Е.В. Богатырев1, Р.Г. Галеев2, К.А. Игнатков3, О.А. Кувшинов4, В.Я. Носков5

1,2 АО «НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск, Россия)
1 Сибирский федеральный университет (г. Красноярск, Россия)
3–5 Уральский федеральный университет (г. Екатеринбург, Россия)

1 bogatyrev@krtz.su, 2 info@krtz.su, 3 k.a.ignatkov@urfu.ru, 4 o.a.kuvshinov@urfu.ru, 5 v.y.noskov@urfu.ru

Постановка проблемы. В автодинных системах ближней радиолокации (АСБРЛ) широко используются различные виды модуляции излучения: амплитудная, импульсная, частотная и фазовая. При этом особый интерес представляет применение комбинации различных видов модуляции, например, одновременно импульсной и частотной модуляции излучения. Такое совмещение обеспечивает повышение устойчивости АСБРЛ к воздействию помех, возможность формировать ближнюю и дальнюю границы зоны обнаружения по расстоянию, регистрировать появление движущихся объектов в контролируемой зоне, а также измерять их скорость движения и оценивать текущую дальность до цели. Кроме того, прерывистость работы генератора повышает скрытность работы АСБРЛ, а также значительно снижает ее энергопотребление. Однако особенности формирования шумовых характеристик и их связь с сигнальными характеристиками радиоимпульсных АСБРЛ с учетом реально существующей нелинейности модуляционных характеристик частоты генераторов до настоящего времени не исследовались. Необходимость этого учета особенно возрастает в условиях применения большого значения девиации частоты излучения в КВЧ диапазоне, когда стоит задача предельного повышения разрешающей способности радиоимпульсных АСБРЛ с частотной модуляцией (ЧМ) по дальности.

Цель. Провести анализ особенностей формирования сигнальных и шумовых характеристик АСБРЛ с одновременной импульсной (ИМ) и ЧМ с учетом нелинейности модуляционной характеристики КВЧ-генератора, а также рассмотреть один из методов коррекции закона ЧМ зондирующего излучения радиоимпульсного автодина, основанного на использовании современных высокопроизводительных сигнальных процессоров.

Результаты. Представлены результаты исследования влияния нелинейности модуляционной характеристики КВЧ-генератора на особенности формирования сигнальных и шумовых характеристик АСБРЛ с одновременной ИМ и ЧМ. Путем численного моделирования установлено, что даже небольшая нелинейность модуляционной характеристики СВЧ-генераторов приводит к значительным изменениям мгновенной частоты автодинного сигнала, а также искажению его формы и спектра. Отмечено, что от степени линейности этой характеристики и ее стабильности зависят алгоритм обработки автодинного сигнала, погрешность измерения дальности и скорости, требуемая величина девиации частоты и целый ряд других параметров АСБРЛ с одновременной ИМ и ЧМ. Описан метод линеаризации перестроечной характеристики СВЧ-генератора путем квазистатической коррекции управляющего напряжения с использованием цифрового сигнального процессора. Приведены результаты экспериментальных исследований АСБРЛ 8-мм диапазона, выполненной на основе генератора на диоде Ганна с управлением частоты варикапом.

Практическая значимость. Полученные результаты выполненных исследований, значительно расширяющие известные представления о формировании сигнальных и шумовых характеристик радиоимпульсных автодинов, необходимо учитывать при разработке алгоритмов обработки сигналов и использовании радиоимпульсных автодинов с ЧМ в АСБРЛ миллиметрового диапазона. Изучение особенностей формирования этих характеристик представляет интерес также для расширения области практического применения АСБРЛ, улучшения их тактико-технических параметров и определения их функциональных возможностей. Применение метода линеаризации модуляционной характеристики и цифровой обработки автодинного сигнала в АСБРЛ с одновременной ИМ и ЧМ позволяет решить задачу достижения предельно высоких показателей по точности и разрешающей способности при измерении дальности без усложнения конструкции приемопередающего СВЧ-модуля.

Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Игнатков К.А., Кувшинов О.А., Носков В.Я. Влияние нелинейной модуляции частоты на формирование сигнальных и шумовых характеристик автодинных радиолокаторов с одновременной импульсной и частотной модуляцией излучения // Успехи современной радиоэлектроники. 2026. T. 80. № 2. С. 20–38. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202602-03

1. Usanov D.A., Skripal Al.V., Skripal An.V., Postelga A.E. A microwave autodyne meter of vibration parameters // Instruments and Experimental Techniques. 2004. V. 47. № 5. P. 689–693.
2. Alidoost S.A., Sadeghzade R., Fatemi R. Autodyne system with a single antenna // 11th International Radar Symposium (IRS-2010). Lithuania, Vilnius. 2010. V. 2. P. 406–409.
3. Usanov D.A., Postelga A.E. Reconstruction of complicated movement of part of the human body using radio wave autodyne signal // Biomedical Engineering. 2011. V. 45. № 1. P. 6–8.
4. Mirsaitov F.N., Safonova E.V., Boloznev V.V. Microwave autodyne vibrosensor in aeroengine diagnostics // European Frequency and Time Forum (EFTF). 2014. P. 140–143.
5. Носков В.Я. Двухдиодный автодинный приемопередатчик // Приборы и техника эксперимента. 2015. № 4. С. 65–70.
6. Носков В.Я., Игнатков К.А., Чупахин А.П. Применение двухдиодных автодинов в устройствах радиоволнового контроля размеров изделий // Измерительная техника. 2016. № 7. С. 24–28.
7. Kim S., Kim B.-H., Yook J.-G., Yun G.-H. Proximity vital sign sensor using self-oscillating mixer // URSI Asia-Pacific Radio Science Conference (URSI AP-RASC). 2016. P. 1446–1448.
8. Ветрова Ю.В., Дорошенко А.А., Постельга А.Э., Усанов Д.А. Дистанционный контроль движения поверхности объекта с использованием двухканального СВЧ-автодинного генератора // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 4. С. 387–395.
9. Efanov A.A., Diskus C.G., Stelzer A. et al. Development of a low-cost 35 GHz radar sensor // Annals of Telecommunications. 1997. V. 52. № 3. P. 219–223.
10. Носков В.Я., Варавин А.В., Васильев А.C. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 9. Радиолокационное применение автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2016. № 3. С. 32–86.
11. Jefford P.А., Howes M.S. Modulation schemes in low-cost microwave field sensor // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1985. V. 31. № 8. P. 613–624.
12. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Игнатков К.А. Принцип построения бортового радиолокационного датчика для обнаружения быстродвижущихся целей // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 12. С. 16–22.
13. Noskov V.Ya., Ignatkov K.A., Chupahin A.P. et al. Signals of autodyne sensors with sinusoidal frequency modulation // Radioengineering. 2017. V. 26. № 4. P. 1182–1190.
14. Noskov V.Ya., Galeev R.G., Bogatyrev E.V. et al. Autodyne sensor signals with amplitude-frequency modulation of radiation // Sensors. 2020. V. 20. № 24. P. 7077.
15. Komarov I.V., Smolskiy S.M. Fundamentals of short-range FM radar. Norwood, MA: Artech House. 2003.
16. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Галеев Р.Г. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 15. Сигнальные и шумовые характеристики автодинов с частотной модуляцией // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76. № 9. С. 15–54.
17. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Галеев Р.Г. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 17. Переходные процессы радиоимпульсных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2023. Т. 77. № 11. С. 5–36.
18. Богатырев Е.В., Вишняков Д.С., Игнатков К.А. и др. Сигнальные и шумовые характеристики радиоимпульсных автодинов с линейной частотной модуляцией миллиметрового диапазона // Ural Radio Engineering Journal. 2025. Т. 9. № 3. С. 249–278.
19. Носков В.Я., Васильев А.С., Ермак Г.П. и др. Флуктуационные характеристики автодинных радиолокаторов с частотной модуляцией // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2017. Т. 60. № 3. С. 154–165.
20. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Игнатков К.А., Шайдуров К.Д. Особенности формирования и обработки сигналов в автодинных радиолокаторах с частотной модуляцией с учетом нелинейности модуляционной характеристики // Ural Radio Engineering Journal. 2021. Т. 5. № 2. С. 119–143.
21. Кальянов Э.В. Автопараметрическая система с запаздыванием // Журнал технической физики. 2007. Т. 77. № 8. С. 1–5.
22. Noskov V.Ya., Ignatkov K.A. Autodyne signals in case of random delay time of the reflected radiation // Telecommunication and Radio Engineering. 2013. V. 72. № 16. P. 1521–1536.
23. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та. 2003.
24. Носков В.Я., Игнатков К.А., Смольский С.М. Зависимость автодинных характеристик от внутренних параметров СВЧ генераторов // Радиотехника. 2012. № 6. С. 24–46.
25. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 11. Основы реализации автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 2. С. 5–33.
26. Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 6. Исследования радиоимпульсных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 6. С. 3–51.
27. Noskov V.Ya., Ermak G.P. Signal and fluctuation characteristics of autodyne vibration and displacement meters // Telecommunication and Radio Engineering. 2014. V. 73. № 19. P. 1727–1743.
28. Jankiraman M. FMCW radar design. Norwood, MA: Artech House. 2018.
29. Комаров В.М., Плохих А.П., Андреева Т.М. Радиолокационные измерители высоты и наклонной дальности с непрерывным частотно-модулированным излучением // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. № 12. С. 52–70.