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FMCWGPR用送信機

みなさん、こんにちは！信号帯域幅が1000MHz、周波数変化の非線形性が10 -4％のチャープ連続放射レーダー用の送信機を開発した私の歴史を共有したいと思います。このような送信機は、後でFMCWジオレーダー（周波数変調連続波）で使用されます。





イントロダクションでは、FMCW GPRに関する簡単な情報を提供し、送信機の要件を定式化（実証）します。後続のセクションでは、送信機の開発、モデリング、および実験的検証の段階について説明します。地中レーダー自体も開発され、試運転が行われています。この記事に強い関心があれば、アンテナとGPRの開発全般に関する同様の記事が掲載されます。





前書き

市場に出回っている地下センシングレーダー（ジオラダー）は、ほとんどがインパルスレーダーです。しかし、最近、連続信号放射を使用したジオレーダーの開発に関する多くの報告[1、2、3]があります。同時に、理論的にも実際的にも、連続放射線レーダーの利点が示されています[1、4]。





  1. 連続放射を伴うジオレーダーのダイナミックレンジは、インパルスアナログのダイナミックレンジよりも20 dB以上高くなっています（他のすべての条件は同じです）。実際には、これは、ポイントターゲットの場合は3倍、線形拡張ターゲットの場合は4〜5倍の検出深度の増加を意味します。





  2. 連続放射を伴うGPRでは、円偏波（たとえば、アルキメデススパイラル）を備えた高ゲインのシールドアンテナを含む、さまざまなタイプのアンテナ（ダイポールや蝶ネクタイだけでなく）を使用できます。アルキメデススパイラルタイプのシールドアンテナを使用すると、放射を厳密に下向き（地面に向かって）に集中させることができます。サイドローブとリアローブがないため、GPRは、樹木、金属フェンス、その他の「干渉」オブジェクトの存在に対する感受性が低くなります。 。ここで注目に値するのは、一部のアンテナと組み合わせて、デコンボリューションを適用して深度分解能を上げ（アンテナのリンギングによる）、信号対雑音比を犠牲にする必要があることです。





  3. ( ), (, ). . , . FMCW , .





() .





FMCW FMCW (. 1). , . , . , ( ). , .   .





イチジク。 1-FMCWチャープレーダーの機能図
. 1 – FMCW

FMCW ( , ). — FMCW , . 





, FMCW .





, , . , , . , FMCW RIMFAX Perseverance (150-1200) 10 [3]. Orfeus [2] (100-1000) ( ) 0,521,042.





RIMFAX, ORFEUS 1000 . 5 ( 9).





, , (100-1100).





FMCW , . 2 , 0% 0,5 %. . , 0,1 % [1].





イチジク。 2-送信機周波数の非線形性が0％および0.5％のビート周波数
. 2 – 0% 0,5%

, :





  1. – ;





  2. – (100-1100)





  3. – 0,1 %;





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  5. – 10;





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  7. — 400 — 500;





  8. , , , , , ;





  9. — .





( 3) () . , , , , (), . F F , F>F>1100, (F-F)=1000. . ,  6,67 (150 ), (10-4-10-1).





, , , , , . , , ( ) :





(1-1001);





(10-1010);





(100-1100)  — ;





(1000-2000);





(2000-3000).





4   , . , 121 ( – 51 ), 0,0001% (0,1%).





イチジク。 3-開発された送信機の機能図
. 3 –
イチジク。 4-送信機の出力信号の周波数を時間内に変更する
. 4 –
イチジク。 5-オフセット（1〜10000）kHzで1100MHzの搬送周波数での送信機の位相ノイズ
. 5 – 1100 (1-10000)

5 , 1100 , (1-10000).





, , , , RG405 1 ( 6).





イチジク。 6-送信機によって生成された信号の品質を評価するための実験の図
. 6 – ,

- () - 100 48 . , – . GnuRadio.





320 (48*6,67), , , .





イチジク。 7-ケーブル長1mの遅延に対応する信号スペクトル
. 7 – , 1

7 , . , . 





7 , , , 100 . , 100 . , , ( FMCW — ), . - , , .





, . .





10010025 3, – 0,2, 30 . ., . , , FMCW , .





1,5 . . . , .





  1. D.J. Daniels, Ground penetrating radar, 2nd edition. The Institution of Electrical Engineers. London. 2004. 752 p.





  2. F. Parrini et. al., «ORFEUS GPR: a very large bandwidth and high dynamic range CWSF radar»//Proceedings of the 13 International Conference on Ground Penetrating Radar, Lecce. Italy. 2010. pp. 1-5.





  3. .Hamran et al、«RIMFAX：火星2020ローバーミッションのGPR »// 2015第8回高度地中レーダーに関する国際ワークショップ（IWAGPR）。フィレンツェ。イタリア。2015.pp。1-4。





  4. M. Pieraccini、「連続波とストロボパルス地中レーダーのノイズ性能の比較」// IEEEGeoscienceとリモートセンシングレター。巻 15、いいえ。2. 2月。2018.pp。222-226。







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