RU128729U1

RU128729U1 - ANTENNA GRILLE

Info

Publication number: RU128729U1
Application number: RU2013108901/08U
Authority: RU
Inventors: Александр Юльевич Тычинский; Владислав Олегович Галас; Андрей Владимирович Уваров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НТМР" (ООО "НТМР")
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-05-27

Abstract

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. An antenna array containing emitting and receiving antennas arranged in three linear arrays, wherein the period of the arrays of the receiving antennas is twice the period of the arrays of the radiating antennas, characterized in that one of the arrays of the receiving antennas is shifted by a quarter of the period of the arrays of the radiating antennas, and the other array of the receiving antennas is shifted in the same direction three quarters of the grating period of the radiating antennas.

Description

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.The utility model relates to radar techniques and can be used to synthesize a scanning aperture in short-range broadband radio wave scanners, including security scanners for detecting objects hidden under clothing on the human body.

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.In radar, the antenna aperture synthesis method is widely used, which consists in sequentially taking data from one moving radar (radar station) at different points in time and, accordingly, at different points in the motion path. An example of such devices are side-view radars. As a rule, to obtain a radar portrait from such systems, additional signal processing is required. These algorithms are not the direct subject of the claimed invention and are described in detail in the literature, for example, in "Synthetic Aperture Radar Signal Processing with MATLAB Algorithms", M. Soumekh, 1999, section 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)).In short-range radio-vision systems, a different aperture synthesis method can be used - sequential data acquisition from various elements of a static antenna array. Also, in modern security inspection systems, to ensure two-dimensional scanning (synthesis of the aperture in two coordinates), combined scanning systems are used, including moving antenna arrays, so that the synthesis of a two-dimensional aperture is carried out both by mechanical (movement) and electronic (switching) methods. This approach provides the highest scanning speed (for example, the device described in the patent “Complex for detecting objects hidden under clothes on the human body” (utility model patent No. 95130 IPC G01N 22/00, op. March 30, 2010).

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.Scanning systems are known, consisting of two equidistant antenna arrays - emitting and receiving - shifted relative to each other by half the period of the arrays. An example of such a scanning system is described in patent EP 1380069 B1 - “Dual-band dual-polarized antenna array”, Jaime Anguera Pros et al, 2007. In such a scanning system, the signal emitted from each of the emitting antennas is received by the two nearest receiving antennas. In this case, the spatial readings of the synthesized aperture are located in the middle between the phase centers of the emitting and receiving antennas, laying evenly on one straight line with a period equal to half the period of the gratings of the receiving and transmitting antennas. The advantage of such a system is a simple antenna switching scheme and a constant distance between the transmitting and receiving antennas. A significant drawback of such a system is the small number of spatial samples in the composition of the synthesized aperture in relation to the number of physical antennas, which makes the system expensive to manufacture. Also, this design imposes restrictions on the period of the synthesized aperture, which cannot be less than half the antenna dimension in the direction along the grating.

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 4Δ, а решетки приемных антенн - 8Δ, где Δ - период синтезированной апертуры. При этом одна из решеток приемных антенн смещена относительно решетки излучающих антенн на 2Δ. 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.Three-line antenna systems with different periods in linear arrays are also used, which can further reduce the number of elements of the antenna array while maintaining the period of the synthesized aperture. The antenna array proposed in US Pat. No. 7,548,185 ("Interlaced Linear Array Sampling Technique For Electromagnetic Wave Imaging", Battelle Memorial Institute, 2007) and consisting of one equidistant array of emitting antennas and two equidistant receiving antenna arrays was taken as a prototype of the claimed device. The array of radiating antennas has a period of 4Δ, and the array of receiving antennas has 8Δ, where Δ is the period of the synthesized aperture. Moreover, one of the arrays of the receiving antennas is shifted relative to the array of radiating antennas by 2Δ. The elements of the antenna array are switched in a predetermined sequence so that the midpoints between the phase centers of the antennas in each pair form spatial samples of the synthesized aperture. In this case, the spatial readings of the synthesized aperture form an equidistant series in the direction along the antenna array.

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.When probing an object located in the near zone (Fresnel wave parameter ~ 1), fast aperture synthesis algorithms derived in the approximation of the identical spatial position of the emitting and receiving antennas should be modernized taking into account the correction for the exact position of the antennas spaced from the space. In this case, the algorithmic complexity of the calculations increases in proportion to the number of different configurations of the relative positions of the emitting and receiving antennas. Due to this, the disadvantage of the above three-line scanning system is a large number of different configurations of the relative positions of the emitting and receiving antennas, namely 5.

Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение количества различных конфигураций взаимного расположения излучающих и приемных антенн.The objective of the proposed technical solution is to reduce the number of different configurations of the relative positions of the emitting and receiving antennas.

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.The technical result of the proposed antenna array is to reduce the number of different configurations of the relative positions of the emitting and receiving antennas between the emitting and receiving antennas from 5 to 4, which allows to reduce by 20% the computational complexity of the algorithms for obtaining a radio wave portrait, and therefore the time required for calculations.

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.To achieve this result, an antenna array is proposed comprising emitting and receiving antennas arranged in three linear arrays, the period of the arrays of the receiving antennas being twice the period of the arrays of the radiating antennas, and one of the arrays of the receiving antennas is shifted by a quarter of the period of the arrays of the radiating antennas, and the other is the receiving antennas are shifted in the same direction by three quarters of the array period of the radiating antennas.

Сущность предлагаемой антенной решетки поясняется фигурой, где представлен фрагмент антенной решетки.The essence of the proposed antenna array is illustrated by the figure, which shows a fragment of the antenna array.

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 4Δ, где Δ - шаг синтезированной апертуры. Приемные антенны выстроены в две линейных эквидистантных решетки с шагом 8Δ, причем одна из решеток смещена относительно решетки излучающих антенн на расстояние Δ, а другая - на 3Δ.The antenna array has a periodic structure. Each period consists of two radiating antennas 1, 2 and four receiving antennas 3, 4, 5, 6. Radiating antennas are located in a linear equidistant array with a period of 4Δ, where Δ is the step of the synthesized aperture. Receiving antennas are arranged in two linear equidistant arrays with a step of 8Δ, and one of the arrays is displaced relative to the array of radiating antennas by a distance Δ, and the other by 3Δ.

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.The proposed antenna array is schematically depicted in the Figure. Numbers 1-6 indicate the elements of the antenna array, thin solid lines indicate the switched elements of the antenna array within the same period of the array, dotted lines indicate the switched elements of the antenna array in the adjacent period (to illustrate the matching of the periods of the antenna array), points 7 indicate spatial readings of the synthesized aperture.

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.The antenna array implements the following principle of operation. Antennas are switched in pairs in combinations: 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 1-5, 1-6, 2-5, 2-6. In adjacent periods of the antenna array, the antennas are switched in the same order. Moreover, during the switching process, each receiving antenna receives a signal from each of the four nearest emitting antennas. Each radiating antenna, in turn, emits a signal received by the four nearest receiving antennas. In the figure, the resulting spatial samples in the synthesized aperture are indicated by the number 7. It is seen that in the direction along the antenna array they form an equidistant grid. Ultimately, the algorithmic complexity of calculating the radar portrait is reduced by fast algorithms for synthesizing the antenna aperture using a thinned antenna array while maintaining the sampling step of the synthesized aperture.

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.In addition, this structure of the antenna array provides an increased (compared to the scanning systems with two antenna arrays) the number of spatial samples in the synthesized aperture relative to the number of physical antennas, which reduces the cost of the device.

Claims

An antenna array containing emitting and receiving antennas arranged in three linear arrays, wherein the period of the arrays of the receiving antennas is twice the period of the arrays of the radiating antennas, characterized in that one of the arrays of the receiving antennas is shifted by a quarter of the period of the arrays of the radiating antennas, and the other array of the receiving antennas is shifted in the same direction three quarters of the array period of the radiating antennas.