Зависимость сигнальных и шумовых характеристик автодинов с частотной модуляцией от расстояния до объекта локации

Автор(и)

  • Владислав Яковлевич Носков Уральский федеральный университет, Russian Federation
  • Геннадий Павлович Ермак Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова, НАНУ, Ukraine
  • Александр Сергеевич Васильев Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова, НАНУ, Ukraine
  • Кирилл Александрович Игнатков Уральский федеральный университет, Russian Federation
  • Кирилл Дмитриевич Шайдуров Уральский федеральный университет, Russian Federation

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021040051

Ключові слова:

автодин, частотная модуляция, автодинная СБРЛ с ЧМ, сигнальные характеристики, шумовые характеристики, генератор на диоде Ганна

Анотація

Представлены результаты анализа сигнальных и шумовых характеристик автодинов с частотной модуляцией. Математическая модель автодина представлена в виде автогенератора с одноконтурной колебательной системой, перестраиваемой по частоте изменением емкости варикапа. Учтено воздействие на автогенератор собственного, отраженного от объекта локации излучения, и внутренних шумов генератора. Исследована зависимость степени искажения сигнальных характеристик и периодическая нестационарность среднеквадратичного значения уровня частотных и амплитудных шумов в зависимости от расстояния до объекта локации, и величины параметра внешней обратной связи автодинной системы «генератор—объект локации». Показано, что при малой величине параметра внешней обратной связи сигнальные характеристики являются квазигармоническими, аналогично системе гомодинного типа, а шумы представляют собой стационарный случайный процесс. При величине параметра внешней обратной связи, соизмеримой с единицей, у сигнальных характеристик наблюдаются ангармонические искажения, а у шумовых — наличие периодической нестационарности. Установлено, что с увеличением расстояния до объекта локации, когда время запаздывания отраженного излучения становится соизмеримым или больше периода автодинного отклика, степень ангармонических искажений сигнальных характеристик и высота пиков среднеквадратического уровня шума значительно уменьшаются. Результаты экспериментальных исследований получены на опытном образце автодинного датчика с частотной модуляцией, выполненного на диоде Ганна 8-мм диапазона.

Біографії авторів

Владислав Яковлевич Носков, Уральский федеральный университет

– д.т.н., профессор кафедры радиоэлектроники и телекоммуникаций, Уральский федеральный университет

Геннадий Павлович Ермак, Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова, НАНУ

к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник

Александр Сергеевич Васильев, Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова, НАНУ

к.ф.-м.н., н.с

Кирилл Александрович Игнатков, Уральский федеральный университет

к.т.н., доцент, кафедра радиоэлектроники и телекоммуникаций

Кирилл Дмитриевич Шайдуров, Уральский федеральный университет

ассистент, департамент радиоэлектроники и связи

Посилання

Armstrong, B. M.; Brown, R.; Rix, F.; Stewart, J. A. C. Use of microstrip impedance-measurement technique in the design of a BARITT diplex Doppler sensor. IEEE Transaction of Microwave Theory and Technique. — 1980. Vol. MTT-28, No. 12. — P. 1437–1442. — DOI: 10.1109/TMTT.1980.1130263.

Efanov, A.; Lübke, K.; Diskus, Ch.; Springer, A.; Stelzer, A.; Thim, H. W. Development of a 35 GHz radar sensor. Annales Des Telecommunications. — 1997. — Vol. 52, No. 3-4. — P. 219–223. — DOI: 10.1007/BF02996047.

Усанов, Д. А.; Скрипаль, Ал. В.; Скрипаль, Ан. В.; Постельга, А. Э. СВЧ-автодинный измеритель параметров вибраций. Приборы и техника эксперимента. — 2004. — №5. — С. 130–134.

Alidoost, S. A.; Sadeghzade, R.; Fatemi, R. Autodyne system with a single antenna. Proc. of 11th Int. Radar Symp., IRS-2010. 16-18 Lun. 2010, Lithuania, Vilnius. — 2010. — Vol. 2. — P. 406–409. — URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/5547497

Ветрова, Ю. В.; Дорошенко, А. А.; Постельга, А. Э.; Усанов, Д. А. Дистанционный контроль движения поверхности объекта с использованием двухканального СВЧ-автодинного генератора. Радиотехника и электроника. — 2019. — Т. 64, № 4. — С. 387–395. https:// elibrary.ru/item.asp?id=37069876

Usanov, D. A.; Postelga, A. E. Reconstruction of complicated movement of part of the human body using radio wave autodyne signal. Biomedical Engineering. — 2011. — Vol. 45, No. 1, — P. 6–8. — DOI: 10.1007/s10527-011-9198-9.

Ermak, G. P.; Popov, I. V.; Vasilev, A. S.; Varavin, A. V.; Noskov, V. Ya.; Ignatkov, K. A. Radar sensors for hump yard and rail crossing applications. Telecommunication and Radio Engineering. — 2012. Vol. 71, No. 6. — P. 567–580. — DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v71.i6.80.

Kim, S.; Kim, B.-H.; Yook, J.-G.; Yun, G.-H. Proximity vital sign sensor using self-oscillating mixer. URSI Asia-Pacific Radio Science Conference (URSI AP-RASC). — 2016. — P. 1446–1448. — DOI: 10.1109/URSIAP-RASC.2016.7601402.

Носков, В. Я.; Игнатков, К. А.; Чупахин, А. П. Применение двухдиодных автодинов в устройствах радиоволнового контроля размеров изделий. Измерительная техника. — 2016. — № 7. — С. 24–28. — DOI: 10.1007/s11018-016-1035-9.

Mirsaitov, F. N.; Ignatkov, K. A. Gas turbine engine in-flight diagnostics using 3D vibration spectra. In Proceedings – 2018 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology, USBEREIT 2018 (P. 275–278). Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.. — https://doi.org/10.1109/USBEREIT.2018.8384603.

Jefford, P. А.; Howes, M. S. Modulation schemes in low-cost microwave field sensor. IEEE Transaction of Microwave Theory and Technique. — 1985. — Vol. MTT-31, No. 8. — P. 613–624. — DOI: 10.1109/TMTT.1983.1131559.

Komarov, I. V.; Smolskiy, S. M. Fundamentals of Short-Range FM Radar. Norwood : Artech House, 2003. — 289 p. — DOI: 10.1109/MAES.2004.1346903.

Воторопин, С. Д.; Носков, В. Я.; Смольский, С. М. Анализ автодинного эффекта генераторов с линейной частотной модуляцией. Известия вузов. Физика. — 2008. — Т. 51, № 6. — С. 610–618. — DOI: 10.1007/s11182-008-9083-5.

Varavin, A. V.; Vasiliev, A. S.; Ermak, G. P.; Popov I. V. Autodyne Gunn-diode transceiver with internal signal detection for short-range linear FM radar sensor. Telecommunication and Radio Engineering. — 2010. — Vol. 69, No. 5. — P. 451–458. — DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v69.i5.80.

Scheer, J. A.; Kurtz, J. L. (editors). Coherent Radar Performance Estimation. Norwood: Artech House, 1993. — 464 p.

Noskov, V. Ya.; Ignatkov, K. A.; Chupahin, A. P.; Vasiliev, A. V.; Ermak, G. P., Smolskiy, S. M. Peculiarities of signal formation of the autodyne short-range radar with linear frequency modulation. Вестник НТУ Украины «КПИ». Серия Радиотехника, Радиоаппаратостроение. 2016. — № 67. — С. 50–57. — http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1366.

Noskov, V. Ya.; Ignatkov, K. A.; Chupahin, A. P.; Vasiliev, A. S.; Ermak, G. P.; Smolskiy, S. M. Signals of autodyne radars with frequency modulation according to symmetric saw-tooth law. Telecommunication and Radio Engineering. — 2016. Vol. 75, No. 17. — P. 1551–1566. — DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v75.i17.40.

Noskov, V. Ya.; Ignatkov, K. A.; Chupahin, A. P.; Vasiliev, A. S., Ermak, G. P.; Smolskiy, S. M. Signals of autodyne sensors with sinusoidal frequency modulation. Radioengineering. — 2017. — Vol. 26, Nо. 4. — P. 1182–1190. — DOI: 10.13164/re.2017.1182.

Носков, В. Я.; Игнатков, К. А.; Чупахин, А. П. Анализ сигналов от движущегося объекта автодинных локаторов с линейными видами модуляции частоты. Уральский радиотехнический журнал. — 2017. — Т. 1, № 1. — С. 25–54. — DOI 10.15826/urej.2017.1.1.002.

Noskov, V. Ya.; Ignatkov, K. A.; Chupahin, A. P.; Ermak, G. P., Vasiliev, A. S. Peculiarities of signal and noise characteristics of FMCW autodyne radar. In Proceedings – 2016 9-th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW'16). 20-24 June 2016. Ukraine, Kharkov. — A-10. — P. 1–4. — DOI: 10.1109/MSMW.2016.7537984.

Носков, В. Я.; Васильев, А. С.; Ермак, Г. П.; Игнатков, К. А.; Чупахин, А. П. Флуктуационные характеристики автодинных радиолокаторов с частотной модуляцией. Известия вузов. Радиоэлектроника. — 2017. — Т. 60, № 3 — С. 154–165. — DOI: 10.20535/S0021347017030049.

Носков, В. Я.; Игнатков, К. А. О применимости квазистатического метода анализа автодинных систем. Известия вузов. Радиоэлектроника. — 2014. — Т. 57, № 3. — С. 44–56. — DOI: 10.3103/S0735272714030054.

Кальянов, Э. В. Автопараметрическая система с запаздыванием. Журнал технической физики. — 2007. — Т. 77, № 8. — С. 1–5. — DOI: 10.1134/S1063784207080014.

Noskov, V. Ya.; Ignatkov, K. A. Autodyne signals in case of random delay time of the reflected radiation. Telecommunication and Radio Engineering. — 2013. — Vol. 72, No. 16. — P. 1521–1536. — DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v72.i16.70.

Носков, В. Я.; Игнатков, К. А. Особенности шумовых характеристик автодинов при сильной внешней обратной связи. Известия вузов. Физика. — 2013. — Т. 56, № 12. — С. 112–124. — DOI: 10.1007/s11182-014-0198-6.

Носков, В. Я.; Игнатков, К. А. Динамика формирования автодинного отклика СВЧ генераторов. Известия вузов. Радиоэлектроника. — 2013. — Т. 56, № 5. — С. 21–41. — DOI: 10.3103/S0735272713050026.

Форма выходного сигнала СБРЛ и высокочастотного шума на расстоянии 10 м

Опубліковано

2021-04-30 — Оновлено 2021-04-30

Як цитувати

Носков, В. Я., Ермак, Г. П., Васильев, А. С., Игнатков, К. А., & Шайдуров, К. Д. (2021). Зависимость сигнальных и шумовых характеристик автодинов с частотной модуляцией от расстояния до объекта локации. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(4), 247–260. https://doi.org/10.20535/S0021347021040051

Номер

Розділ

Статті