Active-passive pulse noise radar of the 3mm range and the results of preliminary tests

Abstract

The subject of this manuscript is broadband noise signals and systems. The aim of this research is to show the results of a modern active-passive 3-mm waveband system consisting of a noise-pulsed radar and a radiometer. Noise radar systems (NRS) based on broadband signals are characterized by high resolution, accuracy, and information content when performing unambiguous measurements of the range and speed of targets, as well as increased electromagnetic compatibility and noise immunity. These distinctive features of NRS determine the relevance of their construction for practical tasks of short- and medium-range radar. Additional opportunities for ensuring secrecy, reliability of detection of objects, and their tracking are provided by the combination of active and passive location modes in conjunction with advancement to the short-wave part of the millimeter (MM) wave band (WB). The most important characteristic of any pulsed radar, which largely determines its potential for practical application, is the operating frequency, as well as the shape and width of the probing signal spectrum. The main idea of this work is to describe the construction scheme and the results of preliminary tests of the developed active-passive system in the 94 GHz band with a noisy 20–100 ns illumination pulse in the 5 GHz band. The obtained values of the energy potential of the system in the active location mode (-105 dB) and the achieved radiometer sensitivities in the passive mode (0.007K and 0.03K) make it possible to observe ground and air objects at a distance of several kilometres. Noted that the measured parameters of the radar, in the case of processing the received signal by pulse compression methods, make it possible to count on ensuring the resolution of targets in range at the level of 10-15 cm. A multiple (more than an order of magnitude) decrease in the interference fluctuations of the received signal, which is due to the facet nature of the backscattering of targets, has experimentally demonstrated using a noise probing pulse compared to a single-frequency pulse. The methods for further work on the development and practical application of the constructed measuring system are outlined.

Предметом дослідження є широкосмугові шумові сигнали та системи. Мета дослідження – показати результати роботи сучасної активно-пасивної системи 3 мм діапазону хвиль, що складається з шумового імпульсного радара та радіометра. Шумові радіолокаційні системи (ШРЛ) на основі широкосмугових сигналів характеризуються високою роздільною здатністю, точністю та інформативністю при виконанні однозначних вимірювань дальності та швидкості цілей, а також підвищеною електромагнітною сумісністю та завадозахищеністю. Ці відмінні особливості ШРЛ зумовлюють актуальність їх конструкції для практичних завдань РЛС малої та середньої дальності. Додаткові можливості для забезпечення скритності, надійності виявлення об'єктів і їх супроводу надає поєднання активного і пасивного режимів локації в поєднанні з просуванням на короткохвильову частину міліметрового (ММ) діапазону хвиль (ДХ). Найважливішою характеристикою будь-якого імпульсного радіолокатора, яка багато в чому визначає можливості його практичного застосування, є робоча частота, а також форма і ширина спектра зондуючого сигналу. Основною ідеєю роботи є опис схеми конструкції та результатів попередніх випробувань розробленої активно-пасивної системи в діапазоні 94 ГГц з шумовим імпульсом підсвічування 20–100 нс в діапазоні 5 ГГц. Показано, що отримані значення енергетичного потенціалу системи в режимі активної локації (-105 дБ) і досягнуті чутливості радіометра в пасивному режимі (0,007K та 0,03K) дозволяють спостерігати наземні та повітряні об’єкти на відстань у кілька кілометрів. Зазначається, що виміряні параметри РЛС, у разі обробки отриманого сигналу методами стиснення імпульсів, дозволяють розраховувати на забезпечення роздільної здатності цілей на дальності на рівні 10-15 см. Експериментально продемонстровано багаторазове (більш ніж на порядок) зменшення інтерференційних флуктуацій прийнятого сигналу, зумовлених фасетковою природою зворотного розсіювання цілей, у разі використання шумового зондуючого імпульсу порівняно з одноразовим - частота пульсу. Окреслено шляхи подальшої роботи з розробки та практичного застосування побудованої вимірювальної системи.