Научная группа «Оптоэлектронные и микроволновые устройства дистанционного зондирования»

Актуальность:

Современные технологии предполагают создание, развитие и совершенствование средств дистанционного определения параметров наземных и летательных беспилотных транспортных средств (БТС). Летательные БТС осуществляют мониторинг важных городских промышленных объектов, автомагистралей на наличие пробок, состояние объектов жилищно-коммунального хозяйства, доставляют почту и посылки, участвуют в обслуживании туристического сектора. Вместе с тем, летательные БТС могут также нести угрозу нормальному функционированию объектов народного хозяйства, для противодействия которой требуется определение параметров беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Наземные БТС, в основном транспортные средства передвижения, используют радары для автоматического контроля дистанции между движущимися средствами, предупреждения о перекрестном движении, помощи в смене полосы движения, парковке и обнаружения препятствий, пешеходов и слепых зон. Кроме того, радары используют службы автоинспекции для обеспечения безопасности движения с использованием административных мер воздействия.

Среди дистанционно определяемых параметров наземных и летательных БТС наиболее важными являются: дальность, радиальная скорость, направление движения, эффективная площадь рассеивания (ЭПР), азимут и угол места. Для определения местоположения и радиальной скорости объектов могут быть использованы различные методы: ультразвуковой, лидарный оптический, использование видеокамер и микроволновый. Первые три перечисленных принципа имеют существенный недостаток – сильную зависимость от погодных условий (осадков, тумана), имеют малую обнаружимую дальность до объекта (ультразвуковой и видекамерный), имеют высокую стоимость (лидарный оптический). В определённой степени перечисленные методы дополняют друг друга, но вследствие указанных причин, предпочтительным методом повсеместно признаётся микроволновый радарный метод.

Научная значимость:

Ориентированные фундаментальные исследования по разработке новых систем дистанционного определения параметров наземных БТС и БПЛА микроволновыми радарами включают следующие задачи: разработка и применение радиочастотных сигналов специальной формы, устранение неоднозначности определения скоростей в широком диапазоне, устранение ложных целей в режиме регистрации параметров множества целей (multi-target), выделение и группировка точек отражения по дистанции и скорости, сопровождение объектов, повышение чувствительности радиочастотных трактов радаров для измерения параметров БТС с очень низкими ЭПР за счет применения многоканальных структур радаров.

Основные направления исследований:

Выявление фундаментальных аналитических закономерностей, соотношений для построения математических моделей, лежащих в основе новых алгоритмов дистанционного определения параметров наземных БТС и БПЛА микроволновыми радарами, а также моделирование выявленных закономерностей в вычислительных экспериментах и апробирование их на экспериментальных образцах радаров.

Краткое описание результатов:

Результатом научно-исследовательской деятельности группы являются фундаментальные аналитические закономерности и соотношения, используемые для построения математических моделей. Разработанные модели служат основой новых алгоритмов дистанционного определения параметров наземных БТС и БПЛА микроволновыми радарами и проходят проверку на экспериментальных образцах оптоэлектронных и микроволновых устройств дистанционного зондирования.

Используемые ресурсы и оборудование:

Выявление фундаментальных аналитических закономерностей, соотношений и математических моделей, лежащих в основе новых алгоритмов дистанционного определения параметров наземных БТС и БПЛА микроволновыми радарами, основано на применении разделов радиофизики (распространение, отражение и поглощение радиоволн различными средами, частотно-временной анализ, модуляция сигналов, СВЧ-электроника), радиолокации (эффект Доплера), радиотехники (оптимальный приём и фильтрация сигнала, статистическая теория принятия решений, теория помехоустойчивости), информатики (анализ алгоритмов, протоколов передачи данных, базы данных). Моделирование выявленных закономерностей в вычислительных экспериментах проводится в программных пакетах LabVIEW, MatLab, MathCAD, обладающих поддержкой всех необходимых функций. Апробирование выявленных закономерностей и моделей проводится на экспериментальных образцах радаров.

Участие студентов в выполняемых проектах:

К научно-исследовательским работам группы «Оптоэлектронные и микроволновые устройства дистанционного зондирования» привлекаются студенты, обучающиеся по программам подготовки как бакалавров, так и магистров. В научной группе защищают выпускные квалификационные работы в том числе и иностранные обучающиеся.

1. Лаборатория «Моделирование технологических процессов и проектирование энергетического оборудования» при Центре «Новые производственные технологии», г. Санкт-Петербург.
2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН», Санкт-Петербург.