"Журнал радиоэлектроники" ИРЭ РАН №1, 2012
Вопросы практического использования системы ближней радиолокации на основе сверхкоротких импульсов с малым энергопотреблением
Автор: А.Д. Зеркаль, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ОАО «Конструкторское бюро опытных работ», ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ИРЭ РАН, N1, 2012
Развитие систем ближней радиолокации (СБРЛ) на основе СКИ сигналов до недавнего времени во многом сдерживалось недоступностью специализированной элементной базы. Построение такой системы на микросхемах широкого применения и дискретных элементах представляет собой сложную инженерную задачу и часто приводит к образцам с неприемлемыми техническими параметрами и высокой стоимостью. Несмотря на отдельные успехи некоторых разработчиков в создании подобных систем, они не достигли стадии серийного производства и не представлены на широком рынке. В данный момент на мировом рынке уже имеются специализированные интегральные микросхемы, в частности однокристальные приемопередатчики СКИ сигналов, которые позволяют создавать конкурентоспособные СКИ системы с требуемыми характеристиками.
В настоящее время ОАО «Конструкторское бюро опытных работ» (г. Москва) совместно с кафедрой «Автономные информационные управляющие системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана проводятся разработки по созданию СБРЛ, базирующейся на однокристальном приемопередатчике без применения высокоскоростных АЦП. Передающий тракт микросхемы включает управляемый генератор импульсов длительностью в сотни пикосекунд с частотами повторения от 1 МГц до 100 МГц, приемный тракт включает малошумящий усилитель, компаратор с перестраиваемым порогом, дискретизатор на основе массива линий задержки и набор цифровых счетчиков. С выхода микросхемы цифровой сигнал поступает в микроконтроллер и сигнальный процессор для дальнейшей обработки.
Базовый приемо-передающий модуль пикоимпульсного радара Пикор-1 СБРЛ показан на рисунке.
Ниже приведены некоторые технические характеристики базового приемо-передающего модуля:
- длительность зондирующих импульсов 300 пс;
- частота повторения импульсов от 1,5 до 100 МГц;
- спектральная плотность мощности при частоте повторения импульсов 48 МГц от -65 до -60 дБм/МГц;
- спектр излучаемого сигнала по уровню -3 дБ 2,85-10 ГГц;
- разрешающая способность до 4 мм;
- потребляемая мощность менее 150 мВт.
Данным приемо-передающим модулем генерируются СКИ сигналы с формой 1-й производной функции Гаусса без заполнения несущей. Изменение частоты повторения импульсов в широких пределах позволяет регулировать спектральную плотность мощности с уменьшением её уровня на 3 дБ при уменьшении частоты повторения импульсов в 2 раза. Таким образом, крайне малая спектральная плотность излучаемой мощности позволяет работать практически на уровне шумов, не мешая другим радиосредствам в широкой полосе частот, что дает вторичное освоение радиочастотного диапазона.
Ключевой особенностью данного приемо-передающего модуля является его малое энергопотребление по сравнению с аналогами. Так, приемо-передающий модуль PulsON 400 MRM (производство Time Domain, США), использующий СКИ сигналы с заполнением несущей и мощные АЦП и ПЛИС для преобразования сигналов из аналоговой формы в цифровую и управления их параметрами, потребляет порядка 5 Вт мощности. Данное преимущество позволяет использовать модуль в автономной мобильной радиоэлектронной аппаратуре.
Другой важной и весьма сложной для реализации частью СБРЛ на основе СКИ сигналов являются СШП антенны. В связи с широкой полосой формируемого сигнала, антенна должна обладать полосой пропускания не менее 80% от расчетной полосы частот системы. Таким образом, антенна должна обладать одинаковыми характеристиками согласования как в низкочастотной , так и в высокочастотной областях. При этом ограничивающим фактором для антенных систем в данных приложениях являются габаритные размеры.
Ниже приведены некоторые технические характеристики СШП антенны Антрад-4:
- тип эллиптический монополь;
- частотный диапазон 2,4-8 ГГц;
- КСВ не более 2,0:1;
- габаритные размеры 42×43×0,83 мм.
В лабораторных условиях были проведены измерения длительности (300 пс) и амплитуды (0,7 В) импульса с выхода однокристального приемопередатчика СКИ сигналов, максимальной частоты повторения импульсов 100 МГц, а также спектра сигнала при частоте повторения импульсов 48 МГц…