Сигнальные и шумовые характеристики автодинных радиолокаторов с одновременной импульсной и частотной модуляцией излучения при ступенчатой перестройке частоты генерации

E. V. Bogatyrev, K. A. Ignatkov, O. A. Kuvshinov, V. Ya. Noskov

Аннотация


Представлены результаты исследования влияния ступенчатой модуляционной характеристики СВЧ-генератора на особенности формирования сигнальных и шумовых характеристик автодинных систем ближней радиолокации (АСБРЛ) с одновременной импульсной (ИМ) и частотной модуляцией (ЧМ). На основе разработанной математической модели автодинного генератора и использованием квазистатического метода шагов выполнено численное моделирование влияния ступенчатой ЧМ и радиоимпульсного режима работы генератора на форму сигнальных и шумовых характеристик. Установлено, что в первой зоне воздействия отраженного излучения от точечного объекта локации при любой величине параметра обратной связи происходит формирование дискретизованных квазигармонических автодинных сигналов. При этом выходной шум автодина соответствует уровню собственных шумов генератора и является стационарным. Сигналы автодина в последующих зонах воздействия отраженного излучения являются также дискретизованными, имеют ангармонические искажения, а шумовые характеристики становятся периодически нестационарными. Дано описание и принцип действия экспериментальной установки для исследования АСБРЛ с ИМ и ступенчатой ЧМ. Получены данные экспериментальных исследований АСБРЛ 8‑мм диапазона, выполненной на основе генератора на диоде Ганна с управлением частоты варикапом, подтвердившие результаты численного моделирования.


Ключевые слова


автодин; автодинный сигнал; сигнальная характеристика; шумовая характеристика; автодинный отклик; ступенчатая частотная модуляция; импульсная модуляция; система ближней радиолокации; генератор на диоде Ганна

Полный текст:

PDF

Литература


Usanov D. A., Skripal A. V., Skripal, A. V., Postelga A. E. A microwave autodyne meter of vibration parameters. Instruments and Experimental Techniques. 2004;47(5):689–693. DOI: 10.1023/B: INET.0000043882.16801.3a.

Alidoost S., Sadeghzade R., Fatemi R. Autodyne system with a single antenna. In: Proceedings of the 11‑th International Radar Symposium (IRS 2010). 16–18 June 2010. Vilnius, Lithuania. IEEE; 2010. V 2. P. 406–409.

Usanov D. A., Postelga A. E. Reconstruction of complicated movement of part of the human body using radio wave autodyne signal. Biomedical Engineering. 2011;45(1): 6–8. DOI: 10.1007/s10527-011-9198-9.

Mirsaitov F. N., Safonova E. V., Boloznev V. V. Microwave autodyne vibrosensor in aeroengine diagnostics. 2014 European Frequency and Time Forum (EFTF). 23–26 June 2014. Neuchatel, Switzerland. IEEE; 2014. P. 140–143. DOI: 10.1109/EFTF.2014.7331447.

Носков В. Я. Двухдиодный автодинный приёмопередатчик. Приборы и техника эксперимента. 2015;(4):65–70. DOI: 10.7868/S0032816215030246.

Носков В. Я., Игнатков К. А., Чупахин А. П. Применение двухдиодных автодинов в устройствах радиоволнового контроля размеров изделий. Измерительная техника. 2016; (7):24–28.

Kim S., Kim B.-H., Yook J.-G., Yun G.-H. Proximity vital sign sensor using self-oscillating mixer. 2016 URSI Asia-Pacific Radio Science Conference (URSI AP-RASC). 21–25 August 2016. Seoul, Korea (South). IEEE; 2016. P. 1446–1448.

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;64(4):387–395. DOI: 10.1134/S0033849419040119.

Efanov A. A., Diskus C. G., Stelzer A., Thim H. W., Lubke K., Springer A. L. Development of a low-cost 35 GHz radar sensor. Annals of Telecommunications. 1997;52:219–223. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02996047.

Носков В. Я., Варавин А. В., Васильев А. C., Ермак Г. П., Закарлюк Н. М., Игнатков К. А., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 9. Радиолокационное применение автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2016;(3):32–86.

Jefford P. А., Howes M. J. Modulation schemes in low-cost microwave field sensor. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1983;31(8):613–624. DOI: 10.1109/TMTT.1983.1131559.

Комаров И. В., Смольский С. М. Основы теории радиолокационных систем с непрерывным излучением частотно-модулированных колебаний. М.: Горячая линия–Телеком; 2010. 366 с.

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;26(4):1182–1190.

Носков В. Я., Богатырев Е. В., Игнатков К. А. Принцип построения бортового радиолокационного датчика для обнаружения быстродвижущихся целей. Успехи современной радиоэлектроники. 2019;(12):16–22. DOI: 10.18127/j20700784-201912-03.

Noskov V., Galeev R., Bogatyrev E., Ignatkov K., Shaidurov K. Autodyne Sensor Signals with Amplitude-Frequency Modulation of Radiation. Sensors. 2020;20(24):7077. DOI: 10.3390/s20247077.

Носков В. Я., Богатырев Е. В., Галеев Р. Г., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 15. Сигнальные и шумовые характеристики автодинов с частотной модуляцией. Успехи современной радиоэлектроники. 2022;76(9):15–55. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202209-02.

Носков В. Я., Богатырев Е. В., Галеев Р. Г., Игнатков К. А., Вишняков Д. С. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 17. Переходные процессы радиоимпульсных автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2023;77(11):5–36. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202311-01.

Богатырев Е. В., Вишняков Д. С., Игнатков К. А., Кувшинов О. А., Носков В. Я. Сигнальные и шумовые характеристики радиоимпульсных автодинов с линейной частотной модуляцией миллиметрового диапазона. Ural Radio Engineering Journal. 2025;9(3):249–278. DOI: 10.15826/urej.2025.9.3.002.

Носков В. Я., Богатырев Е. В., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Особенности формирования и обработки сигналов в автодинных радиолокаторах с частотной модуляцией с учетом нелинейности модуляционной характеристики. Ural Radio Engineering Journal. 2021;5(2):119–143. DOI: 10.15826/urej.2021.5.2.003.

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;60(3(657)):154–165. DOI: 10.20535/S0021347017030049.

Кальянов Э. В. Автопараметрическая система с запаздыванием и инерционностью. Журнал технической физики. 2007;77(8):1–5.

Noskov V. Ya., Ignatkov K. A. Autodyne signals in case of random delay time of the reflected radiation. Telecommunication and Radio Engineering. 2013;72(16):1521–1536. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v72.i16.70.

Усанов Д. А., Скрипаль Ал. В., Скрипаль Ан. В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та; 2003. 312 с.

Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. Зависимость автодинных характеристик от внутренних параметров СВЧ генераторов. Радиотехника. 2012;(6):24–43.

Носков В. Я., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 6. Исследования радиоимпульсных автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2009;(6):3–51.

Noskov V. Ya., Ermak G. P. Signal and Fluctuation Characteristics of Autodyne Vibration and Displacement Meters. Telecommunication and Radio Engineering. 2014;73(19):1727–1743. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v73.i19.30.




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2025.9.4.002