پایان نامه برق-مخابرات:طراحی و شبیه سازی گیرنده‌ی رادار دهانه ترکیبی برای پهپاد

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش برق-مخابرات

با عنوان :طراحی و شبیه سازی گیرنده‌ی رادار دهانه ترکیبی برای پهپاد

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی برق-مخابرات سیستم

 

طراحی و شبیه سازی گیرنده‌ی رادار دهانه ترکیبی برای پهپاد

 

 

اساتید راهنما:

دکتر رمضانعلی صادق‌زاده

دکتر رضا فاطمی مفرد

 

 

 

زمستان 1391

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

در این پایان‌نامه هدف طراحی و شبیه‌سازی رادار دهانه ترکیبی به منظور بکارگیری در پهپاد است. در طی این پایان‌نامه به بررسی روابط و چگونگی عملکرد برخی الگوریتم‌های بکار رفته در این رادارها ، مانند پردازش داپلر و الگوریتم‌های جبران‌سازی پرداخته و سعی شده ‌است که روابط مربوط به طراحی کلان این رادار ارائه گردد. بر اساس روابط و نیازمندی مطرح شده، رادار دهانه ترکیبی طراحی و نتایج حاصل از شبیه سازی ارائه شده است. همچنین در طی این تحقیق الگوریتمی جدید برای جبران‌سازی حرکت غیر ایده‌ال سکوی حامل پیشنهاد شده است. اساس این الگوریتم تخمین مسیر حرکت رادار با تقریب‌های خطی است. تئوری و روابط این الگوریتم استخراج و با شبیه سازی و مقایسه با مسیرایده‌ال صحت عملکرد آن بررسی شده است.

 

 

کلید واژه: SAR ، FMCW، RDA ، RCM، جبرانسازی حرکت

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                  صفحه

 

فهرست شکل‌ها ت‌

فهرست علایم و نشانه‌ها خ‌

فصل1-  مقدمه 1

1-1- پیشگفتار 1

1-2- تاریخچه 4

1-3- انواع SAR 5

1-3-1- Strip-Map SAR 5

1-3-2- Spot SAR 5

1-3-3- Scan SAR 8

1-4- مروری بر کارهای انجام شده 10

1-5- هدف از انجام تحقیق 11

1-6- نوآوری تحقیق 12

1-7- ساختار تحقیق 12

فصل2-  مدل و روابط طراحی 13

2-1- تفکیک‌پذیری در راستای برد 14

2-2- پالس مدوله شده با سیگنال LFM 16

2-3- تفکیک‌پذیری در راستای زاویه سمت 19

2-4- مقایسه آرایه‌های واقعی با آرایه‌های مصنوعی 23

2-5- هندسه دید از کنار برای رادار دهانه ترکیبی 25

2-6- ویژگی‌های سیگنال SAR 28

2-7- طیف سیگنال 30

2-8- معیار انتخاب فرکانس تکرار پالس 36

2-9- معادله رادار در SAR 37

فصل3-  الگوریتم های تشکیل تصویر 41

3-1- الگوریتم RDA 42

3-2- الگوریتم CSA 47

3-2-1- شرحCS 49

3-2-2- بکارگیری CS در RCMC 53

3-3- جبران سازی‌حرکت 56

فصل4-  طراحی سیستمی رادار دهانه ترکیبی 59

4-1- مدولاسیون موج پیوسته‌ی LFM 60

4-2- الگوریتم پیشنهادی برای جبران‌سازی حرکت 61

4-2-1- استفاده از مسیر تقریب خطی در جبران‌سازی مسیر حرکت حامل 65

4-3- نیازمندی‌های طراحی 66

4-4- باند فرکانسی 68

4-5- فرستنده و گیرنده 71

4-5-1- فیلتر های گیرنده 72

4-5-2- نمونه برداری 76

4-5-3- سیگنال به نویز گیرنده 79

4-5-4- حساسیت گیرنده 81

4-6- بلوک دیاگرام سیستمی 82

4-7- واحد STC 85

4-8- حجم حافظه‌ی مورد نیاز 86

4-9- پردازش سیگنال 87

فصل5-  شبیه سازی و نتایج 89

5-1- شبیه سازی و نتایج الگوریتم RDA برای سه هدف نقطه‌ای 89

5-2- مدل اهداف 97

5-3- استخراج تصویر در محیط نویزی 98

5-4- شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی برای جبرانسازی خطای حرکت 101

5-5- مسیر دو پاره خطی 103

5-5-1- مسیر چند پاره خطی 105

5-5-2- مسیرسینوسی 107

فصل6-  نتیجه گیری 115

6-1- پیشنهادات 116

فهرست مراجع‌ 119

واژه نامه‌ی انگلیسی به فارسی 123

واژه نامه‌ی فارسی به انگلیسی 125

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                صفحه

 

شکل ‏1-1- تصویر اپتیکی (تصویرسمت چپ)و تصویر تهیه شده توسط SAR(تصویر سمت راست) از یک مکان………………………………… 1

شکل ‏1-2- رابطه بین حد تفکیک پذیری در سمت با پهنای پرتو آنتن 3

شکل ‏1-3- Strip-Map SAR…………………………………. 6

شکل ‏1-4- Spot SAR……………………………………. 7

شکل ‏1-5- بیشترین زمان پرتو افکنی(مشاهده) در مد strip-map SAR… 7

شکل ‏1-6- Scan SAR…………………………………… 8

شکل ‏1-7- نمایش مسیر مرور آنتن……………………….. 9

شکل ‏2-1- نمایش تفکیک پذیری سلولی……………………. 13

شکل ‏2-2- تفکیک‌پذیری برد……………………………. 14

شکل ‏2-3- ایده اصلی فشرده سازی پالس در فرستنده…………. 16

شکل ‏2-4- (a) پالس LFM در حوزه زمان   (b) پالس LFM در حوزه زمان فرکانس  17

شکل ‏2-5- بلوک دیاگرام سیستم PLFM……………………. 17

شکل ‏2-6- پردازش سیگنال LFM بر اساس DFT……………… 18

شکل ‏2-7- نمایش فاصله رادار از یک پراکنده‌ساز خاص در هندسه دید از کنار  21

شکل ‏2-8- نمودار داپلری برای یک پراکنده‌ساز……………. 22

شکل ‏2-9- هندسه‌ی آرایه های واقعی یا مصنوعی……………. 24

شکل ‏2-10- الگوی تشعشعی برای آنتن روزنه واقعی و مصنوعی….. 25

شکل ‏2-11- بررسی دید از کنار و دید عمودی……………… 26

شکل ‏2-12- هندسه دید از کنار SAR…………………….. 27

شکل ‏2-13- هندسه دید از کنار با وجود زاویه لوچی………… 28

شکل ‏2-14- تاثیر الگوی تشعشی آنتن در سیگنال دریافتی…….. 30

شکل ‏2-15- نمایش فاصله رادار از یک پراکنده‌ساز خاص بر حسب زمان 34

شکل ‏3-1- گام‌های پیاده سازی الگوریتم RDA[6]…………… 44

شکل ‏3-2- گسترش IRW بر حسب زاویه لوچی در حالت پیاده سازی SRC و عدم پیاده سازی [6]……………………………………… 48

شکل ‏3-3- گام‌های پیاده سازی الگوریتم CSA[6]……………. 50

شکل ‏3-4- تاثیر تابع اسکیل با فرکانس ثابت بر روی LFM[6]…. 51

شکل ‏3-5- عملکردتابع اسکیل با فرکانس خطی بر روی LFM[6]….. 52

شکل ‏3-6- مفهوم RCMC تفاضلی و فله‌ای [6]………………. 54

شکل ‏3-7- نمایش RCMC در فضای برد-داپلر [6]……………. 55

شکل ‏3-8- حرکت غیر ایده‌ال سکو……………………….. 56

شکل ‏4-1- نمایش ساده ای از طیف داده‌های سطری SAR………… 62

شکل ‏4-2- a -مسیر واقعی حرکت یک UAV تصویر b- مسیر تخمین زده شده با دوازده پاره خط[10]…………………………………… 66

شکل ‏4-3- بلوک دیاگرام پیشنهادی برای جبرانسازی حرکت سکو…. 67

شکل ‏4-4- منحنی‌های گاما برای عوارض مختلف برحسب فرکانس [1].. 68

شکل ‏4-5- نمایش رفتار عمومی ضریب انعکاس سطح با تغییر زاویه‌ی میل [1]    69

شکل ‏4-6- ضریب انعکاس سطح برحسب زاویه‌ی گریزینگ در چند باند فرکانسی مختلف [1]………………………………………….. 69

شکل ‏4-7- بلوک دیاگرام فرستنده و گیرنده FM-CW………….. 72

شکل ‏4-8- قسمت حقیقی سیگنال چیرپ…………………….. 75

شکل ‏4-9- قسمت موهومی سیگنال چیرپ……………………. 75

شکل ‏4-10- طیف‌نگاشت پالس ارسالی در زمان دو PRF…………. 75

شکل ‏4-11- طیف سیگنال میانگذر بعد از نمونه برداری با نرخ     77

شکل ‏4-12- پاسخ فرکانسی فیلتر دیجیتال……………….. 78

شکل ‏4-13- برحسب برد…………………………… 79

شکل ‏4-14- الگوی تشعشی آنتن بر حسب زاویه گرزینگ………… 80

شکل ‏4-15- ضریب انعکاس سطح برای باند X……………….. 80

شکل ‏4-16- توان دریافتی در برد مطلوب…………………. 82

شکل ‏4-17- بلوک دیاگرام سیستمی………………………. 84

شکل ‏4-18- بهره‌ی STC بر حسب برد……………………… 85

شکل ‏4-19- بلوک دیاگرام پردازش سیگنال………………… 87

شکل ‏5-1- بلوک دیاگرام پردازش سیگنال………………… 91

شکل ‏5-2- سیکنال فشرده شده در برد……………………. 91

شکل ‏5-3- نمایش داده‌های فشرده شده در برد برای سه هدف نقطه‌ای 92

شکل ‏5-4- کانتور داده‌های فشرده شده در برد برای سه هدف نقطه‌ای 92

شکل ‏5-5- سیگنال‌های دریافتی از هدف سه نقطه‌ای در حوزه‌ی برد داپلر   93

شکل ‏5-6- کانتور داده‌های حوزه‌ی برد-داپلر برای سه هدف نقطه‌ای 94

شکل ‏5-7- طیف داپلر سیگنال دریافت شده از هدف A بعد از RCMC. 94

شکل ‏5-8- نتیجه حاصل از RCMC در حوزه‌ی برد -داپلر……….. 95

شکل ‏5-9- کانتور داده‌ها در حوزه‌ی برد –داپلر بعد از RCMC…. 95

شکل ‏5-10- نتیجه حاصل از فشرده سازی در سمت……………. 96

شکل ‏5-11- کانتور داده‌های فشرده شده در برد و سمت……….. 97

شکل ‏5-12- RCS مدل شده برای هواپیما………………….. 98

شکل ‏5-13- سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده که در برد فشرده شده است…………………………………………….. 99

شکل ‏5-14-کانتور سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده که در برد فشرده شده است………………………………………….. 99

شکل ‏5-15- سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده در حوزه‌ی برد –داپلر قبل از RCMC………………………………………… 100

شکل ‏5-16- سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده در حوزه‌ی برد –داپلر بعد از RCMC………………………………………… 100

شکل ‏5-17- استخراج تصویر هواپیما……………………. 101

شکل ‏5-18- شیفت داپلر سیگنال در مسیر غیر ایده‌ال خطی……. 102

شکل ‏5-19- سناریوی مسیر دو پاره‌خطی………………….. 103

شکل ‏5-20- طیف داپلر سیگنال دریافت شده a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده…………………………………………. 104

شکل ‏5-21- سیگنال فشرده شده در سمت a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده……………………………………………. 104

شکل ‏5-22- نمایش سیگنال جبران شده در مسیر دو پاره خطی در محدوده‌ی کوچکتر……………………………………………. 105

شکل ‏5-23- سناریوی مسیر چند پاره خطی………………… 105

شکل ‏5-24- طیف داپلر سیگنال دریافت شده a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده…………………………………………. 106

شکل ‏5-25- سیگنال فشرده شده در سمت a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده…………………………………………. 106

شکل ‏5-26- نمایش سیگنال جبران شده در مسیر چند پاره خطی در محدوده‌ی کوچکتر……………………………………………. 107

شکل ‏5-27- سناریوی مسیر سینوسی……………………… 107

شکل ‏5-28- طیف داپلر سیگنال دریافت شده a) سیگنال دریافت شده درمسیر سینوسی b) سیگنال دریافت شده در………………………… 108

شکل ‏5-29- سیگنال فشرده شده در سمت بدون جبران سازی…….. 109

شکل ‏5-30- سیگنال فشرده شده در سمت جبرانسازی شده با هفت پاره خط   109

شکل ‏5-31- مسیر تقریب زده شده سینوسی با هفت پاره خط……. 110

شکل ‏5-32- سیگنال بکار رفته برای جبرانسازی مسیر سینوسی( تقریب با هفت پاره خط)…………………………………………. 110

شکل ‏5-33- طیف داپلر سیگنال جبران شده با چهل پاره خط…… 111

شکل ‏5-34- سیگنال فشرده شده در سمت ، جبران شده با چهل پاره خط 111

شکل ‏5-35- سیگنال فشرده شده در سمت ، جبران شده با چهل پاره خط، نمایش داده شده در محدوده‌ی کوچکتر………………………….. 112

شکل ‏5-36- تصویر تشکیل شده از سه هدف نقطه‌ای بعد از جبرانسازی مسیر سینوسی……………………………………………. 112

شکل ‏5-37- نمایش سیگنال فشرده شده a) سیگنال فشرده شده با مسیر ایده‌ال b) سیگنال فشرده شده‌ی……………………………… 113

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                  صفحه

جدول ‏2‑1- خواص سیگنال در حوزه زمان [6]……………….. 35

جدول ‏2‑2- خواص سیگنال در حوزه برد-داپلر[6]……………. 35

جدول ‏2‑3- خواص سیگنال در حوزه فرکانس [6]……………… 36

جدول ‏4‑1- ضرایب فیلتر دیجیتال شاخه‌های I و Q…………… 78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست علایم و نشانه‌ها

عنوان                                    علامت اختصاری

CSChirp Scaling
CSAChirp Scaling Algorithm
DDSDirect Digital Synthesizer
GPSGlobal Positioning System
INSInertial Navigation System
LFMLinear Frequency Modulation
LOSLine Of Sight
PGDPhase Gradient Algorithm
PLFMPulsed Linear Frequency Modulation
POSPPrinciple Of Stationary Phase
PRFPulse Repetition Frequency
QPEQuadratic Phase Error
RCMRange Curvature Motion
RCSRadar Cross Section
RCMCRange Curvature Motion Compensation
RDRange Doppler
RDARange Doppler algorithm
SARSynthetic Aperture Radar
SOSSecond–Order Sections
SRCSecondary Range Compression
STCSensitive Time Control
Algorithm

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل1-    مقدمه

1-1- پیشگفتار

سیستم‌های SAR[1]برای تهیه‌ی عکس‌های دو بعدی و سه بعدی با کیفیت بالا از عوارض زمین، در هر شرایط آب وهوائی بکارمی‌روند. تصویر شکل ‏1-1 نمونه‌ای از عکس تهیه شده توسط رادار SAR است. همانطور که ملاحظه می‌شود تصویر تهیه شده توسط رادار SAR، متفاوت از تصاویر اپتیکی است. بدست آوردن اطلاعات از این تصاویر نیاز به مهارت است. در حقیقت تصویر تشکیل شده توسط رادار SAR استخراج پروفایل [2]RCS سطح زمین است. در تصویر تهیه شده توسط SAR ، هرجا که RCS سطح زمین بیشتر بوده تصویر روشن‌تر و برعکس برای نقاطی با RCS

کمتر، تصویر تاریک تر است. در این سیستم‌ها رادار بر روی یک هواپیما یا یک ماهواره که سکو[3]

شکل ‏1-1- تصویر اپتیکی (تصویرسمت چپ)و تصویر تهیه شده توسط SAR(تصویر سمت راست) از یک مکان

نامیده خواهد شد، سوار می‌شود. به خاطر حجم بسیار بالای پردازش سیگنال مورد نیاز برای سیستم SAR معمولا پس از جمع آوری سیگنال‌های لازم توسط رادار، پردازش و استخراج تصویر در ایستگاه زمینی صورت می‌گیرد.

تشکیل تصویر از سطح زمین نیازمند داشتن حد تفکیک‌پذیری[4] مناسب در دو بعد عمود بر هم(برد[5] و متقاطع برد[6]) است. تفکیک ‌پذیری در راستای برد با بکارگیری سیگنال با پهنای باند بالا، قابل دستیابی است. در بعد متقاطع ، حد تفکیک‌پذیری به طول آنتن وابسته است. برای داشتن تفکیک‌پذیری بالا در این بعد، آنتی با طول فیزیکی بزرگ نیاز است تا انرژی دریافتی را در یک پرتو باریک متمرکز کند. پهنای پرتو آنتن در راستای سمت[7] یا بعبارتی بعد متقاطع بر برد، حد تفکیک پذیری را تعیین می‌کند. در شکل ‏1-2 رابطه بین حد تفکیک پذیری در سمت با پهنای پرتو آنتن نشان داده شده‌است.حد تفکیک پذیری در سمت به کمترین فاصله بین دو هدف در سمت اطلاق می‌شود که آن دو هدف توسط رادار از هم قابل تمایز باشند. پهنای پرتو در آنتن ، با توزیع جریان یکنواخت از رابطه زیر بدست می‌آید[1]:

(‏1‑1)

در این رابطه برابر با طول موج کاری آنتن و طول روزنه آنتن است. بعنوان مثال برای داشتن تفکیک‌پذیری 1m ، در فاصله 10km برای راداری در باند x ( ) به آنتی با طول 300m نیاز خواهیم داشت! که با توجه به محدودیت‌های فیزیکی امکان پذیر نیست. پس نیازمند به روشی هستیم که در طیِ طولِ مورد نیاز، داده های لازم را جمع آوری کرده و سپس با پردازش

شکل ‏1-2- رابطه بین حد تفکیک پذیری در سمت با پهنای پرتو آنتن

 

این داده‌ها آنتن دهانه ترکیبی را پیاده سازی نماید. این روش اساس کار رادار های دهانه ترکیبی است.

کیفیت عکس‌های تهیه شده توسط SAR، با تفکیک‌پذیری سلولی در سطح زمین تعیین می‌شود. تفکیک پذیری سلولی، با تفکیک‌پذیری سمت و تفکیک‌پذیری فاصله مشخص می‌شود. هر سلول در سطح زمین، بیانگر یک پیکسل از تصویر SAR است. عوامل دیگری که که به غیر از محدودیت‌های سیستمی و فیزیکی بر تفکیک پذیری سلولی تاثیر دارد عبارت است از [2]:

1) اندازه نقشه‌ای که قرار است تهیه گردد

2) عوارضی که قرار است در تصویر بدست‌آمده معلوم باشند (بعنوان مثال در نقشه آیا قرار است تنها جاده‌ها و کوه‌ها و عوارض بزرگ زمین معلوم باشد ویا جزئیات بیشتری مانند ساختمان‌ها و وسایل نقلیه و … مد نظر است)

3) هزینه در نظر گرفته شده برای طرح

در رادار SAR برای داشتن پالس باریک در برد از مدولاسیون‌ فرکانسی استفاده می‌شود. بنابراین فرکانس سیگنال در طی زمان تغییر می‌یابد. در سنسورهای نوری وقتی سنسور به هدف نزدیک باشد در بعد متقاطع، اطلاعات بیشتری را از هدف می‌توان استخراج نمود. اما در سیستم‌های SAR اینگونه نیست چراکه پهنای باند در بعد متقاطع مستقل از فاصله و متناسب با زمان پرتو افکنی است.

[1] Synthetic Aperture Radar

[2] Radar Cross Section

[3] Platform

[4] Resolution

[5] Range

[6] Cross Range

[7] Azimuth

***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تعداد صفحه :145

قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود به شما نشان داده می شود

و به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09124404335        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید