Нелинейные радиолокаторы (стр. 3 из 4)

С одной стороны, чем ниже частота зондирующего излучения, тем лучше его проникающая способность внутрь предметов и сред, в которых могут быть спрятаны ЗУ, и больше относительный уровень высших гармоник в переизлученном сигнале; с другой - чем выше частота излучения, тем уже диаграмма направленности антенны локатора при фиксированных геометрических размерах, следовательно выше плотность потока мощности зондирующего сигнала (кроме того, на высоких - частотах лучшими свойствами обладают случайные антенны, в качестве которых выступают ножки навесных элементов, проводники печатных плат и т. п., а их размеры, невелики).

К сожалению, многие нелинейные радиолокаторы функционируют на фиксированных частотах без возможности перестройки. Причина такого подхода - упрощение схемотехнических решений, то есть существенное снижение цены. Расплачиваться за такое упрощение приходится худшими эксплуатационными характеристиками, так как на частотах приема могут присутствовать излучения посторонних радиоэлектронных средств. И если даже уровни мешающих сигналов невелики, их может быть достаточно для нарушения нормальной работы радиолокаторов, так как чувствительность приемных устройств очень велика.

Естественно, более удобны в эксплуатации локаторы, имеющие возможность перестройки в определенном диапазоне. Так, например, в нелинейном локаторе Orion (NJE-400) фирмы Research Electronics International (REI) предусмотрен автоматический режим выбора рабочей частоты в диапазоне 880...1000Мгц. Ее оптимальное значение определяется по наилучшим условиям приема для 2-й гармоники частоты зондирующего сигнала.

От рабочей частоты зависит форма и геометрические размеры антенн, важной характеристикой которых является поляризация. Передающие антенны имеют, как правило, линейную, а приемные - круговую поляризацию.

Точность определения местонахождения радиоэлектронного устройства, которую позволяют достигать используемые размеры антенн, соответствует нескольким сантиметрам. Например, для локаторов «Родник» и «Циклон» - это 2 см.

Следующей группой характеристик нелинейных локаторов являются режим работы передатчика, излучаемая мощность и чувствительность приемника.

В зависимости от режима работы нелинейные локаторы делятся на локаторы с непрерывным и импульсным излучением. Практически все зарубежные приборы и некоторые отечественные работают с непрерывными зондирующими сигналами малой мощности (10...850 мВт). Большинство отечественных локаторов работают в импульсном режиме излучения с пиковой мощностью 5...400 Вт. Из-за простоты используемых приемных устройств импульсные локаторы значительно дешевле непрерывных.

Следует отметить, что высокая мощность и характер излучении импульсных локаторов могут создать определенные проблемы в плане электромагнитной совместимости со средствами связи, навигации, телевещания, датчиками пожарной и охранной сигнализации и т. д. Кроме того, зондирующее излучение оказывает негативное воздействие на операторов, эксплуатирующих аппаратуру. Поэтому, в соответствии с санитарными нормами, мощность современных локаторов ограничена максимальным значением 3...5 Вт для непрерывного режима и средним значением 0,1...1,5 Вт (до 400 Вт в импульсе) - для импульсного. Однако даже при таких ограничениях у оператора после часа работы часто начинают болеть глаза, так как именно они наиболее чувствительны к СВЧ-излучению.

Некоторые современные нелинейные локаторы имеют возможность изменения мощности зондирующего сигнала. Так, в локаторе NJE-400 уровень непрерывного излучения регулируется в пределах от 0,01 до 1 Вт, а в радиолокаторе «Циклон-М» пиковое значение импульсной мощности - от 80 до 250 Вт. Более того, приемник локатора Superbroom Plus снабжен функцией автоматического установления мощности излучения в зависимости от величины принимаемого сигнала на 2-й гармонике.

Чувствительность приемников современных нелинейных локаторов лежит в пределах от 10-15 до 10-11 Вт. У импульсных она несколько хуже, что объясняется соответствующим превосходством пиковой мощности импульсных передатчиков (примерно на 35-40 дБ). В большинстве радиолокаторов используются приемники с регулируемой чувствительностью. Диапазон регулировки этого параметра составляет 30...50 дБ.

В соответствии с законом сохранения энергии (чем выше номер принимаемой гармоники n, тем меньше ее амплитуда) в современных локаторах активизируются только 2-я и 3-я гармоники зондирующего сигнала. Тем не менее, нелинейные радиолокаторы являются приборами ближнего действия, так как коэффициент преобразования энергии облучающего сигнала в энергию высших гармоник очень мал. Конкретная дальность действия зависит от множества факторов. В первую очередь, это тип обнаруживаемого устройства, наличие у него антенны и ее длина, условия размещения объекта поиска (в мебели, за преградами из дерева, кирпича, бетона и т. п.).

Максимальное расстояние, на котором возможно выявление ЗУ ограничено величиной 0,5 м. Данное значение соответствует варианту работы на открытых площадях или в больших необорудованных помещениях, например таких, как готовящийся к сдаче строительный объект. Для офисных помещений возможности обнаружения еще скромнее. Это связано с высокой концентрацией различных «помеховых» объектов (канцелярские принадлежности, оргтехника и т. п.).

С понятием максимальной дальности действия тесно связана максимальная глубина обнаружения объектов в маскирующей среде. Для строительных конструкций она может достигать несколько десятков сантиметров. Например, локаторы серии «Циклон» обнаруживают радиоэлектронные изделия в железобетонных стенах толщиной до 50 см, в кирпичных и деревянных - до 7 см.

Важной характеристикой является и количество анализируемых гармоник переизлученного сигнала. Так как одновременный прием на двух гармониках зондирующего сигнала дает неоспоримые преимущества по сравнению с однотональным приемом: он дает возможность осуществлять идентификацию обнаруженных объектов.

Современные нелинейные локаторы имеют небольшие размеры, вес и позволяют работать как от электросети, так и от автономных источников питания (аккумуляторов).

Среди основных способов селекции сигнала на фоне помеховых воздействий, вызванных наличием в обследуемом пространстве случайных преобразователей частоты зондирующего излучения, выделяют следующие:

- по относительному значению уровней принимаемого излучения на 2-й и 3-й гармониках частоты сигнала;

- по характеру изменения амплитуды шума на выходе приемника вблизи переизлучающего объекта;

- реакции объекта на вибровоздействия;

- по наличию информационных признаков в принимаемом сигнале.

1. Этот способ применим для локаторов, снабженных функцией приема на двух гармониках частоты зондирующего сигнала. Он основан на различии преобразующих свойств полупроводниковых элементов и случайных МОМ-структур.

Физическая сущность способа заключается в том, что для полупроводниковых элементов характерен более высокий уровень переизлученного сигнала на 2-й гармонике по сравнению с 3-й (примерно на 20-40 дБ), и наоборот, контактные источники помех переизлучают сигнал на 3-й гармонике с большим уровнем, чем на 2-й.

Рисунок. Способ селекции помех по относительному уровню 2-й и 3-й гармоник переизлученного сигнала: а - обнаружен полупроводниковый элемент; б - в зоне облучения присутствует контактный источник помех

2. Характер изменения амплитуды шума на выходе приемника локатора также может служить признаком наличия объекта с нелинейной вольтамперной характеристикой.

Так, при приближении антенны локатора к месту расположения полупроводникового элемента в головных телефонах, подключенных к выходу приемника, наблюдается значительное понижение уровня шума (примерно на 8-10 дБ). Минимальное значение U_ш имеет место на расстоянии AR от дислоцируемого объекта, не превышающем 5 см.

И наоборот, уменьшение расстояния между антенной и случайной МОМ-структурой сопровождается некоторым возрастанием уровня шума.

Применение данного способа может быть несколько ограничено следующими двумя факторами: данный способ может быть реализован только в локаторах, оснащенных амплитудным детектором; некоторые типы случайных электрических контактов вызывают не увеличение, а уменьшение амплитуды шума на выходе приемника радиолокатора.

3. Весьма эффективным способом селекции истинных полупроводниковых объектов на фоне ложных является физическое воздействие на исследуемый участок, например, методом простукивания. Характер звука в головных телефонах при этом позволяет судить о типе переизлучающего объекта: в случае ложного соединения в наушниках возникает типичное потрескивание на фоне тонального сигнала; в случае полупроводникового элемента сигнал остается чистым.

При использовании локаторов, работающих на двух гармониках, анализ объекта методом простукивания сопровождается наличием дополнительной информации о случайном объекте: хаотичным изменением уровня на световых индикаторах.

4. Ряд отечественных локаторов («Переход», «Родник-ПМ» и «Энвис») обеспечивают дополнительный способ анализа принятого от объекта сигнального отклика, а именно прослушивание процессов, происходящих в активно функционирующем объекте. Так, могут быть прослушаны речь, передаваемая подслушивающим устройством, тон таймера электронного взрывателя и т. п. Принцип получения этого эффекта аналогичен процессу модуляции при высокочастотном навязывании. Последний режим распознавания обеспечивает практически 100-процентную идентификацию объекта.