Обработка сигнала в радиолокаторе подповерхностного зондирования железнодорожного полотна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

обработка сигнала в радиолокаторе подповерхностного зондирования железнодорожного полотна

К.Н. Чугай, НИИ Вооруженных Сил

Аннотация

В докладе рассматриваются подходы к обработке принятого сигнала в радиолокаторе подповерхностного зондирования железнодорожного полотна. Приводятся результаты обработки сверхширокополосных сигналов наносекундной длительности полученных в ходе экспериментальных исследований в интересах формирования радиолокационных изображений заглубленных объектов.

Ключевые слова: заглубленный объект, подповерхностное зондирование, сверхширокополосный сигнал.

Abstract

The report discusses approaches to processing the received signal in the ground penetrating radar of the railroad. The results of processing ultra-wideband signals of nanosecond duration obtained during experimental studies in the interests of the formation of radar images of hidden objects are given.

Keywords: hidden object, ultra-wideband signal.

Введение

Актуальность совершенствования методов обработки принятого сигнала в радиолокаторе подповерхностного зондирования железнодорожных полотна (насыпи) определяется востребованностью таких систем при обнаружении и классификации заглубленных взрывоопасных объектов, а так же оперативного контроля элементов железнодорожного полотна. Небольшие дальности (до 1,5м), большой динамический диапазон регистрируемых сигналов (порядка 92Дб), многолучевость распространения радиоволн обусловленная большим количеством регулярно расположенных неоднородностей (шпалы, рельсы) и наличием балластного слоя формируют особые взгляды на построение радиолокаторов подповерхностного зондирования [1 - 5]. Это особенно очевидно при решении задачи обнаружения заглубленных взрывоопасных объектов в железнодорожном полотне при применении в качестве зондирующего сигнала сверхширокополосных сигналов наносекундной длительности [2, 3, 6 - 8].

1. Особенности функционирования радиолокатора подповерхностного зондирования

Работа радиолокатора подповерхностного зондирования с коротко импульсным зондирующим сигналом основана на излучении сигналов с наносекундной длительностью, приеме отраженных сигналов и оценке их времени задержек относительно момента зондирования с точностью, определяемой заданной разрешающей способностью по глубине (дальности).

При решении задачи обнаружения наряду с учетом типовых размеров взрывоопасных объектов, учитывая характер изменения затухания в железнодорожном полотне [3 - 5, 9], что накладывает определенные ограничения на рабочий диапазон частот зондирования, дополнительно должен учитываться эффект резонансного рассеяние электромагнитных волн. В результате рабочие частоты зондирования целесообразно ограничивать до 2 ГГц, что позволит минимизировать искажения принятого сигнала, обусловленных рассеянием на структурных неоднородностях укрывающей среды.

Таким образом, приходится искать компромисс между необходимостью обеспечения, как высокой разрешающей способности, так и требуемой глубины обнаружения заглубленных объектов.

3. Структура радиолокатора подповерхностного зондирования

Структура подповерхностного радиолокатора (рисунок1) включает приемо-передающий тракт с элементами формирования, преобразования и обработки наносекундных радиоимпульсов, в рамках которой решается задача обнаружения заглубленных взрывоопасных объектов и оценка их параметров (глубина залегания, габаритные размеры).

Модуль генератора обеспечивает формирование несущей зондирующего сигнала, а непосредственное формирование наносекундных радиоимпульсов (зондирующего сигнала) реализуется формирователем импульса. Зондирующий сигнал подводится к передающей антенне и излучается в исследуемую среду. Сигнал, отраженный от объекта, принимается приемной антенной и поступает на вход широкополосного усилителя и далее в модуль аналого-цифрового преобразователя. После перевода сигнала в цифровой вид в модуле обработки формируется радиолокационный портрет наблюдаемо объекта.

Рис. 1. Структура подповерхностного радиолокатора

Модуль обработки позволяет реализовать алгоритмы цифровой фильтрации и применить адаптивные методы обнаружения и измерения информативных параметров заглубленных объектов с учетом условий наблюдения.

4. Результаты предварительных экспериментальных исследований

Для подтверждения правильности выбранного подхода для решения задачи обнаружения заглубленных объектов были проведены предварительные исследования с использованием макета подповерхностного радиолокатора. Условия проведения эксперимента: на железнодорожной насыпи на расстоянии 1,5 м друг от друга на глубине порядка 30 см были установлены три макета взрывоопасных объектов. Использовался макет подповерхностного радиолокатора с наносекундным сигналом длительностью порядка .

В результате обработки принятого сигнала формируется радиолокационный портрет заглублено объекта, с учетом того, что решается задача восстановления мнимой квадратурной составляющей с помощью преобразования Гильберта и компенсация мешающих отражений. В докладе рассмотрены следующие подходы, обеспечивающие выделение полезного сигнала: метод компенсации среднего; высокочастотная фильтрация; многоканальный автокомпенсатор. Результаты радиолокационных изображений принятого сигнала до и после компенсации мешающих отражений представлены на рисунках 2-5.

Рис. 2. Результаты обработки принятого сигнала (без компенсации мешающих отражений)

Рис.3. Результаты обработки принятого сигнала (многоканальный автокомпенсатор)

Рис.4. Результаты обработки принятого сигнала (метод компенсации среднего)

Рис.5. Результаты обработки принятого сигнала (высокочастная фильтрация)

Предложенные в докладе подход к обработке принятого сигнала в радиолокаторе подповерхностного зондирования железнодорожного полотна, позволяют решить задачу выделения полезного сигнала на фоне мощных отражений от регулярно расположенных неоднородностей (шпалы, рельсы), слоистой укрывающей среды, состоящей из щебня и песка, в условиях ограниченного времени наблюдения.

радиолокатор зондирование железнодорожный сигнал

Литература

1. Горбунов, Ю.Н. Радиолокация: стохастический подход / Ю.Н. Горбунов, Г.В. Куликов, А.В. Шпак; под ред. Ю.Н. Горбунова. - М.: Горячая линия - Телеком, 2016. - 520 с.

2.Чугай К.Н., Савенко С.А., Батеновский М.В., Демьянюк Д.В. Подходы к обнаружению взрывоопасных объектов в железнодорожном полотне (насыпи) // Наука и военная безопасность. - 2017. - №4. - С.29-33.

3. Савенко С.А., Чугай К.Н., Максимович Е.С. Теория и практика разработки радиолокатора подповерхностного зондирования железнодорожного полотна // Наука и воен. безопасность. - 2018. - №4. - С.31-36.

4. Изюмов С.В., Дручинин С.В., Вознесенский А.С. Теория и методы георадиолокации: Учеб, пособие. - М.: Издательство «Горная книга», Издательство Московского государственного горного университета, 2008. -- 196 с.: ил.

5. Хакиев З.Б., Шаповалов В.Л., Кругликов А.А., Явна В.А. Георадиолокационный метод определения физических параметров конструкционных слоев автомобильных и железных дорог // Инженерный вестник Дона. - 2013. - №3. - С.43-52.

6. Радзиевский В.Г., Трифонов П.А. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. - М.: Радиотехника, 2009. - 288 с.

7. Harry M. Jol Ground penetrating radar theory and applications. - Elsevier Science. - 2009. 543 p.

8. Старовойтов, А.В. Интерпретация георадиолокационных данных. [Монография]: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГУ, 2008. - 192 с.

9. De Chiara, F., Fontul, S., Fortunato E. GPR laboratory tests for railways materials dielectric properties assessment // Remote Sensing. - Vol. 6. - 2014. - P. 9712-9728.

Размещено на Allbest.ru