Концепция UWB радара?, на центральной 20-40 ГГц. Опции

[Hale]

Господа товарищи, есть теоретический вопрос по UWB технологии.
Какого разрешения по дальности можно достичь с помощью UWB радара на коммерчески доступных компонентах? Ну т.е. без GaN генераторов и ферритовых пленок в нелинейном режиме... Хотя в принципе у меня еще нет идей как получать пикосекундный импульс огибающей, GaAs ключи с такой скоростью не закрываются, наверное смеситель, хитрые ШП фильтры надо. потом, еще не дочитался, но на низких частотах видимо будет проблема когерентности импульсов сравнимых с длиной волны.

Суть в том, что я пока читаю литературу и все пишут о разрешении порядка пространственной длины импульса. Т.е. даже "порядка", а не равно. Собственно, та же фигня и у авторадаров, когда я слушал людей из Fujitsu - у них даже на 100ГГц есть проблема четкого распознавания открывающейся двери припаркованного авто; хотя приблизительный силуэт видно, все это так нечетко и выглядело неубедительно.
Существуют ли проверенные методы увеличить разрешение по дальности на UWB радаре? Скажем, сравнительно с прямым фазовым измерением на непрерывной волне (длительных импульсах кода).

Масштаб проблемы - дальномер в помещении. Беда в том что на 10-20 ГГц он нифига не работает на маленьких объектах из-за дифракции на краях. Обратную задачу дифракции(спрашивал в соседней ветке) мне кажется решить нереально даже приблизительно представляя геометрию цели, параллелепипед получается весь округлый, да еще даже растянутый и как "гантеля" на узких краях. Когда рисуешь картину дифракции на бумажке, из-за наклонна поверхностей решение одними интегральными синусами не ограничивается, а само наличие интегральных функций уже как приговор. Поэтому была мысль, плюнуть на синусоиду и получать разом полную картину UWB методом. Но реально ли сделать примерно до 50 микрон?

Сообщение отредактировал Hale - Jul 1 2016, 06:35

[saab]

Изобретаете велосипед? имеет смысл хотя бы ознакомиться с существующим достижениями.
Пикосекундные импульсы генерируются вполне успешно SRD диодами, сотни и более ватт и ни разу Ганновскими диодами, это так всего лишь CW генератор с сотнями милливат.
Да и есть стандарты на отведенные UWB диапазоны. Влом искать, но ИМХО там не 20-40ГГц.

[digirec]

[quote name='saab' date='Jul 1 2016, 11:06' post='1435123']
Изобретаете велосипед? имеет смысл хотя бы ознакомиться с существующим достижениями.
Пикосекундные импульсы генерируются вполне успешно SRD диодами, сотни и более ватт ...]

А можно немного конкретнее в этом месте, ссылочку на тип диода и тп.

[WEST128]

Вот скажите, зачем вам радиодальномер в помещении? Для таких целей давно используются лазерные приборы, и их полно всяких разных. Точность вполне приличная, тот же Bosch дает на свои приборы 3 мм, при цене меньше 10 т.р.

[saab]

http://www.club155.ru/datasheet/2D524B
https://www.rfmw.com/data/AM_Step_Recovery_Diodes.pdf

[rloc]

Пикосекундные импульсы генерируются вполне успешно SRD диодами

SRD диоды в данном случае не помогут, потому как

реально ли сделать примерно до 50 микрон?

Если посчитать необходимую длительность импульса, получится 0.17 пс. Не спасет и NLTL линия. Оптика в помощь (фазовые дальномеры), с гиговыми частотами модуляции.

[Hale]

Изобретаете велосипед?

такой уж велосипед. простите, вы ТЗ внимательно прочитали?

"имеет смысл хотя бы ознакомиться с существующим достижениями."
Таки ознакамливаюсь! Параллельно по публикациям и здесь у специалистов.

"Пикосекундные импульсы генерируются вполне успешно SRD диодами, сотни и более ватт"
Нисколько не сомневаюсь. В общем-то это следующий шаг за лавинно-пробойной генерацией на переходе. Емнип, эффект похож, но без пробоя как такового.

"и ни разу Ганновскими диодами, это так всего лишь CW генератор с сотнями милливат."
Было бы здорово если бы вы пояснили какое отношение к теме имеют Ганновские диоды. Может быть вы перепутали с Нитридом Галлия, который я процитировал как пример дорогой мощной высокоскоростной технологии, которой хотелось бы не касаться в виду сложностей доставания.

"Да и есть стандарты на отведенные UWB диапазоны. Влом искать, но ИМХО там не 20-40ГГц."
Да, есть региональные стандарты на устройства UWB, описывающие разрешенные диапазоны и допустимую СПМ для "бесплатного" применения. Но вовсе не обязывающие использовать весь диапазон. Но все это касается устройств излучающих в свободное пространство. Закрытых систем это не касается. Достаточно сдать FCC тесты на чистоту эфира...

Вот скажите, зачем вам радиодальномер в помещении?

Не скажу, тайна...хотя достаточно воображения чтобы догадаться по описанию.
Но скажите мне, разве существование помещения автоматически отменяет необходимость дальномера?

"Для таких целей давно используются лазерные приборы, и их полно всяких разных. Точность вполне приличная, тот же Bosch дает на свои приборы 3 мм, при цене меньше 10 т.р.
Действительно, в чистых Н.У. лазерные приборы прекрасно работают. Совершенно верно, мы их делаем.
Но есть множество ситуаций, когда лазерные дальномеры неприменимы, с другой стороны прекрасные проводящие свойства цели позволяют делать это на СВЧ.
К сожалению конкретно у нашей команды нет практического опыта и измерительного железа на сотни ГГц и ТГц диапазоны. Это вообще весьма дорогой подход, которого пока хочется избежать. Решили что для начала просто удвоить частоту. А там посмотрим что выйдет.

SRD диоды в данном случае не помогут, потому как если посчитать необходимую длительность импульса, получится 0.17 пс. Не спасет и NLTL линия. Оптика в помощь (фазовые дальномеры), с гиговыми частотами модуляции.

В ТОЧКУ! Поэтому мы сделали такой дальномер на СВЧ. Но дифракция Френеля (не просто размазывание, а сильные осцилляции фазы) на непрерывной волне ломает всю картину. И видимо будет ломать до сотен ГГц.
И да, как я написал, для UWB радара в лоб вроде бы разрешение д.б. порядка импульса.
Поэтому мой вопрос именно в том и заключается, существуют ли техники повышения разрешения по дальности в UWB radar imaging без запредельного укорочения импульса? В частности на СВЧ, где компоненты более менее доступны.
Хотя-бы упоминание, кто-нибудь что-то подобное уже делал на практике?

Сообщение отредактировал Hale - Jul 3 2016, 14:43

[saab]

с Нитридом Галлия, который я процитировал как пример дорогой высокоскоростной технологии, которой хотелось бы не касаться в виду сложностей доставания.

Выражайтесь яснее

Ну т.е. без GaN генераторов

ну да без GAN генераторов

хотелось бы не касаться в виду сложностей доставания

О чем это вы, никаких сложностей, все компании имеют ассортимент
UMC, MaCom, RFMD, Hittite и другие, тем паче Галий Нитрид отнюдь не супер
высокочастотный. Линейность в диапазоне, КПД, питающее напряжение, цена все это выше.
Ниже gain на каскад и прочее.

http://glcharvat.com/Dr._Gregory_L._Charva...ulse_Radar.html
http://www.vlsiegypt.com/home/?p=1529

[microwave_spb]

Поэтому мой вопрос именно в том и заключается, существуют ли техники повышения разрешения по дальности в UWB radar imaging без запредельного укорочения импульса? В частности на СВЧ, где компоненты более менее доступны.
Хотя-бы упоминание, кто-нибудь что-то подобное уже делал на практике?

Разрешение по дальности определяется шириной спектра сигнала. Грубо говоря при прочих равных чем шире спектр - тем выше разрешение.
При этом вовсе не обязательно работать с короткими импульсами. Работа с достаточно длинными широкополосными сигналами позволит также снизить требования к передающему каскаду по излучаемой мощности.

[saab]

Здесь про парралелипипеды и пр
https://www.youtube.com/watch?v=oWfFco7K9v8...player_embedded

http://glcharvat.com/Dr._Gregory_L._Charva...ulse_Radar.html
http://www.vlsiegypt.com/home/?p=1529

[тау]

Хотя-бы упоминание, кто-нибудь что-то подобное уже делал на практике?

было дело , это FMCW радары ближнего радиуса, на полосе в 10 ггц разрешение 2-х объектов или поверхностей = 1,5 см .
на 20 ГГц (полосы!) у вас будет 7,5 мм.
Дальность ( без разрешения ) можно померить точнее. Сами знаете как, раз дальномерами занимаетесь.

[Hale]

Выражайтесь яснее

ну да без GAN генераторов

Буду предельно ясен:
Диод Ганна: (GUNN) https://en.wikipedia.org/wiki/Gunn_diode
В моем вопросе нет ни слова про диоды Ганна.
Нитрид Галлия: https://en.wikipedia.org/wiki/Gallium_nitride , http://www.ntt.co.jp/dic/phlab/eng/theme/2...e2006_09_02.pdf
Галлий нитрид супер высокочастотный если его скейлить до размеров типичных переходов на арсениде в сочетании с алюминиевыми и прочими подобными соединениями. Все то же - благодаря подвижности электронов.

За попытку дать ссылки по теме спасибо, но можно еще раз уточнить. Разве там говорится о разрешении превышающем длину импульса?

Грубо говоря при прочих равных чем шире спектр - тем выше разрешение.

В общем да, потому что диапазон частот в соответствие с дисперсией определяет диапазон волновых чисел. Для немодулированного импульса - спектр определяет пространственную длину импульса, которая определяет пространственное разрешение если считать в лоб. Как вы заметили, работать на огибающей ВЧ сигнала удобнее, что мы и хотим начать делать. Но пока я изучаю, есть ли возможность достигнуть высоких разрешений. Вот фазовый дальномер, например, позволяет получить разрешение лучше длины волны. Но только на плоских предметах по нормали. А есть ли какое-то среднее решение?

тау, да. мы используем похожий, но узкополосный подход, но идея та же. Разрешение именно сколько вы сказали. И как я сказал, оно прекрасно на плоской стенке. Но если объект попадается узкий, или рельефный, все летит к чертям. погрешность от микрон вырастает до сантиметра. Что в принципе укладывается в ваши числа. Но, увы, не в пожелания заказчика.

saab, youtube.com... шикарно. почему его руки не подчиняются этой системе?

Сообщение отредактировал Hale - Jul 4 2016, 00:20

[microwave_spb]

Вот фазовый дальномер, например, позволяет получить разрешение лучше длины волны. Но только на плоских предметах по нормали. А есть ли какое-то среднее решение?

А если взять несколько фазовых дальномеров с определенной геометрией между ними?

Сообщение отредактировал microwave_spb - Jul 4 2016, 06:07

[Hale]

а можно уточнить, что имеется в виду под определенной геометрией между ними? вы имеете в виду узконаправленную антенную решетку?
причина фазовой ошибки - дифракция Френеля на непрерывной волне (в пределах импульса пространственной длины сопоставимой и большей параметров цели). дифракция она же работает не только в области светотени, но и на отражение, что в учебниках "благородно забывают" рассмотреть, ограничиваясь модулем интеграла, максимум которго известен, но имеет очень второстепенное значение.
насколько я представляю, UWB радар позволяет ослабить эффект. ну все равно как если бы мы сильно ограничили пределы интегрирования в задаче дифракции. А также позволяет получить моментальную картину в пространстве, чтобы логически выбрать середину плоскости вдали от краев, откуда и извлекать расстояние. Но точность как у дальномера при этом невысокая.

Сообщение отредактировал Hale - Jul 4 2016, 10:05

[microwave_spb]

а можно уточнить, что имеется в виду под определенной геометрией между ними? вы имеете в виду узконаправленную антенную решетку?
причина фазовой ошибки - дифракция Френеля на непрерывной волне (в пределах импульса пространственной длины сопоставимой и большей параметров цели). дифракция она же работает не только в области светотени, но и на отражение, что в учебниках "благородно забывают" рассмотреть, ограничиваясь модулем интеграла, максимум которго известен, но имеет очень второстепенное значение.
насколько я представляю, UWB радар позволяет ослабить эффект. ну все равно как если бы мы сильно ограничили пределы интегрирования в задаче дифракции. А также позволяет получить моментальную картину в пространстве, чтобы логически выбрать середину плоскости вдали от краев, откуда и извлекать расстояние. Но точность как у дальномера при этом невысокая.

Я просто предположил, что если взять несколько фазовых дальномеров чтобы они давали различную дифракционную картину - то можно восстановить расстояние.
Вполне возможно я не прав

[WEST128]

Коллеги из Германии сделали отличный радар, правда, W-диапазона : http://www.iaf.fraunhofer.de/content/dam/i...ement-radar.pdf Для одной цели разрешение 10 мкм, однако, если целей много - уже сантиметры. Да и понятно - чем больше разрешение, тем ближе стоят частоты и тем выше требования к фазовым шумам радиочасти и формирователя спектра.

[saab]

saab, youtube.com... шикарно. почему его руки не подчиняются этой системе?

Фокус покус.
Весь фокус в угле зрения, как можно догадаться, эти детальки меняют
видимые формы в зависимости от угла зрения. Камера в помощь, в близи для бинокулярного зрения, ИМХО фокус не пройдет.

[Hale]

WEST128, спасибо большое. Буду размышлять. Как я понял, это радар на качающейся частоте?

Сообщение отредактировал Hale - Jul 5 2016, 00:03

[WEST128]

Да, вы правильно поняли.

[etoja]

Для радара вы должны бы использовать антенну с узкой диаграммой направленности, которая зависит от частоты.
Мне не понятно, какова должна быть антенна для широкополосного сигнала радара. Поделитесь опытом.

для WEST128 : немцы сделали радар " based on our in-house 100 nm mHEMT technology" с частотами до 100ГГц.
А в широкой продаже есть только транзисторы с частотой единичного усиления 75ГГц.
Дорогую технику сделать легко.

[WEST128]

Не такая уж и редкость, можно зайти на несколько зарубежных фабрик, заказать пластину с нужными микросхемами. OMMIC, например, или WIN, или IHP. Да, это будет стоить прилично денег, но ведь устройство не поиграться ? А если поиграться - надо вспоминать, как делали те же радиотелескопы миллиметрового диапазона в 80-х годах. Если ограничить дальность радара - то можно обойтись приемником прямого преобразования, а наверх закидывать с 10 ГГц умножением на 9.

[saab]

Для радара вы должны бы использовать антенну с узкой диаграммой направленности, которая зависит от частоты.
Мне не понятно, какова должна быть антенна для широкополосного сигнала радара. Поделитесь опытом.

для WEST128 : немцы сделали радар " based on our in-house 100 nm mHEMT technology" с частотами до 100ГГц.
А в широкой продаже есть только транзисторы с частотой единичного усиления 75ГГц.
Дорогую технику сделать легко.

Ой у немцев есть компании предлагающие готовый чип с рабочими частотами ~ 90-100Гиг
можно представить себе о граничных частотах транзисторов примененных там.

[Hale]

Для радара вы должны бы использовать антенну с узкой диаграммой направленности, которая зависит от частоты.
Мне не понятно, какова должна быть антенна для широкополосного сигнала радара. Поделитесь опытом.

для WEST128 : немцы сделали радар " based on our in-house 100 nm mHEMT technology" с частотами до 100ГГц.
А в широкой продаже есть только транзисторы с частотой единичного усиления 75ГГц.
Дорогую технику сделать легко.

Вот тут начинаются пляски с бубном. Потому что узколучевые антенны, в помещении работают хреново. По двум причинам. 1) они либо не видят передвинувшейся цели 2)это антенны с большой апертурой и как следствие с большой ближнепольной зоной, которая в помещении приводит к маленькому аду для проектировщика. С другой стороны, правильно, маленькие антенны видят все что им не надо видеть (обратная сторона широкой зоны наблюдения) и главное, измерения страдают от дифракции на краях цели. Ну разница в стоимости таких антенн малыми тиражами - до двух порядков.
Поэтому в помещениях, как мне казалось, более популярны UWB-радары, но как мы выяснили, они не обладают точностью фазового радара, точнее пока вроде такой техники не разработано.

Ну да, поэтому "любителям" вход в 100ГГц диапазон заказан. Но до 40 можно попробовать. К слову, фазовый радар не обязан иметь сверхширокополосное свипирование, это лишь одна из дифференциальных техник. На практике можно обойтись трактом с полосой в пару ГГц.

Сообщение отредактировал Hale - Jul 26 2016, 00:48

[Corner]

Подобная проблема решается в УЗ измерении свободного объема/определении геометрии полостей безконтактными датчиками на вполне приемлемых частотах/длинах волн. Несколько источников, несколько приемников, ЛЧМ и пока один пищит - остальные слушают.
К сожалению, при таком подходе, система должна содержать больше сенсоров, чем возможное число объектов. Только тогда получите необходимую точность.

К слову, фазовый радар не обязан иметь сверхширокополосное свипирование, это лишь одна из дифференциальных техник. На практике можно обойтись трактом с полосой в пару ГГц.

Совершенно верно. База ЛЧМ это девиация помноженная на длительность. Если девиация маленькая, можно увеличить время изменения частоты. Но тут появляется еще фактор - скорость изменения обстановки, которую Вы обмеряете.
Как альтернатива ЛЧМ, всякие CAZAC последовательности с аналогичными характеристиками. Если правильно подобрать их семейство, можно всем сенсорам работать одновременно.

Мне не понятно, какова должна быть антенна для широкополосного сигнала радара.

Рупор с плюшками и конусным возбудителем или решетчатая линза. Ширее ничего не знаю. Может еще кто подскажет...

Сообщение отредактировал Corner - Aug 3 2016, 16:48

[Hale]

Подобная проблема решается в УЗ измерении
возвращаясь к первой странице. Проблема, которая поставлена в нашем ТЗ, физически НЕ РЕШАЕТСЯ ни УЗ, ни лазерными измерениями; даже обсуждать не хочу.

Но тут появляется еще фактор - скорость изменения обстановки,
Совершенно верно. Ну что делать. если бы существовал СШП импульсный метод с 50-микронным разрешением... собственно это и поставлено в топик.
Если правильно подобрать их семейство
на практике мы уперлись в дублирвоание приемопередатчиков и как следствие каналы лезут друг на друга, тупо забиваются сигналом рассеянным с другого края. Изящнее было бы бить исключив фильтры ортогональными кодами, но технически это сложнее. Может в будущем. А пока мы уперлись в фильтры. Заводские стоят безумных денег. Когда блоков становится много, такое решение становится не очень рентабельным.
Гораздо приятнее было бы моментально и синхронно получать всю картинку...

по поводу антенн, почему-то конкуренты на СШП очень любят Вивальди и, или два параллельных трапецеидальных расходящихся под 90 гр. лепестка, разомкнутый короткий рупор в общем. т.е. без балуна никак. как выглядит СШП балун тоже задачка.

Сообщение отредактировал Hale - Aug 4 2016, 05:08

[saab]

по поводу антенн, почему-то конкуренты на СШП очень любят Вивальди и, или два параллельных трапецеидальных расходящихся под 90 гр. лепестка, разомкнутый короткий рупор в общем. т.е. без балуна никак. как выглядит СШП балун тоже задачка.

Чудики, полно жеж другого. Можно слот варианты или такое.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Corner]

Подобная проблема решается в УЗ измерении
возвращаясь к первой странице. Проблема, которая поставлена в нашем ТЗ, физически НЕ РЕШАЕТСЯ ни УЗ, ни лазерными измерениями; даже обсуждать не хочу.

Вы невнимательно читали, что я написал. Есть математика в УЗ, которая дает аналогичные решения. Я не предлагал использовать УЗ))) я предлагал почитать, как это в УЗ сделано. Понятно, что УЗ работать не будет. Скорость звука зависит от температуры и даже милиметры это из области фантастики. Но вот проецирование той математики на ГГц дает, приблизительно, схожие результаты.

Бить отрогональными кодами

Существует непрерывное преобразование ортогональных кодов в CAZAC последовательности. Я такой математикой не владею, но тут на форуме есть знающие люди.
На выходе приемника, с обратным преобразованием, можно поставить коррелятор этих кодов. Зная точку излучения, точку приема и время прихода кодов на каждом приемнике можно сделать систему фазового зрения. Но сенсоров надо много.

СШП балун задачка

Не то слово. СШП антенна имеет комплексное сопротивление ни разу не близкое к активному. Или городить такой балун, или забить и часть энергий тупо слить в поглотитель.

Сообщение отредактировал Corner - Aug 4 2016, 08:55

[Hale]

Аа, простите, не уловил. Ну верно, волновая математика, она работает пока бежит классическая волна.

[Corner]

Кстати, вопрос по ТЗ. Нужна точность в 50 мкм (абсолютная) или разрешение (монотонное). Первое, как-то, совсем за гранью добра и зла. Нужно фазу измерять с точностью в несколько градусов. На десятках ГГц. Даже если сделать, как это подтверждать испытаниями. Жуть какая...

Сообщение отредактировал Corner - Aug 5 2016, 20:03

[Hale]

да, действительно жуть. чуть перекос квадратуры, сразу уииииииииии и улетело... и фильтры нужны не только с высокой прямоугольностью, но и низкодисперсионные, что есть противоречащие требования. ничего кроме удвоения рабочей частоты не вижу, хотя удвоение, это мало.

Сообщение отредактировал Hale - Aug 8 2016, 00:01

[Corner]

да, действительно жуть. чуть перекос квадратуры, сразу уииииииииии и улетело... и фильтры нужны не только с высокой прямоугольностью, но и низкодисперсионные, что есть противоречащие требования. ничего кроме удвоения рабочей частоты не вижу, хотя удвоение, это мало.

Сдается мне, вам таки придется заморачиваться ПСП, принудительно ортогонализовать ее и загонять в непрерывный CAZAC. С фазой не все так печально. Вы же отклик от посланного сигнала тоже увидите. По нему и откалибруетесь.

[Profi2005]

Добрый день всем,

1. Дальномер на ЛЧМ 60 ГГц 3.5ГГц полоса.
Но. Для импорта разрешен диапазон 61-61.5ГГц меньше 5 Вт.
На этот девайс надо получать разрешение РЧК.

2. Чипы на 122-123ГГц со встроенной антенной.

3. Девайс на 80ГГц
http://elva-1.com/products/a40104

С уважением,
К.

Сообщение отредактировал Profi2005 - Oct 6 2016, 06:24

Прикрепленные файлы

 160812_Datasheet_iSYS_6003_1.1.pdf ( 2.12 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 76
 160721_Datenblatt_TRX_120G.pdf ( 1.16 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 71

 

[Hale]

Profi2005
№1 угол впечатляет. Но сдается мне... ладно, пока поверим на слово. Хотя диаграммы у них там смурные очень. Так серьезные дяди не меряют. Температурный диапазон не указан, хотя радует что указан сквинт. Но боюсь, что этой линзочке очень быстро придет кирдык.

№3 вообще фигня. зачем им при такой точности на непрерывной волне 60 ггц, не понятно. уменьшить антенну? лучше способа что-ли не было, чем "тарелку" использовать. Ощущение, что продукт конверсии.

№2 О! Щапоглядим. может получится побочный продукт в линейке. Огорчает невысокая рабочая температура. Т.к. антенна прямо на сенсоре, все это будет экспозед ту индастриал кондишинс.

Сообщение отредактировал Hale - Oct 7 2016, 06:35