и четырех каналов приемника. [1]

Камеры

Радар SAFIRE также оснащен двумя электрооптическими (EO) камерами Point Grey Flea 2G HD и двумя длинноволновыми инфракрасными (LWIR) камерами Xenics Gobi 640. Камеры EO способны обеспечивать разрешение 2448x2048 и частоту кадров 7,5 в секунду, в то время как камеры LWIR работают в диапазоне от 8 до 14 микрометров с чувствительностью 55 мК. [1] Данные, полученные с этих четырех камер, могут быть наложены на собранные данные радара для создания стереоскопического дисплея дополненной реальности для пользователя, который позволяет ему просматривать все данные датчиков одновременно. [1] [6] Кроме того, эти данные позволяют системе SAFIRE генерировать метрическую реконструкцию сцены с информацией о пространственной протяженности и близости присутствующих объектов. [6] Также были разработаны планы по объединению данных с камер EO и LWIR для создания трехмерных метрических сканов окружающей среды с информацией о глубине, цвете, термической и радиолокационной информацией для улучшения впечатлений пользователя от просмотра. [1]

Датчики положения и движения

GPS-приемник и инерциальный измерительный блок (IMU) встроены в радар SAFIRE для сбора и определения положения и перемещений платформы, когда она движется на вершине своего назначенного транспортного средства. Эта информация позволяет системе создавать изображения SAR с использованием метода визуализации обратной проекции радара. [3] [5]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefgh Фелан, Брайан; Рэнни, Кеннет; Ресслер, Марк; Кларк, Джон; Шербонди, Келли; Кирос, Гетачью; Харрисон, Артур; Галанос, Дэниел; Сапонаро, Филипп; Трейбл, Уэйн; Нараянан, Рам (11 мая 2017 г.). Рэнни, Кеннет I; Дорри, Армин (ред.). «Системные обновления и оценка производительности спектрально-гибкой, частотно-инкрементной реконфигурируемой системы радаров (SAFIRE)». Radar Sensor Technology XXI . 10188 : 1018812. Bibcode : 2017SPIE10188E..12P. doi : 10.1117/12.2266217. S2CID  125546077.
  2. ^ abcd Фелан, Брайан; Ранни, Кеннет; Галлахер, Кайл; Кларк, Джон; Шербонди, Келли; Нараянан, Рам (23 мая 2017 г.). «Проектирование сверхширокополосного радара со ступенчатым изменением частоты для визуализации скрытых целей». Журнал датчиков IEEE . 17 (14): 4435–4446. Bibcode : 2017ISenJ..17.4435P. doi : 10.1109/JSEN.2017.2707340. ISSN  1558-1748. S2CID  12721792.
  3. ^ abcde Ранни, Кеннет; Фелан, Брайан; Шербонди, Келли; Гетачью, Кирос; Смит, Грегори; Кларк, Джон; Харрисон, Артур; Ресслер, Марк; Нгуен, Лам; Нараян, Рам (1 мая 2017 г.). Ранни, Кеннет I; Дорри, Армин (ред.). «Первоначальная обработка и анализ данных переднего и бокового обзора с радара Spectrally Agile Frequency-Incrementing Reconfigurable (SAFIRE)». Radar Sensor Technology XXI . 10188 : 101881J. Bibcode : 2017SPIE10188E..1JR. doi : 10.1117/12.2266270. S2CID  126161941.
  4. ^ Догару, Траян (март 2019 г.). «Исследование визуализации для малого беспилотного летательного аппарата (БПЛА)-РЛС для обнаружения подземных зон: часть I – Методология и аналитическая формулировка» (PDF) . Исследовательская лаборатория армии CCDC .
  5. ^ abc "Final Report: Center for Advanced Algorithms" (PDF) . Defense Technical Information Center . 19 апреля 2018 г. Архивировано (PDF) из оригинала 4 ноября 2019 г. . Получено 4 ноября 2019 г. .
  6. ^ abcde Nguyen, Lam (4 мая 2018 г.). "Метод обработки сигналов для спектрально перегруженных и ограниченных сред с использованием сверхширокополосного радара с пошаговой частотой Исследовательской лаборатории армии США". В Doerry, Armin; Ranney, Kenneth I (ред.). Radar Sensor Technology XXII . Vol. 10633. p. 13. Bibcode : 2018SPIE10633E..0EN. doi : 10.1117/12.2305432. ISBN 9781510617773. S2CID  64741753 – через цифровую библиотеку SPIE.
  7. ^ abc Phelan, Brian (6 июня 2016 г.). «Теория, проектирование, анализ и реализация спектрально-гибкого частотно-инкрементного реконфигурируемого (SAFIRE) передового георадарного [sic] радара». Электронные диссертации и диссертации Penn State для аспирантуры . Получено 4 ноября 2019 г.