Сигнальные и шумовые характеристики автодинных радиолокаторов миллиметрового диапазона с одновременной импульсной и линейной модуляцией частоты по симметричному пилообразному закону : научное издание
Библиографическое описание:Сигнальные и шумовые характеристики автодинных радиолокаторов миллиметрового диапазона с одновременной импульсной и линейной модуляцией частоты по симметричному пилообразному закону : научное издание / Е. В. Богатырев [и др.]. - Текст : непосредственный // Успехи современной радиоэлектроники. - 2026. - Т.80, №3. - С. 94-109. - ISSN 2070-0784, DOI 10.18127/j20700784-202603-11.
Аннотация:Постановка проблемы. В автодинных системах ближней радиолокации (АСБРЛ) широко используются амплитудная, импульсная, частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ) модуляции излучения. При этом особый интерес представляет применение комбинации различных видов модуляции одновременно, например, импульсной и частотной. Такое совмещение обеспечивает повышение устойчивости АСБРЛ к воздействию помех, возможность формировать ближнюю и дальнюю границы зоны обнаружения по расстоянию, регистрировать появление движущихся объектов в контролируемой зоне, а также измерять их скорость движения и оценивать текущую дальность до цели. Кроме того, прерывистость работы генератора повышает скрытность работы АСБРЛ и значительно снижает ее энергопотребление. Однако для применения таких АСБРЛ необходимы знания об особенностях формирования сигнальных и шумовых характеристиках автодинных генераторов (АГ) с одновременной импульсной и частотной модуляцией в диапазоне миллиметровых (ММ) длин волн, которые на сегодняшний день изучены недостаточно. Цель. На основе разработанной математической модели выполнить исследование особенностей пошагового формирования сигнальных и шумовых характеристик радиоимпульсных АГ с частотной модуляцией по симметричному пилообразному закону. Результаты. Представлена математическая модель АСБРЛ с одновременной импульсной амплитудной и симметричной пилообразной модуляцией частоты колебаний СВЧ-генератора, находящегося под воздействием собственного отраженного излучения. На основе данной модели проведен анализ сигнальных и шумовых характеристик, рассчитанных методом шагов. Рассмотрены особенности формирования сигнальных и шумовых характеристик в ответ на каждое парциальное воздействие отраженного излучения от точечного объекта локации. Установлены отличительные особенности формирования сигнальных характеристик и величины среднеквадратического уровня шумов на выходе автодинного СВЧ-генератора, получаемые при приеме первого и последующих отражений от объекта локации для различных значений параметра обратной связи АСБРЛ. Проведено экспериментальное исследование АСБРЛ с использованием генераторного модуля, выполненного на планарном диоде Ганна 8-миллиметрового диапазона с перестройкой частоты при помощи варикапа. Практическая значимость. Представленные результаты, значительно расширяющие известные представления о формировании сигнальных и шумовых характеристиках радиоимпульсных автодинов, необходимо учитывать при разработке алгоритмов обработки сигналов и использовании радиоимпульсных автодинов с ЧМ в АСБРЛ ММ-диапазона. Они также могут быть полезны для улучшения тактико-технических параметров АСБРЛ и определения их функциональных возможностей, что даст возможность расширить область их практического применения.
Due to the simplicity of the design and low cost of the transceiver, autodyne short-range radar systems (ASRRS) have found wide application as security sensors, speed sensors and collision avoidance of vehicles, meters for the movement of wagons on sorting slides, devices for contactless monitoring of biological objects, and much more. The principle of operation of these devices is based on the autodyne effect, which consists in changes in the oscillation parameters of the auto-oscillator (autodyne) under the influence of reflected radiation. The registration of these changes in the form of autodyne signals and their subsequent processing make it possible to obtain information about the reflecting object and the parameters of its relative motion. This relationship between the parameters, which classifies autodynes as self-parametric systems with delayed feedback, is the reason for a number of features of the formation of signal and noise characteristics, which are most pronounced in the field of millimeter and shorter waves of electromagnetic (EM) radiation. These features include the presence of anharmonic signal distortions and periodic non-stationarity of the RMS noise level at the output of the autodyne in conditions of strong feedback from the "autodyne oscillator - location object" system. In ASRRS, as well as in SRRS with homodyne transceiver design, linear, sinusoidal and rectangular laws of frequency modulation (FM) radiation are widely used, significantly expanding the functionality of the systems. A large number of works have been devoted to the analysis of the features of the formation of signal and noise characteristics of ASRRSs based on microwave oscillors with different FM laws. These features have also been actively discussed recently in publications devoted to the study of semiconductor laser turbines with FM. At the same time, in the works known to us, the interaction of the oscillator with reflected radiation is described for continuous operation of the ASRRS. The case when pulse amplitude modulation (PAM) of radiation is present along with FM is considered using the example of ASRRS with an asymmetric sawtooth law of FM. However, in order to create promising ASRRS and their competent practical application, it is of interest to consider the properties of signal and noise characteristics also for other laws of FM. Therefore, the purpose of this work is to analyze the features of the formation of these characteristics of ASRRS with simultaneous PAM and FM according to a symmetrical sawtooth law. This law of FM in homodyne SRRS is quite universal, it provides, with relatively simple signal processing, the possibility of separately measuring the range and speed of reflecting objects, as well as the direction of their movement. As a result of the performed studies of radio pulse autodyne with FM, it was found that the effect on the oscillator of the first partial reflection of its own radiation from the location object causes changes in the parameters of self-oscillations (frequency and amplitude) in accordance with the sinusoidal law. At the same time, the noise level at the output of the autodyne retains a constant value, determined by the intrinsic noise of the stationary mode of the autonomous microwave oscillator. At this step, ASRRS with simultaneous pulse and frequency modulation maintain the linearity of converting their own radiation reflected from location objects into an autodyne signal. Therefore, in terms of their properties, radio pulse autodynes with FM at the first reception step are similar to homodyne systems in which the transmitter and receiver are decoupled from each other. This property is quite important for the practice of using radio pulse autodynes with FM, since in this case the widest dynamic range of ASRRS is also provided, which is in demand to increase the system's resistance to interference. Subsequent reflections of EM radiation from the location object in the case when the feedback parameter is commensurate with unity cause anharmonic distortion of the shape of the autodyne signal, as well as the appearance of periodic instability of the RMS noise level at the signal output of the AO with FM. The phenomenon of noise instability, which begins with the second exposure to reflected radiation, manifests itself in the growth and exacerbation of noise peaks with each step. The obtained research results significantly expand the known concepts of signaling and noise processes in radio pulse turbines with FM. These results should be taken into account when developing signal processing algorithms and using radio pulse autodynes in newly created ASRRS with FM in the millimeter range.
