Ретрансляційний метод роботи прецизійних радіолокаційних систем технічної діагностики

Исследования взаимодействия радиоволн со средой распространения и отражающими объектами внутри энергетических и других предприятий (шифр “Волна”) / Отчет о научно-исследовательской работе / ИРЭ им. А.Я.Усикова НАН Украины, Гос. уч. № 0201V001035, №ГР 0198U001469, Харьков, 2000. 197 с.

Анотація

Величко Д.А. Ретрансляційний метод роботи прецизійних радіолокаційних систем технічної діагностики. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.17 - радіотехнічні та телевізійні системи. Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, Харків, 2001.

У дисертації запропоновано і розроблено новий, ретрансляційний метод роботи прецизійних радіотехнічних систем технічної діагностики, які призначені для роботи в таких умовах, коли основний внесок в помилки вимірювання роблять інтенсивні перешкоджаючі відбиття від сторонніх предметів. Новий метод дозволив приглушити на десятки децибел перешкоджаючі відбиття з області, розташованої за межами основної пелюстки діаграми спрямованості антен. Були отримані співвідношення, що визначають прийнятий сигнал при застосуванні нового методу, розроблені способи виділення інформаційних параметрів сигналу і зниження похибок, які викликані недостатньо приглушеними компонентами спектра. Експериментально досліджені приглушення перешкоджаючих відбиттів, запропоновані схеми різних вимірювачів, оцінені їх характеристики.

Ключові слова: радіотехнічні системи, перешкоджаючі відбиття, спектр, характеристика, приглушення, ретранслятор.

Аннотация

Величко Д.А. Ретрансляционный метод работы прецизионных радиотехнических систем технической диагностики. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы. Харьковский государственный технический университет радиоэлектроники, г. Харьков, 2001.

В диссертации предложен и разработан новый, ретрансляционный метод работы прецизионных радиотехнических систем технической диагностики, предназначенных для работы в таких условиях, когда основной вклад в ошибки измерения вносят интенсивные помеховые отражения от посторонних предметов. Новый метод позволил подавить на десятки децибел помеховые отражения из области, расположенной за пределами основного лепестка диаграммы направленности антенн. Были получены соотношения, определяющие принятый сигнал при применении нового метода, разработаны способы выделения информационных параметров сигнала и снижения погрешностей, вызванных паразитными компонентами спектра. Экспериментально исследованы подавления помеховых отражений, предложены схемы построения различных измерителей, оценены их характеристики.

Ключевые слова: радиотехнические системы, помеховые отражения, спектр, характеристика, подавление, ретранслятор.

The summary

Velichko D.A. A retransmission method of technical diagnostic precise radio engineering systems operation. - The manuscript.

Thesis for a candidate degree in speciality 05.12.17 - radio engineering and television systems.

An engineering sciences Ph. doctorate dissertation on speciality 05.12.17 - radio engineering and television systems. The Kharkov state technical university of radio electronics, Kharkov, 2001.

In the dissertation on the basis of spatially-temporal filtration methods the new, retransmission method of precise radio engineering systems operation is proposed. This method is intended for systems operation in such conditions, when the main contribution to measurement errors is made by intensive interfering reflections from foreign objects.

The idea of the method is based on the following - from all signals, radiated by the transceiver and reflected by all objects in radiation zone, selection system filtered only those, which are falling in the restricted space area. This area is determined by the aperture of the special antenna, which output is connected to the retransmitter converter. In the converter, one of the radio echo parameters - a frequency, is changed deliberately. The changes, i.e. a frequency shift of all spectral components, much more surpass a maximum frequencies of spectrum fluctuations, which arise at reflection from the set of surrounding scatterers or from any of foreign objects. The changed signal is radiated by the retransmitter in opposite direction, for the second time is reflected from the object and comes in the transceiver, where the system of selection filtered a desired signal, using the information about transformations in the retransmitter. The double radio wave passing along the route, on influence a radio echo phase, is equivalent to shortening carrier wave length and results in increasing a measurement accuracy of small changes of the distance up to observed object.

The mathematical model of the proposed system is created. The mode of system operation is continuous radiation with harmonic frequency modulation and phase compensation method of frequency shift. The model is designed for both signal ideal transformation in the retransmitter and case of existence a parasites spectral components, arising at the time of frequency shift. Relations determining received signal are obtained, the ways of signal information parameters selection are designed, the errors introduced at the expense of parasites spectral component are determined. The property of errors asymmetry, cased by spectrum parasites components, is revealed and the ways of these errors decreasing are proposed.

On the basis of theoretical estimations and experimental results it is shown, that the suppression of clutter amplitudes is determined by the product of squares of the transceiver and retransmitter antennas directional patterns. In a millimeter-waves range retransmission meter the level of clutter suppression on 55…60dB exceeds clutter suppression in usual radar meter. The high suppression of interfering reflections allows one to come nearer to implementation potential accuracy of radio engineering systems (RES).

Recommendations concerning the design schemes of different diagnostic RES are developed: the meters of vibrations, impurities concentration, thickness and length of the hire products, level gauges are discussed. The signal characteristics for systems monitoring distance up to a plane, presented by a set of elementary reflectors, are obtained analytically. Relations for carrier wave phase incursion change versus orientation and sizes of reflecting site are determined. For radar case of the approaching or eliminating objects control, the relations for energy averaged value of the received signal versus the value of accumulation interval are obtained. The energy limiting value for this case is determined. An interval, when the stored energy value becomes comparable with its limiting one, noticeably exceeds an interval of averaging the errors, called by field mirror or diffuse components at multi path radio waves propagation.

The retransmission RES parameters experimental estimation in laboratory conditions has shown, that the errors of vibrations measurement were about tenth fractions of micron, errors of thickness measurement about 15 microns. The estimations, made on the basis of experimentally obtained values of output signal phase fluctuations, have shown, that the measuring error of interception coefficient value will make the tenth fractions of n-unit, equal to 10^-6 of interception coefficient of the standard troposphere. The level gauge, designed on the base of retransmission method, can be realized as a multi scale meter. Its error is estimated by value about 0,1% of an interval of uniqueness measurement.

Thus, on the basis of theoretical and experimental researches it was shown, that a designed method, application of millimeter-waves range and the combination of signal processing techniques allow one to realize precise measurements in conditions with intensive interfering reflections from foreign objects.

Keywords: radio engineering system, interfering reflections, spectrum, characteristic, suppression, retransmitter.

Размещено на Allbest.ru