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Sender fĂŒr FMCW GPR

Hallo, alle miteinander! Ich möchte meine Geschichte der Entwicklung eines Senders fĂŒr ein Chirp-Radar mit kontinuierlicher Strahlung mit einer Signalbandbreite von 1000 MHz und einer NichtlinearitĂ€t der FrequenzĂ€nderung von 10 bis 4 % teilen . Ein solcher Sender wird spĂ€ter in FMCW Georadar (Frequenzmodulierte Dauerwelle) verwendet.





Die EinfĂŒhrung enthĂ€lt kurze Informationen zu FMCW GPR und formuliert (begrĂŒndet) die Anforderungen an den Sender. In den folgenden Abschnitten werden die Entwicklungs-, Modellierungs- und experimentellen Verifizierungsstufen des Senders beschrieben. Das Georadar selbst wurde ebenfalls entwickelt und wird derzeit getestet. Wenn großes Interesse an dem Artikel besteht, werden Ă€hnliche Artikel zur Entwicklung von Antennen und GPR im Allgemeinen veröffentlicht.





EinfĂŒhrung

Unterirdische Erfassungsradare (Georadare) auf dem Markt sind meist Impulsradare. In jĂŒngster Zeit gab es jedoch eine Reihe von Berichten [1, 2, 3] ĂŒber die Entwicklung von Georadaren unter Verwendung kontinuierlicher Signalstrahlung. Gleichzeitig werden sowohl theoretisch als auch praktisch die Vorteile von Radaren mit kontinuierlicher Strahlung aufgezeigt [1, 4]:





  1. Der Dynamikbereich eines Georadars mit kontinuierlicher Strahlung ist mehr als 20 dB höher als der Dynamikbereich von Impulsanaloga (alle anderen Dinge sind gleich). In der Praxis kann dies bedeuten, dass die Detektionstiefe fĂŒr Punktziele um das Dreifache und fĂŒr lineare erweiterte Ziele um das 4-5-fache erhöht wird.





  2. Bei GPR mit kontinuierlicher Strahlung können verschiedene Antennentypen (nicht nur Dipole oder eine Fliege) verwendet werden, einschließlich abgeschirmter Antennen mit hoher VerstĂ€rkung und zirkularer Polarisation (z. B. die Archimedes-Spirale). Durch die Verwendung einer abgeschirmten Antenne vom Archimedes-Spiraltyp kann die Strahlung streng nach unten (in Richtung Boden) konzentriert werden. Das Fehlen von Seiten- und Hinterkeulen verringert die AnfĂ€lligkeit des GPR fĂŒr das Vorhandensein von BĂ€umen, MetallzĂ€unen und anderen "störenden" Objekten . Es ist hier anzumerken, dass in Verbindung mit einigen Antennen eine Entfaltung erforderlich ist, um die Tiefenauflösung (aufgrund des Antennenklingelns) zu erhöhen, wodurch das Signal-Rausch-VerhĂ€ltnis geopfert wird.





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





() .





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





Feige. 1 - Funktionsdiagramm des FMCW-Chirp-Radars
. 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].





Feige. 2 - Schwebungsfrequenzen mit einer Senderfrequenz-NichtlinearitÀt von 0% und 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%).





Feige. 3 - Funktionsplan des entwickelten Senders
. 3 –
Feige. 4 - Zeitliche Änderung der Frequenz des Ausgangssignals des Senders
. 4 –
Feige. 5 - Phasenrauschen des Senders bei einer TrÀgerfrequenz von 1100 MHz bei einem Offset (1-10000) kHz
. 5 – 1100 (1-10000)

5 , 1100 , (1-10000).





, , , , RG405 1 ( 6).





Feige. 6 - Diagramm des Experiments zur Bewertung der QualitÀt des vom Sender erzeugten Signals
. 6 – ,

- () - 100 48 . , – . GnuRadio.





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





Feige. 7 - Signalspektrum entsprechend der Verzögerung bei einer KabellÀnge von 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: Ein GPR fĂŒr die Mars Rover Mission 2020» // 2015 8 th International Workshop on Erweiterte Georadar (IWAGPR). Florenz. Italien. 2015. pp. 1-4.





  4. M. Pieraccini, "Vergleich der Rauschleistung zwischen Dauerstrich- und stroboskopischem Puls-Bodenradar" // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. vol. 15, nein. 2. Feb. 2018. pp. 222-226.







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