ТАКТИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ФОКУСИРУЮЩИМ РЕФЛЕКТОРОМ ДЛЯ РАДИОТОМОГРАФИИ

Полезная модель предназначена для двухмерной визуализации объектов с помощью сверхширокополосного (СШП) электромагнитного излучения с разрешением порядка длительности зондирующего импульса.
Известно устройство «Ультразвуковой томограф», позволяющее визуализировать неоднородности в воздухе (RU 144100 U1, G01N 29/06), сущность которого заключается в том, что для зондирования среды широкополосными ультразвуковыми сигналами применяются перпендикулярные линейные решетки излучателей и приемников. В каждый момент времени излучает только один элемент решетки излучателей, в то же время рассеянный сигнал принимает вся приемная решетка.
За счет мультиплексирования элементов в приемной и излучающей решетках обеспечивается зондирование среды всеми возможными комбинациями излучателей и приемников. Обработка данных зондирования методом пространственно-согласованной фильтрации позволяет восстанавливать трехмерные изображения рассеивающих неоднородностей (прототип).
Недостатками известного устройства являются:
- широкая диаграмма направленности устройства, требуемая для трехмерной визуализации, не позволяет сконцентрировать излучение в заданном направлении, что резко уменьшает дальность действия устройства;
- расстояние между крайними элементами излучающей и приемной решеток слишком велико, что снижает уровень сигнала от крайних элементов и уменьшает дальность локации.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является увеличение дальности действия устройства при восстановлении двумерного радиоизображения.
Поставленная задача решена тем, что предлагаемая тактированная антенная решетка содержит СШП генератор, стробоскопический приемник, устройство обработки и визуализации радиоизображения и сверхширокополосную решетку, состоящую из шести передающих и двенадцати приемных элементов, сгруппированных в две линейки. Устройство оборудовано двумя фокусирующими цилиндрическими рефлекторами, обеспечивающими физическую фокусировку излучения в горизонтальной плоскости, причем линейки приемных и передающих элементов размещены параллельно друг другу в фокусах цилиндрических рефлекторов. СШП генератор и стробоскопический приемник подключены соответственно к передающим и к приемным элементам через систему коммутации, обеспечивающую тактовое переключение между ними. Развязка между элементами антенной решетки и быстродействие системы достигаются системой коммутации сигналов.
На фиг. 1 и  2 изображена одна из возможных схем устройства «Тактированная антенная решетка с фокусирующим рефлектором для радиотомографии». На чертежах цифрами обозначены: 1 - фокусирующий рефлектор, 2 - линейка передающих элементов, 3 - линейка приемных элементов, 4 - электромеханические переключатели, 5 - система коммутации сигналов, 6 - СШП генератор, 7 - стробоскопический приемник, 8 - устройство обработки и визуализации сигнала.
Устройство представляет собой неэквидистантную тактированную сверхширокополосную антенную решетку, имеющую линейку передающих и линейку приемных элементов. Система оборудована двумя цилиндрическими рефлекторами, фокусирующими зондирующее излучение. Форма поперечного сечения рефлекторов совпадает с формой эллипсов. Эллипсы имеют одинаковые размеры и одну общую точку фокуса. Главные оси эллипса отклонены на определенный угол. Передающие и приемные элементы расположены в разнесенных точках фокусов эллипсов. Работа передающих и приемных элементов осуществляется в режиме тактирования с уникальной последовательностью опроса.
Устройство работает следующим образом.
СШП генератор 6 через систему коммутации сигналов, работающую в тактированном режиме, подает зондирующий сигнал на один из элементов линейки передающих элементов 2. Сигнал от передающего элемента облучает часть фокусирующего рефлектора 1, отражается, падает на исследуемый объект и рассеивается. Рассеянный сигнал попадает на второй рефлектор и фокусируется на линейке приемных элементов 3. Прохождение зондирующего сигнала, направляемого от передающего элемента через фокусирующий рефлектор, исследуемый объект и второй фокусирующий рефлектор до приемных элементов показаны на схеме стрелками (см. фиг. 1). При подаче зондирующих импульсов, как и в прототипе, задействуется определенная комбинация антенных элементов. При этом на сигнал 1-го передающего элемента откликаются 1, 2, 3 приемные элементы; на сигнал 2-го - 3, 4 приемные элементы; 3-го - 4, 5, 6 приемные элементы; 4-го - 7, 8 приемные элементы; 5-го - 9, 10, 11 приемные элементы; и на сигнал 6-го - 11, 12 приемные элементы. При тактовой работе антенной решетки происходит переключение указанных комбинаций элементов. Режим тактирования осуществляется системой коммутации сигналов.
С приемных элементов линейки 3 сигнал через систему коммутации сигналов 5 поступает на стробоскопический приемник 7, который передает оцифрованные данные в устройство обработки и визуализации 8, например ноутбук.
Решетка работает в режиме тактирования. Для зондирования используются СШП импульсы длительностью 0.2 не. Рассеянный сигнал фокусируется на приемных элементах антенной решетки и через систему коммутации приходит на вход стробоскопического приемника.
После полного опроса решетки устройство 8 методом пространственно-временной фокусировки оцифрованных локационных сигналов восстанавливает радиоизображение двумерного среза пространства по глубине.
Восстановление радиоизображения объекта осуществляется следующим образом. Устройство размещается неподвижно напротив исследуемой области пространства, куда посылаются локационные сигналы. Система коммутации 5 обеспечивает процедуру опроса линейки приемных элементов 3, после чего на экране устройства обработки и визуализации 8 появляется изображение сечения исследуемого объекта. Процедура опроса в определенной мере заменяет механическое сканирование объекта локационным радиосигналом.
Предлагаемая полезная модель позволяет фокусировать зондирующее излучение в совмещенной точке фокуса, что существенно повышает отношение сигнал/шум зондирующей системы и обеспечивает следующие технические результаты:
- увеличение до 1,5 м дальности действия устройства;
- восстановление радиоизображения двумерного среза пространства по глубине.
Технический результат достигается за счет концентрации излучения в заданном направлении, что обеспечено путем дополнения антенной решетки фокусирующими цилиндрическими рефлекторами, параллельного расположения линеек приемных и передающих антенных элементов в фокусах рефлекторов и тактированного режима работы антенной решетки.