4.Уперше запропоновано та досліджено метод формування інформативних ознак для радіолокаційного розпізнавання рухомих наземних об'єктів в КХЧ ММД за допомогою адаптивного оброблення когерентних сигналів у площині “частота-час”. Показано, що результати розпізнавання практично не залежать від умов радіолокаційного спостереження, а вірогідність розпізнавання для типових наземних об'єктів (транспортні засоби, людина і тварина) не менша 80 %.

5.Уперше запропоновано і досліджено метод безконтактного вимірювання механічних вібрацій за допомогою когерентної РЛС ММД. Потенційна точність вимірювання визначається похибкою вимірювання робочої частоти РЛС, метод належить до класу абсолютних, а новизна розроблення підтверджена патентом.

Основні положення та результати дисертації мають значну практичну значущість, яка визначається ось чим:

1.Розроблений метод побудови когерентних систем ближньої і надближньої радіолокації в КХЧ ММД на основі автогенератора із високою навантаженою добротністю (наприклад ГДВ, генератор на ЛПД із зовнішньою стабілізацією та ін.) відрізняється значною простотою і практично впроваджений на підприємстві НДІ “ Оріон” при створенні зразків когерентних приймально-передавальних систем, що підтверджено Актом упровадження.

2.Розроблені методика і стенди для дослідження когерентних властивостей випромінювання генераторів КХЧ ММД дозволяють оцінювати властивості генераторів у лабораторних умовах без дорогих натурних іспитів у складі РЛС.

3.Досліджені характеристики швидкодії ГДВ в режимі модуляції прискорювальної напруги та при синхронізації зовнішнім сигналом, дозволяють оцінювати параметри когерентних РЛС на основі ГДВ.

4.Розроблені і практично створені когерентні вимірювальні РЛС у КХЧ ММД використані для проведення досліджень когерентних властивостей відбитих сигналів при виконання держбюджетних НДР у ІРЕ НАН України.

5.Досліджені характеристики поширення когерентних сигналів на приземних трасах, включаючи вплив флуктуацій турбулентної атмосфери, розсіювання рослинністю, опадами і об'єктами радіолокаційного спостереження дозволяють моделювати роботу систем ближньої і надближньої радіолокації в КХЧ ММД. На основі запропонованої моделі розроблена програма для розрахунку спектральних характеристик когерентних сигналів, відбитих від рослинності, яка передана підприємству “Холдингова компанія Укрспецтехніка” і використана при розробці РЛС “Ліс” і “Борсук”, що підтверджено Актом упровадження.

6.Розроблена модель розсіювання в сфокусованих хвильових пучках дозволяє розраховувати характеристики технологічних РЛС, а результати досліджень використані в держбюджетній НДР “Розвиток нових теоретичних і експериментальних засобів радіоінтроскопії”, N ГР 0198.U001473 [61], виконаної в ІРЕ НАН України.

7.Розроблена модель розсіювання крученими проводами високовольтних ліній передачі дозволяє здійснити моделювання характеристик виявлення навігаційними РЛС у КХЧ ММД для забезпечення безпеки повітряного руху в зоні високовольтних ліній електропередачі.

8.Розроблений метод формування інформативних ознак для радіолокаційного розпізнавання рухомих наземних об'єктів на базі адаптивного оброблення когерентних сигналів КХЧ ММД у площині “частота-час”, дозволило підвищити ефективність радіолокаційного давача руху для систем охоронної сигналізації.

9.Розроблені і практично створені зразки когерентних технологічних РЛС КХЧ ММД підтверджують ефективність когерентних систем надближньої радіолокації для проведення досліджень в області фізики горіння і вибуху, для технологічних цілей і в системах охоронної сигналізації, у тому числі:

-когерентна технологічна РЛС у діапазоні 70 ГГц для дослідження процесів горіння твердого і газоподібного палива для контролю його якості;

-когерентна технологічна РЛС у діапазоні 75 ГГц для контролю якості пароводяної суміші на вході турбогенераторів по розшаруванню багатофазного потоку за допомогою вимірювання спектра швидкостей водяних крапель;

-когерентна технологічна РЛС у діапазоні 35 ГГц і пакет прикладних програм для персонального комп'ютера для безконтактного вимірювання вібрацій. Результати іспитів розробленого давача в умовах промислової експлуатації на Державному підприємстві “Зміївська ТЕЦ” підтвердили практичну значущість виконаного розроблення, про що свідчить Акт іспитів;

-когерентна бістатична РЛС у діапазоні 35 ГГц для систем периметральної охоронної сигналізації, що не має “мертвої зони”, змонтована на території ряду організацій, що підтверджено відповідними актами впровадження;

-когерентно-імпульсна РЛС у діапазоні 35 ГГц для систем охоронної сигналізації винесених об'єктів, яка забезпечує автоматичне розпізнавання сигналів “порушник - випадковий перехожий” і “порушник - тварина”;

-когерентна РЛС для систем охоронної сигналізації винесених об'єктів на основі ГДВ з формуванням фазокодоманіпульованих сигналів з широкою базою у діапазоні 2 мм виявляє вантажний автомобіль, що рухається, на тлі відбиття від рослинності на відстані до 2 км, а пішохода на далекості не менш 800 м;

-когерентна РЛС на основі ГДВ з формуванням частотно-кодоманіпульованих сигналів у діапазоні 2 мм забезпечує випромінювання сигналів з широкою базою без застосування швидкодіючих фазових модуляторів.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Генераторы дифракционного излучения / Шестопалов В.П., Вертий А.А., Ермак Г.П., Скрынник Б.К., Хлопов Г.И., Цвык А.А. - Киев: Наук. думка, 1991. - 320с.

Хлопов Г.И. Когерентная радиолокация в миллиметровом диапазоне//Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники.- 1999.- N9.- C.3-27.

Карушкин Н.Ф., Касаткин Л.В., Коростелев В.С., Костенко А.А., Кузьмичев И.К., Хлопов Г.И., Шестопалов В.П. Влияние когерентных свойств излучения твердотельных генераторов СВЧ на характеристики технологических доплеровских РЛС // Твердотельные генераторы и преобразователи миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. - Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. АН Украины. - 1989.- C.108-119.

Кузьмичев И. К., Ревин И. Д., Скрынник Б. К., Хлопов Г. И., Шестопалов В. П. Экспериментальное исследование ГДИ в режиме синхронизации внешним сигналом // Научное приборостроение в мм и субмм диапазонах радиоволн.- Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. АН Украины. - 1982.- C.18-26.

5.Кучеренко С.Н., Лукин К.А., Скрынник Б.К., Хлопов Г.И., Шестопалов В.П. Исследование переходных процессов в генераторах дифракционного излучения // Изв. вузов. Радиофизика.- 1988.- Т. 31, N1.- C.79-85.

6.Кучеренко С.Н., Лукин К.А., Скрынник Б.К., Хлопов Г.И. Переходные процессы в генераторе дифракционного излучения при частотной модуляции колебаний // Изв. вузов. Радиофизика.- 1988.- Т. 31, N9.- C.1066-1073.

7.Коростелев В.С., Кучеренко С.Н., Хлопов Г.И., Якимчук Ю.В. Применение вращающихся уголковых отражателей для калибровки доплеровских РЛС миллиметрового диапазона // Радиотехника.- Харьков: Из-во “Основа” при Харьковском. Ун-те.- 1990.-Вып.92.- C.17-23.

8.Горелов В.Н., Коростелев В.С., Хлопов Г.И., Шестопалов В.П. Разработка когерентной технологической РЛС миллиметрового диапазона на основе ГДИ // Научное приборостроение в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. -Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. АН УССР. - 1988.- C.120-129.

9.Khlopov G.I. Measuring of Millimeter Wavelength Scattering Characteristics of Diffuse Objects//Telecomm. and Radio Engineering.-1997.-Vol.51.-N2-3.-P.81-84.

10.Вирченко В.Л., Костенко А.А., Кузьмичев И.К., Хлопов Г.И. Чувствительность приемника твердотельной гомодинной РЛС миллиметрового диапазона в области инфранизких доплеровских частот // Твердотельные генераторы и преобразователи миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. - Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. АН УССР. - 1989.- C.78-81.

11.Андреев Г.А., Коростелев В.С., Фролова Е.В., Хлопов Г.И. Флуктуации набега фазы при распространении волн миллиметрового диапазона в приземном слое атмосферы // Распространение радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. - Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. АН УССР.- 1989.- C.38-45.

12.Коростелев В.С., Хлопов Г.И., Шестопалов В.П. Экспериментальные исследования спектров когерентных сигналов, отраженных от снегопада в диапазоне 140 ГГц // Изв. вузов. Радиофизика.- 1991.- Т. 34, N3.- C.227-233.

13.Khlopov G.I. The Spectra of Coherent Miliimeter Wave Signal Reflected from Hydrometeors // Telecommun. and Radio Engineering.- 1997.- Vol. 51, N1.- P.17-24.

14.Коростелев В.С., Хлопов Г.И., Шестопалов В.П. Экспериментальное исследование спектральных характеристик когерентных сигналов, отраженных от растительности в коротковолновой части миллиметрового диапазона // Изв. вузов. Радиофизика.- 1990.- Т. 33, N8.- C.895 - 901.

15.Хлопов Г.И. Спектральная модель когерентных сигналов миллиметрового диапазона, отраженных от растительности // Вестн. Москов. ун-та., Cер. 3. Физика и Астрономия. -1994.- Т. 35, N4. - C.86 - 92.

16.Khlopov G.I., Martynyuk S.P. Spectral characteristics of the coherent millimeter-wave radar echoes from humans in motion // Telecommunications and Radio Engineering.- 1997.- Vol. 51, N1.- P.9-16.

17.Khlopov G.I. Expansion of the Directivity Pattern of Millimeter Band Beamguide Feeds // Telecommunications and Radio Engineering.- 1998.- Vol. 52, N3.- P.37-40.

18.Хлопов Г.И. Отражение волн миллиметрового диапазона от проводов высоковольтных линий электропередач // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины.- 1996.- N1.- C.125-128.

19.Могила А.А., Хлопов Г.И., Шестопалов В.П. Траекторный спектральный анализ //Радиотехника.- Харьков: Изд-во при Харьк. Гос. Ун-те.- 1989.- Вып.91.-C.86-93.

20.Дзюбан В.Г., Могила А.А., Хлопов Г.И. Формирование пространства признаков при распознавании электрических сигналов // Радиотехника.- Харьков.: Изд-во “Основа” при Харьк. Гос. Ун-те.- 1990.- Вып.95.- C.18-24.

21.Разсказовский В.Б., Хлопов Г.И. Особенности формирования признаков для радиолокационного распознавания в миллиметровом диапазоне // Радиотехнические системы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.- Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР, 1991.- C.5 - 32.

22.Хлопов Г.И. Формирование информативных признаков когерентных сигналов миллиметрового диапазона в частотно-временной области // Научное приборостроение в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах радиоволн. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР, 1992. - C.102-109.

Хлопов Г.И., Шестопалов В.П. Локальная когерентность сигналов, рассеянных сложными объектами и их адаптивная обработка в технологических РЛС миллиметрового диапазона // Применение радиоволн мм и субмм диапазонов. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР, 1990.- C.85 - 93.

24.Алексеев А. Ф., Быстров Р. П., Мартынюк С. П., Самойлов С. И., Хлопов Г. И., Шестопалов В. П. Обнаружение осциллирующего объекта РЛС миллиметрового диапазона//Электромагнитные волны и электронные системы.-1997.-N2.-С.74-78.

25.Хлопов Г.И., Ядчук К.А. Компенсация движений радара при дистанционном измерении вибраций // Радиофизика и электроника. -Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. - 2000.- Т.5, N2.- С.103 - 108.

26.Khlopov G.I., Yadchuk K.A. Remote Measurements of Vibrations by Manpack Radar Detector // Telecommunications and Radio Engineering.- 2001.-Vol. 55, N2.-P.43-51.

27.Герасименко В.Е., Калекин О.Ю., Костенко А.А., Кузьмин Д.В., Лагуна К.Б., Мартынюк С.П., Хлопов Г.И., Шихов А.Б. Применение дистанционных радиофизических методов для изучения процессов горения // Научное приборостроение в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. -Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР. - 1988.- C.113-120.

28.Мартынюк С.П., Костенко А.А., Хлопов Г.И. Влияние диэлектрического окна на характеристики апертурных антенн миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн // Радиотехника и электроника.- 1989.- Т. 34, N7.- C.1365-1370.

29. Khlopov G.I., Gudkov V.P. Millimeter Quasioptical Antenna for Superlow-Range Surveillance Radars//Telecommun. and Radio Engineering.-1997.-Vol.51,N 10.-P.1-4.

30.Bezborodov V.I., Kostenko A.A., Khlopov G.I., Yanovski M.S. Quasi-Optical Antenna Duplexers // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. -1997.- Vol. 18, N7.- P.1411-1422.

Костенко А.А., Хлопов Г.И. Исследование крестообразного разветвления квазиоптических волноводов // Квазиоптическая техника миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. -Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР.- 1989.- С.83-89.

32.Кечиев М.М., Кириленко А.А., Костенко А.А., Туловчиков В.С., Тысик Б.Г., Филатов О.Н., Хлопов Г.И. Металлодиэлектрические поляризаторы квазиоптических делителей мощности // Элементная база, приборы и техника миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. -Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР. - 1990.- C.134-140.

33.Пат. 99084642. Украина, МКИ G01H 9/00 Пристрій для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань / Г.И. Хлопов // (Бюлетень N2).-2001.-N2.- с.7.

АНОТАЦІЯ

Хлопов Г.І. Когерентні системи ближньої радіолокації міліметрового діапазону.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.17 - радіотехнічні та телевізійні системи. -Харківський національний університет радіоелектроніки, м. Харків, 2002.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми - створення когерентних систем ближньої та надближньої радіолокації в короткохвильовій частині міліметрового діапазону, засноване на розробленні методів формування та обробки сигналів із урахуванням особливостей при генеруванні, поширенні та розсіюванні випромінювання у КХЧ ММД.

Розглянуті наступні задачі: установлення критерію когерентності випромінювання передавального пристрою, закономірності поширення і розсіювання сигналів на приземних трасах, включаючи флуктуації фазового набігу, відбиття від опадів, рослинності і складними об'єктами, а також у сфокусованих пучках. Крім того, розроблено метод розпізнавання рухомих наземних об'єктів, а також створено технологічні РЛС і давачі для систем охоронної сигналізації.

Ключові слова: когерентна система, ближня радіолокація, міліметровий діапазон, опади, рослинність, розпізнавання, технологічна РЛС.

АННОТАЦИЯ

Хлопов Г.И. Когерентные системы ближней радиолокации миллиметрового диапазона. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы. -Харьковский национальный университет радиоэлектроники. г. Харьков, 2002.

В диссертации приведено теоретическое обобщение и новое решение научной проблемы -создание когерентных систем ближней и сверхближней радиолокации в коротковолновой части миллиметрового диапазона, основанное на разработке методов формирования и обработки сигналов с учетом особенностей при генерировании, распространении и рассеянии излучения КВЧ ММД.

Полученные результаты позволяют улучшить эффективность когерентных РЛС в КВЧ ММД при формировании когерентных сигналов, фильтрации пассивных помех от осадков и растительности, при радиолокационном распознавании, а также при создании нового класса когерентных систем сверхближней радиолокации - технологических РЛС.

Целью диссертации является установление закономерностей при генерировании, распространении и рассеянии когерентного излучения КВЧ ММД, создание на их основе методов формирования и обработки сигналов, а также когерентных систем ближней и сверхближней радиолокации. В работе рассмотрены следующие задачи: установление критерия когерентности излучения передающего устройства в системах ближней радиолокации, установление закономерностей распространения и рассеяния когерентных сигналов на приземных трасах, включая флуктуации фазового набега, отражения от осадков, растительности и сложных объектов, а также рассеяние в сфокусированных волновых пучках, распознавание наземных движущихся объектов, разработка когерентных систем сверхближней радиолокации, в том числе технологических РЛС и систем охранной сигнализации.

Показано, что оценкой когерентности излучения РЛС является модифицированная структурная функция частотных флуктуаций, которая обобщает полученные ранее оценки на случай нестационарных флуктуаций, а требованиям систем ближней радиолокации наиболее отвечают генераторы СВЧ с высокой нагруженной добротностью колебательной системы и малым значением электронного смещения частоты. Кроме того, флуктуации набега фазы на трассе распространения практически не влияют на работу систем ближней радиолокации, измеренные распределения параметров когерентных сигналов, отраженных от осадков доказывают улучшение наблюдаемости объектов в осадках, по сравнению с сантиметровым диапазоном, а предложенная модель спектра сигналов, отраженных от растительности с достаточной точностью описывает экспериментальные данные. Измеренные характеристики сигналов, отраженных от пешехода, транспортных средств, витых проводов ЛЭП, а также типовых малоразмерных объектов в сфокусированных волновых пучках, позволяют рассчитывать характеристики их обнаружения на фоне пассивных помех естественного происхождения. Разработанный метод радиолокационного распознавания движущихся наземных объектов с использованием их радиоакустических портретов позволяет обеспечить достоверность их распознавания не хуже 80 %.

В результате выполненных в диссертации исследований разработаны и созданы ряд когерентных систем сверхближней радиолокации, в том числе: для исследования процессов горения, взрыва и пароводяной смеси в турбогенераторах, для бесконтактного измерения вибраций и системы охранной сигнализации.

Развитый в диссертации новый подход к проблеме осуществления когерентной радиолокации в КВЧ ММД базируется на локальной когерентности сигналов, которая предполагает сохранение жестких фазовых соотношений в течении короткого интервала времени, который, тем не менее, значительно превышает время распространения сигнала до цели и обратно. В этом случае полная реализация отраженного сигнала может иметь достаточно сложную стохастическую структуру, включая нестационарный характер.

Ключевые слова: когерентность излучения, система ближней радиолокации, спектр отраженных сигналов, растительность, осадки, движущийся объект, распознавание, технологическая РЛС, охранная система.

SUMMARY

Khlopov G. I. Coherent systems of near range radar in millimeter band. -Manuscript.

Thesis for doctor degree by speciality 05.12.17 - Radio Engeneering and Television Systems. -Kharkiv National Uneversity of Rafio Electronics, Kharkov, 2002.

The thesis is devoted to theoretical generalization and new solution of science problem - design of coherent near and super-near range radar of short wave millimeter band (SWMMB) which based on development of methods of forming and signal data processing, taking into account features under generation, propagation and scattering of signals.

The following problems were considered: criteria of transmitter coherency, principles of signal propagation and diffusion at surface-bounded paths, including phase taper, reflection from hydrometers, vegetation, complex objects and in focused beams. Besides the method of recognition of moving a ground target is developed, technological radar and sensors for alarm systems were designed.

Key words: coherent radar, millimeter band, hydrometeors, vegetation, recognition, technological radar, alarm system.

Хлопов Григорій Іванович

Відповідальний за випуск А. А. Костенко

Підписано до друку 10 грудня 2002 р.

Формат 60х90/16. Папір офсет. Ум. друк. арк. 1,5. Замовлення N 63

Тираж 100 прим.

Ротапринт ІРЕ ім. О. Я. Усикова НАН України.

м. Харків-85, вул. Акад. Проскури

Размещено на Allbest.ru