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

Автор(и)

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

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

##submission.downloads##

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

Том 64 № 4 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.