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Transmisor para FMCW GPR

¡Hola a todos! Me gustaría compartir mi historial de desarrollo de un transmisor para un radar de radiación continua de chirp con un ancho de banda de señal de 1000 MHz y una no linealidad del cambio de frecuencia del 10 -4 %. Dicho transmisor se utilizará más tarde en el georadar FMCW (onda continua modulada en frecuencia).





La introducción proporciona información breve sobre FMCW GPR y formula (fundamenta) los requisitos para el transmisor, las secciones siguientes describen las etapas de desarrollo, modelado y verificación experimental del transmisor. El propio georadar también se ha desarrollado y se está sometiendo a una operación de prueba. Si hay un gran interés en el artículo, se publicarán artículos similares sobre el desarrollo de antenas y GPR en general.





Introducción

Los radares de detección del subsuelo (georadars) en el mercado son en su mayoría radares de impulso. Recientemente, sin embargo, ha habido una serie de informes [1, 2, 3] sobre el desarrollo de georadadores que utilizan radiación de señal continua. Al mismo tiempo, tanto teórica como prácticamente, se muestran las ventajas de los radares de radiación continua [1, 4]:





  1. el rango dinámico de un georadar con radiación continua es más de 20 dB mayor que el rango dinámico de los análogos de impulso (en igualdad de condiciones). En la práctica, esto puede significar un aumento de la profundidad de detección en 3 veces para objetivos puntuales y de 4 a 5 veces para objetivos extendidos lineales;





  2. En GPR con radiación continua, es posible utilizar varios tipos de antenas (no solo dipolos o pajarita), incluyendo antenas blindadas de alta ganancia, con polarización circular (por ejemplo, la espiral de Arquímedes). El uso de una antena blindada del tipo espiral de Arquímedes permite que la radiación se concentre estrictamente hacia abajo (hacia el suelo), la ausencia de lóbulos laterales y traseros reduce la susceptibilidad del GPR a la presencia de árboles, vallas metálicas y otros objetos "interferentes" . Vale la pena señalar aquí que junto con algunas antenas es necesario aplicar deconvolución para aumentar la resolución de profundidad (debido al timbre de la antena), sacrificando la relación señal / ruido.





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





() .





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





Higo. 1 - Diagrama funcional del radar chirp FMCW
. 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].





Higo. 2 - Batir frecuencias con una no linealidad de la frecuencia del transmisor de 0% y 0,5%
. 2 – 0% 0,5%

, :





  1. – ;





  2. – (100-1100)





  3. – 0,1 %;





  4. 100 ( );





  5. – 10;





  6. – ;





  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%).





Higo. 3 - Diagrama funcional del transmisor desarrollado
. 3 –
Higo. 4 - Cambiar la frecuencia de la señal de salida del transmisor a tiempo
. 4 –
Higo. 5 - Ruido de fase del transmisor a una frecuencia portadora de 1100 MHz con un desplazamiento (1-10000) kHz
. 5 – 1100 (1-10000)

5 , 1100 , (1-10000).





, , , , RG405 1 ( 6).





Higo. 6 - Diagrama del experimento para evaluar la calidad de la señal generada por el transmisor
. 6 – ,

- () - 100 48 . , – . GnuRadio.





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





Higo. 7 - Espectro de señal correspondiente al retardo en una longitud de cable de 1 m
. 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: Un GPR para el Marte misión Rover 2020» // 2015 8 ° Taller Internacional de avanzada radar de penetración terrestre (IWAGPR). Florencia. Italia. 2015. págs. 1-4.





  4. M. Pieraccini, "Comparación del rendimiento del ruido entre el radar de penetración terrestre de pulso estroboscópico y de onda continua" // IEEE Geociencia y letras de detección remota. vol. 15, no. 2. Feb. 2018. págs. 222-226.







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