بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله تکنیک جدیدی معرفی میشود که نحوه استخراج شکستگی های پنهان داخل مقره ها را توسط رادار پالسی که به عنوان سیستم تصویربرداری مایکرویوی مورد استفاده قرار گرفته را بیان میکند. در این مقاله مراحل شبیه سازی المانهای یک رادار پالسی سیار نسبتا جدید برای محلی سازی و ردیابی اشیا پنهان به منظور خطایابی در شبکه انتقال ناشی از شکستگی داخلی مقره ها پیشنهاد شده است. در ساختار رادار پیشنهادی، اولین مرحله طراحی آنتن است سپس نوسان ساز کم نویز، تقویت کننده بهینه سازی مدار و اندازه گیری معرفی شدهاند. در نهایت، با تکمیل گیرنده و فرستنده عملکرد کامل رادار مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی این مقاله تولید و انتشار یک پرتو مایکروویو و آشکارسازی شکستگی داخل مقره با استفاده سیگنال های برگشتی از محیط و نفوذ موج مایکرویو در مقره میباشد مراحل پیادهسازی با استفاده از نرمافزار ADS صورت گرفته است.
.1 مقدمه
در تشخیص اشیا پنهان به وسیله امواج مایکروویو، اختلاف سیگنال ارسالی و بازگشتی تحت بررسی قرار گرفته تا اشیا پنهان تشخیص داده شوند. مشکلات سیگنال ارسالی در هر محدوده فرکانسی مورد بررسی قرار می گیرد. تکنیک تصویربرداری مایکروویو شامل تولید و دریافت پالس های کوتاه در موقعیت های مختلف پروب یا قرار گرفتن آنتن های مختلف در مکان های متفاوت است، این پالس های کوچک به وسیله تکنیک سنتز پالس های فرکانسی ایجاد می شود .[1-3] نمایش فضایی یا زمانی به وسیله تبدیل فوریه معکوس - - IFFT انجام می گیرد. سیگنال پردازش شده از موقعیت های مختلف پروب یا از آرایه های مختلف با یکدیگر ترکیب شده تا تصویر دو بعدی یه سه بعدی از اهدافی که انعکاس بسیار بالایی دارند نمایان گر اشیا پنهان هستند، بدهد.
برای رسیدن به این کاربردها، اهداف اساسی سیستم مورد نیاز عبارتند از: قابلیت حمل، قدرت کم - برای استفاده از باطری - ، و اندازه نسبتا کوچک / وزن. علاوه بر این، از آنجا که بسیاری از موقعیت های اضطراری نیاز به عملیات در محیط های فضای باز، فن آوری مورد استفاده نیز باید ناهموار، با دقت بسته بندی شده و قادر به مقاومت در برابر محیط های افراطی باشد..[4] در مقایسه با تمام تکنیک های تصویر برداری مایکروویوی دیگر، در سال های اخیر رادار مایکروویو UWB توجه زیادی برای تشخیص اشیا پنهان را به خود جلب کرده اند .[5] این تکنیک دارای چندین مزیت های ذاتی برای تشخیص اشیا پنهان ، از جمله دقت بسیار دقیق تشخیص، قابلیت نفوذ عمیق و عملکرد عالی در ساختار ناهمگن و چند لایه میباشد.
در این مقاله مراحل شبیه سازی و ایجاد تصاویر از المانهای یک رادار پالسی سیار نسبتا جدید به منظور تشخیص اشیا پنهان در یک جسم جندلایه پیشنهاد شده است. در ساختار رادار پیشنهادی، اولین مرحله طراحی آنتن است سپس نوسان ساز کم نویز، تقویت کننده بهینه سازی مدار توسط نرم افزار ADS معرفی شده اند. در نهایت، با تکمیل گیرنده و فرستنده عملکرد کامل رادار مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این طرح تولید و انتشار یک پرتو مایکروویو و جداسازی اشیا پنهان با استفاده سیگنال های برگشتی از مانع و نفوذ موج مایکرویو در مانع میباشد مراحل پیادهسازی با استفاده از نرم ابزار ADS برای دریافت سیگنال برگشتی و مراحل ایجاد تصویر از بافت با انتقال اطلاعات از نرم افزار ADS به نرم افزار MATLAB و اعمال تکنیک های پردازش تصویر بر روی آن با نوشتن یک برنامه جدید صورت خواهد گرفت.
.2 سیستم های راداری با قابلیت تصویربرداری از داخل اشیاء
رادار پالسی مبتنی بر فن آوری باند فوق العاده عریض - UWB - در طول این دهه گذشته کاربردر فراروانی پیدا کرده اند و تعداد چشمگیری کاربرد مربوط به استفاده های تصویربرداری مایکرویوی در حال حاضر انجام شده است 3]، .[4 سیگنال های UWB تداخل قابل توجهی با سیستم عامل های دیگر که در مجاورت آنها است ندارند و تهدیدی برای ایمنی انسان به حساب نمی آیند.[4] علاوه بر این که فن آوری UWB به عنوان رابط های ارتباطی بی سیم مورد استفاده قرار گرفته است بسیاری از برنامه های ممکن دیگر در سیستم های امنیتی و کنترلی را نیز تحت پوشش می تواند داشته باشد .
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده،سیگنال های با استاندارد UWB بهتر از فن آوری های دیگر RF دقت محلی سازی حتی با دقت زیر متر را قادر به پیاده سازی هستند .[3] رادار UWB می تواند مزایای متعددی نسبت به سیستم های بی سیم باند نازک داشته باشد. عملیات های ارتباطی را بدون نیاز به تمیز کردن پس از استفاده، بهره برداری از راه دور و مداوم، کاهش هزینه ها، و بهره برداری آسان تر را ارائه دهند. این تکنیک دارای چندین مزیت های ذاتی برای اشیا پنهان ، از جمله دقت بسیار دقیق تشخیص، قابلیت نفوذ عمیق و عملکرد عالی در ساختار ناهمگن و چند لایه میباشد .[1]
اصول کار کلیه سیستم های رادار از جهت فرستنده و گیرنده یکسان است و تنها نوع موج ارسالی آنهاست که رادارها را از هم متمایز می کند. فرستنده رادار امواج خود را به سمت آنتن ارسال می کند که در بین مسیر از یک سیرکولاتور عبور می کند. سیگنال فرستنده که با توان بالایی ارسال شده است، توسط هدف منعکس و یا دوباره از راه همان آنتن و یا آنتن گیرنده دیگر دریافت می شود. در اولین مرحله سیگنال منعکس شده آشکار شده با سیگنال ارسالی فرستنده مقایسه می شود و پس از فیلتر شدن - جهت کاهش نویز - ، تقویت و پردازش سیگنال ، اطلاعات خروجی و وضعیت هدف توسط نمایشگر نمایش داده می شود.
در رادارها - اسکنرها - ی نفوذی - نفوذ در زمین یا اشیا - امواج ارسالی باید به صورت پالس باشند. برای تولید پالس از پالس ژنراتور استفاده می شود. هر چقدر عرض پالس در حوزه زمان کوتاهتر باشد محدوده فرکانسی بیشتری را شامل می شود .محدوده ی فرکانسی رادار می تواند در باندهای مختلف فرکانسی باشد. نوع کاربرد رادار در انتخاب باند فرکانسی آن موثر است. بعنوان مثال می توان برای دیده بانی و مراقبت برد زیاد از UHF , VHF - به دلیل خواص انتشاری مناسب - استفاده نمود. رادارهای پالسی مهم ترین و پر کاربرد ترین رادارها در عرصه ی جنگ الکترونیک می باشند که از قطار پالسی مدوله شده گیرنده و فرستنده استفاده می کند. مسافت توسط اختلاف بین پالس های ارسالی و دریافتی محاسبه می شود. بلوک دیاگرام یک رادار پالسی در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل - 2 بلوک دیاگرام کلی ردار پالسی UWB
همان طور که از شکل 3 نیز مشخص است مدار بنیادی رادار شامل یک مدار زمان بندی که وقفه تکرار پالس را تعیین کرده و مقدار زمان رسیدن را برای پالس گیرنده و فرستنده اندازه گیری می کند، یک تولید کننده شکل موج که شکل موج را با فرکانس مورد نیاز تولید می کند، یک فرستنده که دامنه لازم برای پالس ار سالی را فراهم می کند ، یک گیرنده که امواج منعکس شده از هدف را دریافت کرده به بلوک پردازنده ارسال می کند. بعد از پردازش سیگنال برگشتی با توجه به سیگنال ارسال شده، هدف مشخص شده و توسط بلوک نمایشگر اطلاعات لازم نمایش داده می شود. این رادارهای با توجه به دوره تناوب پالس ارسالی دارای تنوع بوده که به مواردی از آنها اشاره می شود:
- 1 پالسی معمولی: در این رادارها معمولا عرض پالس در حدود چند میکروثانیه و نسبت زمان کار بین حدود 0/01 تا 0/001 تغییر می کند. از این رادارها جهت هواشناسی و دیده بانی و مراقبت هوایی استفاده می شود.
- 2 رادارهای پالسی با قدرت تفکیک بالا : در این رادارها عرض پالسی بسیار کوچک انتخاب می شود و چون میزان دقت در تشخیص فاصله توسط عرض پالسی مشخص می گردد دارای دقت بالایی در تشخیص فاصله هدف می باشد. - هر قدر عرض پالس کوچکتر باشد محاسبه فاصله دقیقتر است - . این رادارها برای آشکار سازی اهداف ساکن در حضور کلاتر - سیگنال های برگشتی ناخواسته به صفحه رادار - و نیز تشخیص یک هدف در میان چند هدف نزدیک به هم قابل استفاده می باشد.
- 3 رادار پالس فشرده : این رادار از پالس های با عرض زیاد استفاده می نماید و برای افزایش دقت از مدولاسیون فاز یا فرکانس در هر پالس استفاده می کند. در نتیجه ضمن افزایش پهنای باند تشخیص دقیق فاصله اهداف نیز حاصل می شود و نسبت به رادار نوع قبلی دارای این مزیت است که توان پیک - حداکثر توان - فرستنده را در حد معتدلی نگاه می دارد. معادله ی عمومی رنج رادارهای پالسی بفرم زیر است.
