Способ обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы

Способ обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к поисковым устройствам, которые обнаруживают объект на основе приема сигналов, появляющихся в результате вторичного переизлучения с изменением спектра зондирующего сигнала.

Известен по [Особенности зондирования электромагнитными волнами сред с нелинейными включениями // Радиотехника и электроника 1996, N 2, стр 16-18.] способ обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы, заключающийся в том. что в направлении предполагаемого расположения объекта, содержащего нелинейный элемент излучается зондирующий сигнал на частоте f и принимается сигнал обратного рассеяния на частоте 2f, при обнаружении которого принимается решение о наличии в зоне обнаружения объекта, содержащего нелинейный элемент. Способ основан на использовании эффекта нелинейного рассеяния радиоволн. В соответствии с указанным эффектом на нелинейном элементе наводится ЭДС зондирующего сигнала. Эта ЭДС вызывает протекающий через нелинейный элемент ток зондирующего сигнала, который искажается из-за нелинейности вида вольт - амперной характеристики нелинейного элемента, при этом его спектр обогащается спектральными компонентами на частотах гармоник зондирующего сигнала. Эти токи формируют на нелинейном элементе ЭДС на частоте гармоник, которая, является причиной появления в сигнале обратного рассеяния спектральных компонент на частотах гармоник зондирующего сигнала.

Недостатком способа-аналога является то. что объекты, содержащие нелинейные элементы, должны обладать определенными частотными свойствами, а именно хорошее преобразование тока, протекающего через нелинейный элемент с электромагнитной волной одновременно как на частоте зондирующего сигнала, так и на частоте одной из гармоник зондирующего сигнала, что снижает эффективность метода для электронных объектов в состав которых входят узкополосные фильтрующие элементы, например элемент активной антенной решетки, передатчики и приемники.

Частично указанный недостаток преодолен в способе обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы, известному по [Ларцов С.В. О нелинейном рассеянии при использовании многочастотного и одночастотного зондирующих сигналов |// Радиотехника и электроника, 2001, Т.46, №7, С.833-838]. Этот способ выбран в качестве прототипа и заключается в том, что в направлении предполагаемого расположения объекта, содержащего нелинейный элемент, излучается двухчастотный зондирующий сигнал, спектр которого содержит спектральные составляющие, сосредоточенные возле час тот f₁ и f₂. и принимается сигнал обратного рассеяния, при этом при обнаружении отличий в спектральном составе сигнала обратного рассеяния от спектрального состава зондирующего сигнала на частоте 2f₁-f₂, принимается решение о наличии в зоне обнаружения объекта, содержащего нелинейный элемент. В способе-прототипе дополнительные спектральные составляющие появляются так же в результате нелинейного искажения протекающего по нелинейному элементу тока, наведенного зондирующим сигналом. В данном случае полезным рассеянным сигналом являются интермодуляционные комбинационные составляющие третьего порядка.

Недостатком прототипа является то, что используется нелинейный продукт третьего порядка, который для объектов, содержащих нелинейные элементы, как правило, меньше, чем продукт второго порядка см. [Горбачев А.А., Особенности зондирования электромагнитными волнами сред с нелинейными включениями // Радиотехника и электроника 1996, N 2, стр 16-.]. Кроме того зондирующий и рассеянный сигнал занимает достаточно большую полосу частот, равную 2(f₁-f₂).

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения технологических возможностей способа.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы.

Этот технический результат достигается за счет того, что предлагается новое техническое решение в виде способа обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы, заключающийся в том, что в направлении предполагаемого расположения объекта, содержащего нелинейный элемент, излучается двухчастотный зондирующий сигнал, спектр которого содержит спектральные составляющие, сосредоточенные возле частот f₁ и f₂, и принимается сигнал обратного рассеяния, при этом при обнаружении отличий в спектральном составе сигнала обратного рассеяния от спектрального состава зондирующего сигнала принимается решение о наличии в зоне обнаружения объекта, содержащего нелинейный элемент, наличие отличия в спектральном составе сигнала обратного рассеяния от спектрального состава зондирующего сигнала фиксируют по появлению амплитудной модуляции с частотой F у спектральной компоненты, спектр которой сосредоточен вблизи частоты f1, при излучении двухчастотного зондирующего сигнала обеспечивается формирование амплитудной модуляции с частотой F у спектральной компоненты зондирующего сигнала вблизи частоты f2, при этом спектральная компонента зондирующего сигнала вблизи частоты f1 излучается не модулированной.

Суть изобретения заключается в том, что предлагаемый способ обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы, основан на использовании эффекта блокирования. В данном случае используется свойство нелинейного элемента изменять под действием протекающего по нему тока свой импеданс. В результате под действием спектральной компоненты зондирующего сигнала на частоте f₂, которая амплитудно-модулирована с частотой F, эффективная поверхность рассеяния объекта, содержащего нелинейный элемент, становится тоже переменной с той же частотой F. Сигнал обратного рассеяния на частоте f₁ от такого объекта будет промодулирован с частотой F. Полоса частот, которая требуется для такого способа зондирования, равна величине f₁-f₂+2F.

Изобретение предлагается использовать в составе поисковой системы, представленной на фиг.1.

Здесь 1 - объект поиска, содержащий в своей конструкции нелинейный элемент и полосовой фильтр; 2 - первый генератор зондирующего сигнала на частоту f₁, 3 - первый полосовой фильтр зондирующего сигнала на частоту f₁, 4 - первая излучающая антенна, состоящая из ферритового вентиля 5 и излучателя 6, 7 - второй генератор зондирующего сигнала на частоту f₂, 8 - второй полосовой фильтр зондирующего сигнала на частоту f₂, 9 - вторая излучающая антенна, состоящая из ферритового вентиля 10 и излучателя 11, 12 - приемная антенна, 13 - третий полосовой фильтр, 14 - приемник, 15 - компенсатор второго зондирующего сигнала, состоящий из первого направленного ответвителя 16, переменного аттенюатора 17, переменного фазовращателя 18, второго направленного ответвителя 19.

Сигнальный выход первого генератора 2 зондирующего сигнала присоединен ко входу первого полосового фильтра 3 зондирующего сигнала, а выход первого полосового фильтра 3 зондирующего сигнала присоединен к входу ферритового вентиля 5, выход которого присоединен ко входу излучателя 6.

Сигнальный выход второго генератора 7 зондирующего сигнала присоединен к входу первого направленного ответвителя 16, первый выход первого направленного ответвителя 16 присоединен к входу второго полосового фильтра 8, выход которого присоединен к входу ферритового вентиля 10, выход которого присоединен ко входу излучателя 11.

Выход приемной антенны 12 присоединен к входу третьего полосового фильтра 13, выход которого присоединен к первому входу второго направленного ответвителя 19, а выход направленного ответвителя 19 присоединен к входу приемника 14. Второй выход направленного ответвителя 16 присоединен к входу переменного аттенюатора 17, выход которого присоединен к входу переменного фазовращателя 18, выход которого соединен со вторым входом второго направленного ответвителя 19. Излучатели 6 и 11, а так же антенна 12 направлены в направлении объекта поиска 1, содержащего в своей конструкции нелинейный элемент и полосовой фильтр.

Поисковая система может работать в одном из трех режимов.

Первый режим называется калибровочным. Цель данного режима обеспечение возможности приема полезного сигнала. Задача, которая решается - настройка компенсатора 15 второго зондирующего сигнала для устранения возможности блокирующего действия второго зондирующего сигнала на приемник 14. В данном режиме включают второй генератор 7 зондирующего сигнала на излучение непрерывного сигнала с частотой f₂, и подбирают настройки переменного аттенюатора 17 и переменного фазовращателя 18 так, чтобы сигнал на частоте f₂ на входе приемника 14 стал нулевым.

Во втором режиме включают первый генератор 2 зондирующего сигнала на генерацию непрерывного колебания с частотой f₁ и включают второй генератор 7 зондирующего сигнала на генерацию сигнала с частотой f₂ и с амплитудной модуляцией с частотой F. После этого настраивают приемник 14 на прием сигналов на частоте f₁ и демодуляцию принятого сигнала с целью определения промодулирован или нет данный сигнал амплитудной модуляцией с частотой F. При обнаружении сигнала на частоте f₁ с амплитудной модуляцией с частотой F принимают решение о наличии в зоне облучения объект поиска, содержащего в своей конструкции нелинейный элемент и полосовой фильтр.

В третьем режиме включают первый генератор 2 зондирующего сигнала на излучение непрерывного сигнала с частотой f), а второй генератор 7 зондирующего сигнала включают на излучение непрерывного сигнала с частотой f₂. После этого настраивают приемник 14 на прием сигналов на частоте 2f₁-f₂ и на частоте 2f₂-f₁. При обнаружении сигнала на частоте 2f₁-f₂ или на частоте 2f₂-f₁ принимают решение о наличии в зоне облучения объекта поиска, содержащего в своей конструкции нелинейный элемент и полосовой фильтр. В этом режиме обнаружитель выполняет алгоритм поиска, предусмотренный в прототипе.

В качестве первого и второго генераторов 2 и 7 зондирующего сигнала могут быть использованы измерительные генераторы Г4-159. В качестве излучателей 6, 11 и приемной антенны 12 могут быть использованы измерительные антенны П6-33. В качестве приемника 14 может быть использован измерительный приемник типа SMV-8.5.

В качестве вентилей 5,10 могут быть использованы стандартные вентили типа ФПВН3-71 производства завода Магнетон.

Первый полосовой фильтр 3, второй полосовой фильтр 8 и третий полосовой фильтр 13 могут быть изготовлены по [В.П. Леонченко, А.Л. Фельдштейн, Л.А. Шеляпинский Расчет полосковых фильтров на встречных стержнях // М. Связь, 1975]

В качестве первого и второго направленных ответвителей 16 и 19 могут быть использованы стандартные направленные ответвители типа НО-15 производства завода Радиал.

В качестве переменного аттенюатора 17 может быть использован стандартный переменный аттенюатор типа 2.260.280 производства ФГУП «ННИПИ «Кварц»

Переменный фазовращатель 18 может быть изготовлен по Г.С. Хиджа, И.Б. Видак, В.Л. Серебрякова СВЧ фазовращатели и переключатели, М. Радио и связь, 1984.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит проводить более эффективный поиск объектов, содержащих нелинейные элементы, которые могут содержать в своем составе узкополосные нелинейные объекты.

Способ обнаружения объектов, содержащих нелинейные элементы, заключающийся в том, что в направлении предполагаемого расположения объекта, содержащего нелинейный элемент, излучается двухчастотный зондирующий сигнал, спектр которого содержит спектральные составляющие, сосредоточенные возле частот f₁ и f₂, и принимается сигнал обратного рассеяния, при этом при обнаружении отличий в спектральном составе сигнала обратного рассеяния от спектрального состава зондирующего сигнала принимается решение о наличии в зоне обнаружения объекта, содержащего нелинейный элемент, отличающийся тем, что наличие отличия в спектральном составе сигнала обратного рассеяния от спектрального состава зондирующего сигнала фиксируют по появлению амплитудной модуляции с частотой F у спектральной компоненты, спектр которой сосредоточен вблизи частоты f1, при излучении двухчастотного зондирующего сигнала обеспечивается формирование амплитудной модуляции с частотой F у спектральной компоненты зондирующего сигнала вблизи частоты f2, при этом спектральная компонента зондирующего сигнала вблизи частоты f1 излучается немодулированной.