رادار
سال:1399 | دوره:8 | شماره:2 |تعداد مقالات:12

این مقاله روی بهبود نسبت سیگنال به نویز به اضافه تداخل در رادارهای چند ورودی-چند خروجی هم مکان متمرکز شده است. در این مقاله الگوریتمی ارائه می شود که بر اساس آن شکل موج های ارسال و ضرایب فیلترهای گیرنده به طور همزمان در راستای آشکار سازی بهتر اهداف در حضور سیگنال تداخل وابسته طراحی شوند. الگوریتم ارائه شده، یک الگوریتم ترتیبی مبتنی بر بهینه سازی محدب است، که در هر تکرار آن، ماتریس کوواریانس سیگنال های ارسال را برای تمرکز الگوی تشعشعی آنتن بر روی هدف بهینه سازی کرده و نیز در گیرنده سعی می شود بیشترین تعداد تداخل حذف شود. مسئله مورد نظر علاوه بر قید استفاده از مدارات RF یکسان در همه آنتن های ارسال، با محدودیت حداقل توان تداخل برای هر هدف نیز مقید شده است. در تحقیقات قبلی این طرح برای رهگیری یک هدف انجام شده بود، اما در این پژوهش ماتریس کوواریانس به گونه ای طراحی می شود که به منظور به حداکثر رساندن نسبت سیگنال به نویز به علاوه تداخل توان ارسالی آنتن در موقعیت کلیه اهداف به مقدار بیشینه خود رسیده و در موقعیت تداخل ها به کمترین حد ممکن برسد. نتایج شبیه سازی نیز نشان می دهد که با استفاده از روش پیشنهادی می توان به بیشترین مقدار نسبت توان سیگنال به تداخل به علاوه نویز در همه اهداف رسید. همچنین می توان با افزایش تعداد المان های آنتن ارسال و دریافت این مقدار را افزایش داد.

این مقاله، به طراحی مدولاتور توان برای راه اندازی لامپ مگنترون پرداخته است. ساختار مدولاتور توان ارائه شده، مبدل نیم پل، با تشدید سری و کنترل تغییر فاز می باشد. در این طرح با کنترل تغییر فاز کلیدزنی، شرایط تعادل جریان مغناطیس گنندگی برآورده شده و از مقدار حداکثر جریان اشباع هسته کاسته می شود. در نتیجه تنش جریان کلید ها کم شده و تلفات کلیدزنی و تلفات هسته کاهش می یابد. بنابراین حجم، وزن و قیمت هسته ی ترانسفورماتور قدرت کاهش می یابد. به علاوه با استفاده از اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور قدرت، مدار تشدید سری ایجاد نموده و ضمن کاهش تلفات ترانسفورماتور، شرایط کلیدزنی نرم تامین می شود. مدولاتور توان پیشنهادی، حداکثر و متوسط توان خروجی را در شرایط حداقل تلفات کنترل می کند. حداکثر توان مورد نیاز W1000 و توان متوسط آن W 250 است که متناسب با زمان فعال بودن مبدل کنترل می گردد. از دیگر مزایای طرح ارائه شده، می توان به سادگی مدار قدرت، کاهش تعداد قطعات کلیدزنی، کاهش تلفات کلیدزنی و کاهش اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور قدرت اشاره کرد. نتایج طراحی توسط نرم افزار شبیه ساز PSCAD و تست های آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفته است.

استفاده از حسگری فشرده در سیستم های راداری باعث حذف فیلتر منطبق از گیرنده و کاهش پهنای باند مورد نیاز مبدل آنالوگ به دیجیتال در گیرنده می شود. بنابراین در گیرنده به نرخ اطلاعات کمتری از نرخ نایکوئیست نیاز است. یکی از پارامترهای حسگری فشرده ماتریس اندازه گیری است. ماتریس اندازه گیری حسگری فشرده برای سیگنالهای راداری معمولاً ماتریس تصادفی انتخاب می شود. گرچه بازیابی دقیق سیگنال با استفاده از ماتریس تصادفی با احتمال بالایی ممکن است و این ماتریس ناهمدوسی بالایی با هر ماتریس پایه ای دارد ولی پیاده سازی آن در عمل تقریباً غیرممکن است. بنابراین بهتر آن است که از ماتریس های معین به عنوان ماتریس اندازه گیری استفاده شود. ماتریس Alltop یکی از این ماتریس های معین است که از دنباله Alltop به دست می آید. استفاده از این ماتریس در حسگری فشرده دارای محدودیت هایی است. در این مقاله ضمن برطرف کردن محدودیت های آن، یک جایگزین مناسب تر برای بلوک فیلتر منطبق بر مبنای حسگری فشرده ارائه خواهد شد که در مقایسه با فیلتر منطبق کارایی بهتری دارد و هدف های راداری را با متوسط خطای کمتری نسبت به فیلتر منطبق بازسازی می نماید.

پردازش مایکروداپلر برای استخراج ویژگی های هدف در سالیان اخیر مورد توجه پژوهشگران متعدد قرار گرفته است. علاوه بر سرعت شعاعی اهداف نسبت به رادار، که باعث شیفت فرکانسی داپلر در فرکانس سیگنال بازگشتی به رادار می شود، حرکات دیگری نیز در بعضی از اهداف وجود دارد که مدولاسیون فرکانسی سوار بر فرکانس داپلر اصلی را ایجاد می کند. لرزش های بدنه و موتور هواپیما و چرخش پره های بالگرد نمونه هایی از این حرکت اندکه باعث تولید جابجایی فرکانسی متناوب در زمان می شوند که به آن مایکروداپلر می گوییم. بر مبنای اطلاعات مایکروداپلر دریافتی از سیگنال بازگشتی رادار، اطلاعات زیادی از مشخصات هدف قابل استخراج بوده و می توان پارامترهای مختلف هدف را تخمین زد. در این مقاله به طور خاص به سیگنال مایکروداپلر بالگرد پرداخته شده است. تخمین پارامترهای بالگرد در زمینه تعداد پره ها، طول و سرعت زاویه ای دوران آن ها که درنهایت می تواند منجر به شناسایی کامل مدل بالگرد شود از اهداف این تحقیق است. بدین منظور روش های ارائه شده برای تخمین پارامترهای بالگرد معرفی، دسته بندی و مرور می شوند.

تصویربرداری با استفاده از رادار روزنه مصنوعی معکوس (ISAR) از اهداف چندگانه یکی از مسائل مهم و چالش برانگیز در تصویربرداری راداری محسوب می شود. همچنین آشکارسازی و تصویربرداری از اهداف در ارتفاع پست و نزدیک سطح به دلیل وجود کلاتر سطوح نیز از موضوعات تحقیقاتی در این حوزه است. اگر اهداف هوایی در محیط دریا درارتفاع کم در حال پرواز باشند، کلاتر دریا نیز بر سیگنال های دریافتی رادار از این اهداف تاثیر زیادی گذاشته و بر دشواری موجود در تصویربرداری ISAR خواهد افزود. در این مقاله که از نتایج یک پروژه تحقیقاتی استخراج شده، الگوریتمی کارآمد ارائه شده است که بتوان با وجود چالشهای پیش گفته، تصویربرداری ISAR از اهداف چندگانه در ارتفاع پست را در حضور کلاتر دریا انجام داد. در این الگوریتم با عنوان گروه بندی اهداف، مبتنی بر پردازش وفقی فضا-داپلر (SDAP) از اثر کلاتر دریا کاسته و سپس با جبران سازی حرکت انتقالی اهداف به صورت گروهی، تصویر آن ها تشکیل می شود. خوشه بندی(گروه بندی) اهداف مبتنی بر شباهت پارامترهای حرکت انتقالی و تشکیل تصویر هرگروه در یک قاب از مهمترین بخشهای این الگوریتم می باشند. نتایج پیاده سازی نرم افزاری و شبیه سازی نشان می دهد که می توان به طور موثری با استفاده از روش SDAP اثر کلاتر دریا را کاهش و با الگوریتم ارائه شده تصویر گروهی اهداف در خوشه ها با موفقیت تشکیل داد. این نتیجه در مسائل کاربردی از جمله آشکارسازی و شناسایی اهداف هوایی در محیط دریا بسیار حائز اهمیت می باشد.

یکی از مهم ترین مسائل مورد بحث در طراحی تجهیزات نظامی، اختفا و مخفی شدن آن ها از دید رادارهای دشمن است. عموماً این اختفا درمقابل امواج با فرکانس های مایکروویو صورت گرفته و کمیتی که کمینه می شود سطح مقطع راداری (RCS) است. به منظور اندازه گیری این کمیت لازم است هدف موردنظر را در یک محیط بدون بازتاب تحت تابش امواج الکترومغناطیس قرار داده و سپس نسبت به اندازه گیری امواج بازتاب شده از آن و درنتیجه تعیین RCS اقدام کرد. در اغلب موارد RCS یک جسم در عدم حضور زمین مورد نظر است. لیکن جسم مذکور به واسطه ی قرارگیری بر روی یک نگهدارنده (که پیلون نامیده می شود) در معرض اثر زمین بوده و در اندازه گیری علاوه بر جسم واقعی، تصویر آن نیز مشاهده می شود. یکی از روش های کاهش اثر زمین استفاده از فنس های فلزی است. با این وجود تفرق از لبه ها و سطح بزرگ گلبرگ های کناری موج بازتاب شده از این فنس ها، استفاده ی از آن ها را دچار مشکل کرده است. همانطور که نشان داده می شود، استفاده از فنس های با تیپر مقاومتی هر دو مشکل فوق را برطرف می کند. در این مقاله برای اولین بار با استفاده از 7عدد فنس با تیپرینگ مقاومتی و طراحی یک چیدمان مطلوب برای آن ها در قالب پنج مثال، این اثر تا حد زیادی حذف شده است. از آنجاییکه طول فنس ها درحد چندین متر و چند ده طول موج است، در اینجا کل ساختار به صورت دوبُعدی درنظر گرفته شده و لذا از یک کد ممان (MoM) دوبُعدی، علاوه بر حل مجانبی نرم افزار CST، برای تحلیل ساختار مذکور استفاده شده است.

این مقاله به طراحی و شبیه سازی یک اتصال چرخان موجبری با استفاده از فناوری موجبر شکافی برای کاربردهای موج میلی متری می پردازد. ساختار اتصال چرخان از دو مبدل مود TE10 به TM01 و یک قسمت چرخان بین دو موجبر دایروی تشکیل می شود. در موجبر دایروی، از مود TM01 که دارای تقارن چرخشی است استفاده شده است. مهم ترین مزیت استفاده از این تکنولوژی قابلیت آن برای کاهش پیچیدگی و هزینه ساخت به خصوص در فرکانس های موج میلی متری است؛ زیرا نیازی به اتصال بین قسمت های مختلف ساختار اتصال چرخان نیست. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که در زوایای چرخش مختلف در محدوده فرکانسی GHz 5/58 تا GHz 61، تلفات جایگذاری و بازگشتی بهتر از dB 4/0 و dB 10 می باشد.

تمرکز این مقاله بر طراحی و توسعه ی یک آنتن مایکرواستریپ آرایه ای با تغذیه تزویج روزنه ای با بهره بالا، پهنای باند زیاد، سطح گلبرگ جانبی بسیار کم است. این مشخصات و ویژگی ها از آنتن، کاربرد گسترده ای در صنایع نظامی و راداری و همچنین پروژه های فضایی دارد. شروع کار با طراحی تک عنصر به صورت بهینه آغاز شده و سپس آرایه ی کامل 512 عنصری با تغذیه و توزیع یکسان توان بین همه عناصر انجام شد و بهره بیش از 30 dB به دست آمد. برای کاهش سطح گلبرگ جانبی، شبکه تغذیه با استفاده از توزیع تیلور طوری طراحی شده تا دامنه مشخص مورد نیاز هر عنصر که متفاوت با سایر عناصر است، به دست آید و همچنین تمام عناصر آرایه به صورت هم فاز تغذیه شده اند. عناصری که در میان آرایه هستند بیش ترین توان و عناصری کناری توان کم تری را دریافت می کنند. این ساختار با 512 عنصر به صورت آرایه ی 16×32 طراحی شده و فرکانس کاری این آنتن از 12/5 تا 14/9 گیگاهرتز، معادل 17 درصد پهنای باند در باند Ku است. بهره این آنتن 29 dB و تغییرات بهره در تمام طول بازه فرکانسی اندک بوده که مطلوب ما است و همچنین سطح گلبرگ جانبی بینdB-22 تا-29 dB در دو صفحه E و H است. در نهایت برای کاهش سطح گلبرگ پشتی از یک صفحه ی بازتابنده ی فلزی استفاده شد که سطح F/B به بیش از 35 dB رسید. ابعاد کلی آنتن 576 mm × 287 mm است.

در سال های اخیر تحقیقاتی در زمینه کاهش سطح گلبرگ فرعی (SLL) آنتن های بازتابنده سهموی برای اهداف نظامی و غیر نظامی صورت گرفته است. در این تحقیقات از روش های مختلف از جمله لبه دادن به آنتن بازتابنده، تغییر امپدانس صفحه در لبه-ها، قرار دادن قرص فلزی در سطح بازتابنده و یا عناصر تشدیدی و غیر تشدید در لبه ها استفاده شده است. در این مقاله تأثیر فاصله کانونی و قطر آنتن بازتابنده سهموی بر کاهش سطح گلبرگ فرعی بررسی شده و بدون استفاده از ساختارهای پیچیده و پر هزینه، با استفاده از بهینه سازی ساختار اصلی آنتن کاهش گلبرگ فرعی محقق شده است. بسته به نیاز به بهره بیشینه، کوچک ترین اندازه و یا کم ترین سطح گلبرگ فرعی طراحی می تواند صورت گیرد. با توجه به هدف کم ترین سطح گلبرگ فرعی، آنتن پیشنهادی در این مقاله دارای فرکانس کاری 5/12 گیگاهرتز، بهره dB 07/39، عمق λ 967/4 (Cm 9/11)، قطر λ 24/39 (Cm 11/94)، فاصله کانونی λ 375/19 (Cm 47/46) و سطح گلبرگ فرعی dB 91/44-و dB 5/43-به ترتیب در صفحات E و H است. این آنتن در فرکانس های 5/6 و 5/18 گیگاهرتز، به ترتیب سطح گلبرگ فرعی 76/30-و 15/47-را داراست.

آرایه های با چندگانگی فرکانسی (FDA)، آرایه هایی هستند که در آن ها یک شکل موج واحد روی تمامی المان ها با اختلاف ناچیزی در فرکانس حامل اعمال می شود. همین اختلاف اندک در فرکانس حامل، منجر به ایجاد یک الگوی پرتوی وابسته به برد می گردد که برخلاف الگوی پرتوی مستقل از برد رایج در رادار آرایه فازی می باشد. در این مقاله، سیگنال دریافتی ناشی از یک آرایه خطی با چندگانگی فرکانسی مدل سازی و شبیه سازی شده و نشان داده شده است که این سیگنال، تابعی از برد و زاویه است. در ادامه و با بررسی عمیق تر سیگنال دریافتی در آرایه FDA، قابلیت زاویه سنجی اهداف تنها با یک المان گیرنده در این آرایه ها اثبات شده و درنهایت الگوریتمی مبتنی بر خاصیت تزویج برد-زاویه ذاتی موجود در آرایه های با چندگانگی فرکانسی به منظور تخمین زاویه هدف تنها با یک المان در دریافت، در سناریوهای تک هدفه و چندهدفه پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی کارایی الگوریتم پیشنهادی را تأیید می کنند.

کیفیت تصویر مناسب یکی از مهم ترین چالش های روش های بازیابی در رژیم مایکروویو است. این مقاله به بررسی و مقایسه تصویر بازیایی شده از روش اصلاحی مجموعه تراز (MLSM) با چهار روش تکرار برن معوج (DBIM)، منبع کانتراست (CSI)، نمونه برداری خطی (LSM) و موزیک (MUSIC) تمرکز دارد. همچنین سه معیار مهم یک سیستم تصویر برداری یعنی صحت، وضوح و کانتراست تصویر به صورت کمی برای روش های مرسوم معرفی شده، بررسی می گردد. سه روش بازیابی کمی DBIM، CSI و MLSM با یک حدس اولیه شروع و با اصلاح آن طی یک فرایند تکرار به پراکنده ساز واقعی نزدیک می شوند. اگر چه حجم محاسبات در این روش ها بالاست اما وضوح و کانتراست تصویر بالایی در مقایسه با دو روش دیگر دارند به گونه ای که مشاهده می شود روش DBIM و CSI توانایی تفکیک کامل دو جسم در فاصله λ 4/0 و MLSM در فاصله 15/λ را دارد. با توجه به این که ناحیه تحت بررسی به وسیله روش MLSM به یک ناحیه کوچک تر محدود می شود صحت بازیابی آن در بین دو روش کمی دیگر بیشتر است.

در این مقاله از پالس تحریک گاوسی اصلاح یافته برای بهبود دقت تشخیص تومور درون یک فانتوم پستان دو بعدی در سامانه رادار تصویربرداری ریزموج استوانه ای استفاده شده است. هدف اصلی این مقاله پیشنهاد یک پالس تحریک جدید برای تشخیص زود هنگام تومور از یک فانتوم بیولوژیکی جهت نتایج حوزه زمان است. شکل پالس پیشنهادی؛ با توجه به پهنای باند وسیع تر؛ در مقایسه با رادارهای پالسی متداول که از تحریک پالس گاوسی بهره می برند، نتایج بهتری را از نقطه نظر تفکیک پذیری فضایی بالاتر فرآهم می آورد. افزایش نسبی پهنای باند پالس تحریک، منجر به دستیابی به دقت بالاتر مکان یابی فضایی تومور به عنوان هدف می گردد. به علاوه قابلیت ساخت پالس تحریک پیشنهادی نیز یکی دیگر از مزایای مورد توجه آن به شمار می رود. به منظور دستیابی به این هدف، مزایای اجرای یک الگوریتم بازیابی تصویر کانفوکال نوین به کار گرفته شده است. نتایج شبیه سازی های ارائه شده، اعتبار سنجی موثر روش پیشنهادی را برای محاسبه دقیق محل و جنس تومور در فانتوم پستان، نشان می دهد.