способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности

Формула изобретения

Способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности, основанный на излучении зондирующего сигнала в направлении на нелинейный объект, приеме сигнала отклика по двум каналам приемника на второй и третьей гармониках частоты вторичного электромагнитного поля, отличающийся тем, что амплитуду зондирующего сигнала модулируют по пилообразному закону, а на выходе одного из каналов приемника регистрируют зависимость амплитуды отклика от амплитуды зондирующего сигнала и по виду амплитудной характеристики, соответствующей вольт-амперной характеристике нелинейного объекта, осуществляют распознавание типа нелинейности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области нелинейной радиолокационной техники, и может использоваться для поиска, обнаружения и распознавания объектов с нелинейными электрическими свойствами (нелинейный объект).

Известен способ обнаружения нелинейного объекта с применением импульсного нелинейного локатора, осуществляющего зондирование нелинейного объекта импульсным высокочастотным сигналом и прием отклика на второй или третьей гармонике зондирующего сигнала (см. , например, статью Н.С. Вернигорова "Нелинейный локатор - принцип действия и основные особенности" в журнале "Безопасность от А до Я", 3, 1997, Новосибирск, стр. 8 и 9). Импульсный нелинейный локатор содержит в своем составе последовательно соединенные задающий импульсный генератор, формирователь высокочастотного зондирующего сигнала, приемопередающую антенну, а также подключенный к последней приемник, настроенный на вторую или третью гармонику зондирующего сигнала.

Принцип действия нелинейного локатора основан на том факте, что при облучении объектов, содержащих нелинейные элементы (переход металл - окисел - металл, р - n-переход и др.), происходит отражение на высших кратных гармониках зондирующего сигнала. Коэффициент преобразования энергии зондирующего сигнала в энергию высших гармоник очень мал, что относит нелинейные локаторы к системам ближнего действия. Основными недостатками импульсного нелинейного локатора являются небольшая дальность действия и невозможность распознавания типа нелинейного объекта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности является способ обнаружения с применением нелинейного локатора, осуществляющего прием отклика по двум каналам на второй и третьей гармониках вторичного электромагнитного поля и распознавание типа нелинейного объекта по соотношению амплитуд выходных сигналов каналов. К таким локаторам относится, например, нелинейный радиолокатор HP-900 (см., например, таблицу на стр. 59 статьи Мусабекова П.М. и Панычева С.Н. "Нелинейная радиолокация: методы, техника и области применения". - Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 5, 2000). Практика его эксплуатации показывает, что в ряде случаев при обнаружении нелинейности типа металл-окисел-металл уровень третьей гармоники сигнала отклика превышает уровень сигнала отклика на второй гармонике частоты зондирующего сигнала, а при обнаружении объекта с устойчивым р - n-переходом (транзистор, диод и т.п.) уровень второй гармоники превышает уровень третьей гармоники. Однако этот признак распознавания является неустойчивым, т.к. величины принимаемых на гармониках сигналов зависят не только от свойств нелинейного элемента, но и от формы диаграмм обратного рассеяния объекта и элементов фона. Эти формы на различных гармониках могут отличаться между собой. Поэтому основным недостатком этого способа является большое количество ложных срабатываний и, как следствие, низкая вероятность распознавания типа нелинейного объекта.

Заявляемый способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности имеет целью повышение вероятности распознавания типа нелинейного объекта за счет получения дополнительной информации о характере изменения амплитуды сигнала отклика на второй или третьей гармонике при изменении амплитуды зондирующего сигнала.

Предлагаемый способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием отличается от известного, например, с применением двухканального нелинейного локатора (см. , например, таблицу на стр. 59 статьи Мусабекова П.М. и Панычева С.Н. "Нелинейная радиолокация: методы, техника и области применения". - Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 5, 2000) тем, что в процессе радиолокационного зондирования нелинейного объекта дополнительно модулируют по амплитуде зондирующий сигнал по пилообразному закону, а на выходе одного из каналов приемника регистрируют зависимость амплитуды сигнала отклика от амплитуды зондирующего сигнала и по ее виду осуществляют распознавание типа нелинейности.

Для реализации распознавания типа нелинейности в соответствии с заявляемым способом модуляция по амплитуде зондирующего сигнала может быть осуществлена с помощью амплитудного модулятора, выполненного, например, по схеме, приведенной на рис. 3.24 на стр. 81 книги B.C. Андреева "Теория нелинейных электрических цепей". - М.: Радио и связь, 1982. Пилообразное модулирующее напряжение может быть сформировано с помощью генератора пилообразного напряжения, выполненного, например, по схеме, приведенной на рис. 8.356 на стр. 594 книги В.Г. Гусева и Ю.М. Гусева "Электроника", изд. 2-е, - М.: Высшая школа, 1991. Регистрация зависимости амплитуды сигнала отклика от амплитуды зондирующего сигнала может быть осуществлена с помощью устройства, выполненного, например, на базе электронно-лучевой трубки (см., например, книгу В. А. Мартынова и Ю.М. Селихова "Панорамные приемники и анализаторы спектра". - М.: Сов. радио, 1980, стр. 319 и 320).

В заявляемом способе принимают меры к увеличению динамического диапазона приемного устройства. Усилительная передаточная характеристика приемника должна быть линейной.

Таким образом, к новым отличительным признакам заявляемого изобретения относятся: модуляция амплитуды зондирующего сигнала по пилообразному закону, регистрация на выходе одного из каналов приемника локатора зависимости амплитуды сигнала отклика от амплитуды зондирующего сигнала.

Возможность практической реализации предлагаемого способа обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности объясняется следующим. Известно, (см., например, статью Н.С. Вернигорова "Процесс нелинейного преобразования и рассеяния электромагнитного поля электрически нелинейными объектами". - Радиотехника и электроника, т.42, 10, 1997, стр. 1181-1185 или упомянутую выше статью П.М. Мусабекова и С.Н. Панычева, стр. 56), что зависимость коэффициента преобразования сигнала нелинейным элементом от мощности в первом приближении (до 80%) повторяет структуру его вольт-амперной характеристики. Различные типы нелинейных элементов отличаются друг от друга видом вольт-амперной характеристики. Так, например (см., например, статью А. С. Кузнецова и Г.И. Кутина "Методы исследования эффекта нелинейного рассеяния электромагнитных волн". - Зарубежная радиоэлектроника, 4, 1985, стр. 41-53), вольт-амперные характеристики объектов "металл - диэлектрик - металл" (металл - окисел - металл) и полупроводниковых диодов существенно отличаются друг от друга по форме. Наличие этого устойчивого признака обеспечивает возможность надежного распознавания типа нелинейного объекта в соответствии с предлагаемым способом.

Заявляемый способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием за счет введения дополнительной модуляции по амплитуде зондирующего сигнала по пилообразному закону обеспечивает получение на выходе одного из каналов приемника зависимости амплитуды сигнала отклика от амплитуды зондирующего сигнала, т.е. получение дополнительной информации о типе нелинейности. Таким образом, за счет существенных отличий заявляемого изобретения достигается уменьшение количества ложных срабатываний и, как следствие, повышение вероятности распознавания типа нелинейного объекта.

Пример. Для проверки работоспособности заявляемого изобретения в лаборатории Военного института радиоэлектроники собран макет устройства, реализующего заявляемый способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности.

В качестве источника зондирующего сигнала использовался генератор стандартных сигналов типа Г4-76А с регулируемым уровнем выхода. Зондирующий сигнал излучался на частоте 450 мГц. В качестве передающей и приемной антенн использовалась антенна ДР-3 из комплекта селективного микровольтметра SMV-8.5, а аналога приемного устройства нелинейного локатора - сам селективный микровольтметр. Прием сигнала отклика от нелинейного элемента, в качестве которого использовались диод типа ГС-13А и транзистор КП302А, осуществлялся на частоте 900 мГц.

Изменение уровня амплитуды выходного сигнала генератора производилось с помощью аттенюатора в динамическом диапазоне 90 дБ с шагом 3 дБ. Нелинейный элемент размещался на удалении 15 см от передающей и приемной антенн установки.

Анализ полученных результатов показал, что вид амплитудной зависимости сигнала отклика от амплитуды зондирующего сигнала практически полностью соответствует приведенным в справочниках вольт-амперным характеристикам диода ГС-13А и транзистора КП302А, что подтверждает возможность реализации заявляемого способа.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, выявлены не были и поэтому можно сделать вывод об их существенности.

Таким образом, заявляемый способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности по виду зависимости амплитуды сигнала отклика от амплитуды зондирующего сигнала обеспечивает повышение вероятности распознавания типа нелинейности по сравнению со способом распознавания по соотношению амплитуд второй и третьей гармоник сигнала отклика.