Антенная решетка

 

Полезная модель относится к технике радиолокации и может быть использована для синтезирования апертуры сканирования в широкополосных радиоволновых сканерах ближнего радиуса действия, в том числе в досмотровых сканерах для обнаружения предметов, скрытых под одеждой на теле человека. Техническим результатом предлагаемой антенной решетки является уменьшение количества различных конфигураций взаимного расположения излучающих и приемных антенн между излучающей и приемной антеннами с 5 до 4, что позволяет на 20% уменьшить вычислительную сложность алгоритмов получения радиоволнового портрета, а, следовательно, и время, требуемое для вычислений. Для этого предложена антенная решетка, содержащая излучающие и приемные антенны, выстроенные в три линейных решетки, причем период решеток приемных антенн вдвое больше периода решетки излучающих антенн, при этом одна из решеток приемных антенн сдвинута на четверть периода решетки излучающих антенн, а другая решетка приемных антенн сдвинута в том же направлении на три четверти периода. 1 ил.

Полезная модель относится к технике радиолокации и может быть использована для синтезирования апертуры сканирования в широкополосных радиоволновых сканерах ближнего радиуса действия, в том числе в досмотровых сканерах для обнаружения предметов, скрытых под одеждой на теле человека.

В радиолокации широко применяется метод синтеза апертуры антенны, заключающийся в последовательном съеме данных одной движущейся РЛС (радиолокационной станцией) в разные моменты времени и, соответственно, в разных точках траектории движения. Примером подобных устройств являются РЛС бокового обзора. Как правило, для получения радиолокационного портрета с таких систем требуется дополнительная обработка сигналов. Данные алгоритмы не являются непосредственным предметом заявляемого изобретения и подробно описаны в литературе, например, в «Synthetic Aperture Radar Signal Processing with MATLAB Algorithms», M.Soumekh, 1999, раздел 5.

В системах радиовидения ближнего радиуса действия может применяться другой способ синтеза апертуры - последовательный съем данных с различных элементов статической антенной решетки. Также в современных досмотровых системах безопасности для обеспечения двумерного сканирования (синтеза апертуры по двум координатам) применяются комбинированные системы сканирования, включающие движущиеся антенные решетки, так что синтез двумерной апертуры проводится как механическим (движение), так и электронным (коммутация) способами. Этот подход обеспечивает наибольшую скорость сканирования (например, устройство, описанное в патенте «Комплекс для обнаружения скрытых под одеждой предметов на теле человека» (патент на полезную модель 95130 МПК G01N 22/00, оп. 30.03.2010 г)).

Известны сканирующие системы, состоящие из двух эквидистантных решеток антенн - излучающих и приемных, - сдвинутых друг относительно друга на половину периода решеток. Пример такой сканирующей системы описан в патенте ЕР 1380069 В1 -«Dual-band dual-polarized antenna array», Jaime Anguera Pros et al, 2007. В такой сканирующей системе сигнал, излученный каждой из излучающих антенн, принимается двумя ближайшими приемными антеннами. При этом пространственные отсчеты синтезированной апертуры располагаются посредине между фазовыми центрами излучающих и приемных антенн, укладываясь равномерно на одну прямую с периодом, равным половине периода решеток приемных и передающих антенн. Преимуществом такой системы является простая схема коммутации антенн и неизменное расстояние между излучающей и приемной антеннами. Существенным недостатком такой системы является малое количество пространственных отсчетов в составе синтезированной апертуры по отношению к количеству физических антенн, что делает систему дорогой в изготовлении. Также данная конструкция накладывает ограничения на период синтезированной апертуры, который не может быть меньше, чем половина габарита антенны в направлении вдоль решетки.

Используются также трехлинейные антенные системы с отличающимися периодами в линейных решетках, позволяющие дополнительно сократить количество элементов антенной решетки при сохранении периода синтезированной апертуры. За прототип заявляемого устройства взята антенная решетка, предложенная в патенте US 7548185 («Interlaced Linear Array Sampling Technique For Electromagnetic Wave Imaging», Battelle Memorial Institute, 2007) и состоящая из одной эквидистантной решетки излучающих антенн и двух эквидистантных решеток приемных антенн. Решетка излучающих антенн имеет период 4, а решетки приемных антенн - 8, где - период синтезированной апертуры. При этом одна из решеток приемных антенн смещена относительно решетки излучающих антенн на 2. Элементы антенной решетки коммутируются в заданной последовательности так, что середины между фазовыми центрами антенн в каждой паре образуют пространственные отсчеты синтезированной апертуры. При этом пространственные отсчеты синтезированной апертуры образуют эквидистантный ряд в направлении вдоль антенной решетки.

При зондировании объекта, находящегося в ближней зоне (волновой параметр Френеля ~1), быстрые алгоритмы синтеза апертуры, выведенные в приближении тождественного пространственного положения излучающей и приемной антенн, должны быть модернизированы с учетом поправки на точное положение разнесенных с пространстве антенн. В этом случае алгоритмическая сложность вычислений растет пропорционально количеству различных конфигураций взаимного расположения излучающих и приемных антенн. В силу этого недостатком указанной выше трехлинейной сканирующей системы является большое количество различных конфигураций взаимного расположения излучающих и приемных антенн, а именно 5.

Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение количества различных конфигураций взаимного расположения излучающих и приемных антенн.

Техническим результатом предлагаемой антенной решетки является уменьшение количества различных конфигураций взаимного расположения излучающих и приемных антенн между излучающей и приемной антеннами с 5 до 4, что позволяет на 20% уменьшить вычислительную сложность алгоритмов получения радиоволнового портрета, а следовательно и время, требуемое для вычислений.

Для достижения указанного результата предложена антенная решетка, содержащая излучающие и приемные антенны, выстроенные в три линейных решетки, причем период решеток приемных антенн вдвое больше периода решетки излучающих антенн, при этом одна из решеток приемных антенн сдвинута на четверть периода решетки излучающих антенн, а другая решетка приемных антенн сдвинута в том же направлении на три четверти периода решетки излучающих антенн.

Сущность предлагаемой антенной решетки поясняется фигурой, где представлен фрагмент антенной решетки.

Антенная решетка имеет периодическую структуру. Каждый период состоит из двух излучающих антенн 1, 2 и четырех приемных антенн 3, 4, 5, 6. Излучающие антенны располагаются в линейной эквидистантной решетке с периодом 4, где - шаг синтезированной апертуры. Приемные антенны выстроены в две линейных эквидистантных решетки с шагом 8, причем одна из решеток смещена относительно решетки излучающих антенн на расстояние , а другая - на 3.

Предлагаемая антенная решетка схематически изображена на Фигуре. Цифрами 1-6 обозначены элементы антенной решетки, тонкими сплошными линиями - коммутируемые элементы антенной решетки в пределах одного периода решетки, пунктирными линиями - коммутируемые элементы антенной решетки в соседнем периоде (для иллюстрации сшивки периодов антенной решетки), точками 7 обозначены пространственные отсчеты синтезированной апертуры.

Антенная решетка реализует следующий принцип работы. Антенны коммутируются попарно в сочетаниях: 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 1-5, 1-6, 2-5, 2-6. В соседних периодах антенной решетки антенны коммутируются в том же порядке. При этом в процессе коммутации каждая приемная антенна принимает сигнал от каждой из четырех ближайших излучающих антенн. Каждая излучающая антенна, в свою очередь, испускает сигнал, принимаемый четырьмя ближайшими приемными антеннами. На фигуре результирующие пространственные отсчеты в составе синтезированной апертуры обозначены цифрой 7. Видно, что в направлении вдоль антенной решетки они образуют эквидистантную сетку. В конечном счете происходит уменьшение алгоритмической сложности вычисления радиолокационного портрета быстрыми алгоритмами синтеза антенной апертуры с использованием прореженной антенной решетки при сохранении шага дискретизации синтезированной апертуры.

Дополнительно такая структура антенной решетки обеспечивает увеличенное (по сравнению с упомянутыми сканирующими системами с двумя решетками антенн) количество пространственных отсчетов в составе синтезированной апертуры по отношению к количеству физических антенн, что позволяет уменьшить стоимость устройства.

Антенная решетка, содержащая излучающие и приемные антенны, выстроенные в три линейных решетки, причем период решеток приемных антенн вдвое больше периода решетки излучающих антенн, отличающаяся тем, что одна из решеток приемных антенн сдвинута на четверть периода решетки излучающих антенн, а другая решетка приемных антенн сдвинута в том же направлении на три четверти периода решетки излучающих антенн.



 

Наверх