Основы радиолокации

Учебный шумовой радиолокатор «Skyradar Pro»

Учебный шумовой радиолокатор построен на основе проверенных модулей для учебных радиолокаторов К-диапазона. Он работает как импульсный шумовой радиолокатор, имеет центральную рабочую частоту 24 ГГц и ширину полосы частот 8 ГГц. Излучаемая мощность составляет всего 5 дБм и, таким образом, в большинстве стран этот радиолокатор не требует специального разрешения как сверхширокополосный. Такая свобода вызвана тем, что нет измерительных приборов, которые могли бы регистрировать излучение в виде небольшой группы нескольких импульсов в секунду, каждый из которых имеет длительность в нижнем пикосекундном диапазоне.

Структура

Учебный шумовой радиолокатор может быть развернут в составе нескольких рабочих мест. Одно из них обладает специальными свойствами (например, управление антенной) и может использоваться инструктором для демонстрации. Изображение его экрана может воспроизводиться с помощью проектора и будет видно всем участникам курса. Предусматриваются также дополнительные рабочие места для обучающихся. Они могут свободно менять параметры «своего» канала приемника радиолокатора индивидуально или попарно с рабочего места. Необработанные данные от учебного шумового радиолокатора передаются на рабочие места обучающихся через беспроводную локальную вычислительную сеть.

Технические характеристики

Bild 2: PPI-scope des Noiseradar, die Geometrie des Schulungsraumes ist auf dem PPI-scope gut erkennbar.

Bild 2: PPI-scope des Noiseradar, die Geometrie des Schulungsraumes ist auf dem PPI-scope gut erkennbar.

Радиолокатор может работать в учебном классе на расстоянии до 9 метров с разрешением по дальности в несколько сантиметров. Это разрешение зависит также и от разрешения экрана. Максимальная дальность 9 метров при ширине полосы частот 8 ГГц ограничено количеством ячеек дальности, которое, в данном случае, равно 256. Это, в свою очередь, определено используемой программируемой интегральной микросхемой (FPGA). На практике достигается разрешение по дальности около 7 сантиметров, чего достаточно для использования в классе. Это связано с тем, что в силу своих геометрических размеров большинство отражающих объектов занимают несколько ячеек дальности. При уменьшении ширины полосы частот может достигаться большая дальность действия, однако одновременно с этим ухудшается разрешающая способность. Максимальная дальность действия зависит также от максимально возможной мощности передатчика. Эта мощность фиксирована и определяется используемой микросхемой.

Антенна

Антенна представляет собой простую изогнутую параболическую антенну. Она фокусирует луч рупора только в азимутальной плоскости. С отражателем антенны следует обращаться очень осторожно. Допустимая величина его деформации составляет около λ /64, что при длине волны 12 миллиметров соответствует значению около 0,2 миллиметра. В центре отражателя (то есть в месте, где возникает максимальная плотность мощности) поверхность усиливается двумя поперечинами и, таким образом, деформация невозможна. Параболическое зеркало формирует луч шириной около одного градуса. Таким образом, при работе в классе на экране радиолокатора могут отображаться стены, окна и мебель, а также присутствующие люди. Даже лежащие вокруг инструменты могут надежно обнаруживаться радиолокатором. Однако, упомянутое значение ширины луча в один градус следует понимать с осторожностью. Даже при идеальной параллельности всех частей отраженной от зеркала энергии сфокусированный луч не может быть существенно уже, чем сам отражатель. Это приводит к тому, что в ближней зоне луч, сформированный антенной, имеет линейную ширину около 70 сантиметров (так же как и сам отражатель).

Режимы работы

В шумовом радиолокаторе расстояние между отражателем и приемопередатчиком можно менять. Таким образом, части отраженной энергии не обязательно будут распространяться параллельно друг другу. Расстояние между приемопередатчиком и зеркалом может быть несколько больше фокусного, то есть облучатель при этом будет вынесен из фокуса антенны. Теперь параболический отражатель будет фокусировать излучаемую энергию в некоторой точке, например, на расстоянии 5 метров. Вблизи этой точки может быть достигнута значительно лучшая разрешающая способность по углу.

Движение антенны можно настроить как в режим кругового обзора (360º) так и в режим сканирования в некотором заданном секторе (например, в режиме радиолокатора сопровождения). Программное обеспечение позволяет отображать радиолокационную информацию на индикаторе типа А, индикаторе кругового обзора или на индикаторе типа В. Шкала Х индикатора типа В может быть проградуирована в угловых единицах измерения или в единицах времени. (Представление во времени часто используется в радиолокаторах подповерхностного зондирования). Могут включаться различные фильтры, которые оптимизируют изображение на устройстве отображения. Свободный выбор функции, реализующей временную автоматическую регулировку усиления, а также широкий диапазон управления порогами (обнаружения и шумоподавления) дают возможность обучающимся устанавливать оптимальное соотношение сигнал-шум на своем индивидуальном дисплее. Таким образом, они могут повышать вероятность обнаружения и изучать влияние фильтров и порогов.

Окончательную сборку и распространение радиолокатора в настоящее время выполняет компания Köster Systemtechnik. Существует также вариант исполнения «Skyradar Pro», в котором используется программное обеспечение на основе HTML и Javascript.