В НовГУ впервые испытали новый для радиолокации тип сигналов
10 октября 2025, 11:20 940
Над проектом работают студенты кафедры радиосистем Владислав Суляров, Игорь Васильев, Софья Слободенюк, Андрей Щербаков, Татьяна Строкина. Научный руководитель – заведующая кафедрой радиосистем Ирина Жукова.
Принцип работы радиолокаторов заключается в том, что они ловят сигнал, отражённый от объекта. Но если этот объект движется, частота сигнала изменяется — так работает эффект Доплера. При смещении частоты спектр полезного сигнала может быть полностью подавлен фильтром, настроенным на неподвижную цель. Дело в том, что фильтр радиолокатора удаляет или подавляет шумы, повторяющиеся с определённой периодичностью. Этот процесс называется режекцией и позволяет получить более чёткий сигнал, «очищенный» от помех. Но, если частота полезного сигнала сместилась, она полностью может попасть в область режекции. Получается, что локатор просто «не увидит» цель.
Преимущество типа сигналов, который исследуют студенты НовГУ — его нерегулярность.
— Он относится к сигналам с многопозиционной фазовой манипуляцией (М-ФМ) и нерегулярной двухуровневой структурой амплитудного спектра, — рассказал Владислав Суляров. — «Нерегулярный» сигнал означает, что между его гармониками (частотами) неодинаковые промежутки. А фильтр радиолокатора «глушит» шумы, идущие в эфире с одинаковой периодичностью. Поэтому нерегулярный сигнал попадает в зону режекции лишь частично и не заглушается полностью. Это позволит радиолокатору эффективно распознавать цели даже с учётом эффекта Доплера.
Системы, использующие доплеровский сдвиг частоты, позволяют обнаруживать движущиеся объекты, например, самолёты и корабли, в условиях, когда традиционные радары не могли отличить движущиеся цели от помех из-за мощного эхо-сигнала от неподвижных объектов. Таким образом новый тип сигнала уже может распознавать цели, «замаскированные» в высоко помеховой городской местности. Дальнейшие работы направлены на повышение точности обнаружения.
Сам по себе данный тип сигналов не новый, но на практике его раньше никто не тестировал. Дело в том, что для этого необходимы особые устройства формирования и обработки сигналов, что дорого и требует времени на разработку. Алгоритм синтеза сигнала разработал Дмитрий Владимирович Чеботарёв, в недавнем прошлом начальник лаборатории цифровой обработки сигналов НовГУ, заведующий кафедрой радиосистем. Ему же принадлежит и идея частотной режекции помех.
Ранее для проверки эффективности использовалось только компьютерное моделирование. Суть эксперимента, проведённого студентами НовГУ, заключалась в том, чтобы сравнить данные моделирования и «поведение» сигналов в реальности.
— Для эксперимента мы использовали приёмопередатчик LimeSDR — устройство с открытым исходным кодом, — рассказал Владислав Суляров. — Модуль LimeSDR способен, с одной стороны, излучать фазомодулированные (ФМ) сигналы, поступающие с предустановленного программного инструментария GNU Radio по USB-интерфейсу. С другой стороны, LimeSDR обеспечивает приём сигналов, их предварительную фильтрацию и запись. Программирование в среде GNU Radio companion является достаточно простым в освоении. Таким образом, использование LimeSDR не требует высокой квалификации в области программирования, что делает данный приёмопередатчик оптимальным средством исследований передачи и приёма ФМ сигналов. Отмечу, что мы получаем информационную и иную поддержку исследования от Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий.
По результатам выполненных исследований был сделан вывод, что спектр сигнала сохраняет свою нерегулярность и двухуровневую структуру. Это говорит о соответствии физического эксперимента теоретическим исследованиям и корректности математической модели для формирования таких сигналов в реальных устройствах. Были выявлены незначительные расхождения с компьютерным моделированием. В частности, увеличился динамический диапазон — расстояние между низким и высоким уровнем гармоник.
— Динамический диапазон на выходе передатчика составлял 120 децибел, — пояснил Владислав Суляров. — После приёма и обработки сигнала значение снизилось до 80 децибел. В идеальных условиях разница должна быть равна нулю, но в реальности это почти невозможно. 40 децибел, которые получились у нас — это неплохой результат. Такие сигналы могут быть использованы в радиолокационных станциях обнаружения летящих целей. Они более эффективны для фильтрации мощных отражений от зданий, которые могут «маскировать» сигнал летящего объекта.
В дальнейшем исследователи планируют доработать проект, используя несколько модулей LimeSDR для симуляции помех, а также разработать схему для подавления помех. В исследовании заинтересована Научно-исследовательская лаборатория цифровой обработки сигналов Передовой инженерной школы НовГУ.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России, в рамках Десятилетия науки и технологий.
Эту и другие новости читайте в официальном телеграм-канале Новгородского университета.
Рубрика:
