TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT)

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT)"

Transkriptio

1 2012/MAT814 ISSN (vekkojulkaisu) ISBN (PDF) TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT) Vaiheistettu heijastipita valemaalia Joha Ste, Päivi Koivisto, Ato Hujae, Tommi Dufva, VTT, Atuit- ja lagattomat laitteet Tiivistelmä Tutkimukse tavoitteea oli tuottaa heijastiyhmällä sellaie valemaali, joka SAR- tutkassa äyttäisi halutulta kohteelta. Tämä toteuttamiseksi etsittii heijastiyhmä ateielemeteille sellaiset vaihesiiot, että yhmä moostaattie tutkapoikkipita (RCS) olisi halutulla kulma-alueella matkittava kohtee RCS: kaltaie. Heijastiyhmä elemettie tutkasigaalista vastaaottama ketä aiheuttama elemettie edellee säteilemä kettä esitettii yleistämällä kijallisuudesta löytyvä skalaaiyhtälö vektoi muotoo. Ryhmä säteilemä kettä skaalattii vastaamaa yhmä RCS- avoja. Optimaaliste vaihesiitoje atkaisemisessa käytettii geeettistä algoitmia, joka toteutettii Matlab ohjelmaa. Laskeassa käytettii kohteea 2m x 1m x 1m: kokoista metallista laatikkoa, jolle RCS avot laskettii CAST-ohjelmalla. Taajuus oli 3 GHz. Heijastiyhmä koko oli 4m x 2m, atei elemetteiä oli patch -atei, joita oli 5 cm: välei, eli ateeja oli yhteesä RCS avoje toistettavuutta haettii kulmaalueella ( pia omaali ja tutkasigaali välie kulma). GAoptimoiti voidaa tehdä sekä jatkuvalla että diskeeteillä vaihesiitoje avoilla. Sopivammaksi valiaksi osoittautui 4- diskeettiä vaihesiitoa. Laskelmat tehtii eiksee ja yhdessä molemmille polaisaatioille. Lisäksi tutkittii tulosta yhdessä ja useammassa leikkauksessa. Tuloksista havaittii, että vastaavuus oli eittäi hyvä aia kulmaa 50, jota suuemmilla kulmilla vastaavuus heikkeee. Keskimäääie poikkeama oli oi 20 % tavoite RCS: keskiavosta. Hyvi toistuvaa kulma-aluetta voidaa laajetaa valitsemalla ateielemetti, joka keila o leveämpi. Jos heijastiyhmä pia omaalia kääetää tulosuutaa kohde, saadaa hyvi toistuva alue kattamaa paemmi halutu kulma-aluee. 1. Johdato SAR-tutkalla tehdy tilaetiedustelu hahauttamiseksi ja häiitsemiseksi o olemassa useita eilaisia tekiikoita. Niide päämääää o mm. pykiä matkimaa todelliste kohteide aiheuttamia tutkavasteita site, että SAR-tutka muodostama kuva muistuttaa jotai tuettua kohdetta, esim. ajoeuvoa. Toisaalta hahauttamisee voidaa päästä myös aamioimalla todellisia kohteita äyttämää joltaki muulta kui itse kohteelta. Tutkapoikkipia (RCS) muokkaamista vate voidaa suuitella s. heijastiyhmä ( eflectaay ), ts. ateiyhmä, joka yksittäiste passiiviste ateielemettie vaihesiiot o optimoitu site, että ateiyhmä yhteisesti muodostama takaisisioa voimakkuus tutka katselusuuassa o samalaie kui halutulla kohteella. Laajetamalla katselusuutaa tietylle vaihteluvälille kokeus- ja sivusuuassa o tehtävää suuitella sopivat ateie vaihesiiot. Tehtävä ei ole yksikäsitteie ja tehtävää o tutkia meetelmä ajoituksia, ts. mitä o mahdollista saavuttaa ja millaisee takkuutee voidaa päästä. Heijastiyhmä voidaa to- Postiosoite MATINE Puolustusmiisteiö PL HELSINKI Sähköposti matie@defmi.fi Käytiosoite Puhelivaihde Eteläie Makasiiikatu HELSINKI (09) WWW-sivut Y-tuus FI Pääsihteei (09) OVT-tuus/vekkolaskuosoite Itella opeaattoivälittäjätuus Suuittelusihteei Toimistosihteei (09) Faksi kijaamo (09) Vekkolaskuopeaattoi Yhteyshekilö/Itella Itella Ifomatio Oy helpdesk@itella.et

2 teuttaa suuehkolle tasopialle, jollaiselle voidaa paiotekiikalla kiiittää metalloituja pitoja, jotka toimivat ateeia ja iide vaihesiitoelemetteiä. Tällaise atkaisu etua o keveys, halpuus ja kuljetettavuus. 2. Tutkimukse tavoite ja suuitelma Tavoitteea o muodostaa valemaali, joka RCS- avot oudattavat halutulla kulma-alueella valitu kohtee RCS- avoja. Valemaalia käytetää heijastiyhmää, joka vaiheistusta muuttamalla voidaa muuttaa se edellee säteilemä ketä muotoa. Näitä optimaalisia vaihesiitoja etsitää geeettisellä algoitmilla (GA), joka toteutetaa Matlab-ympäistössä. 3. Aieisto ja meetelmät Heijastiyhmä säteilemä ketä laskealle o kijallisuudessa esitetty kolme eilaista tapaa. Näistä valittii yksi, joka ataa yhmä säteilemä skalaaiketä tuleva skalaaiketä ja ateielemettie skalaaise suutakuvio ja vaiheviiveide fuktioa. Tämä yleistettii vektoiavoisille ketille. Näi saatii A ff, F f Af C exp j E( ) A ff A o yhmä elemeti kauko- ja f f jossa lähikettävektoi, F syöttöatei kettävektoi,, C syöttöatei suuta elemetistä sekä ja ovat elemeti (paikkavektoi ) amplitudi (vahvistava jos C >1 / vaimetava jos <1) ja vaiheviive. o syöttöatei paikkavektoi, eli tässä tutkimuksessa tasoaallo vaihee ollakohta. Skaalataa kettä site, että saadaa RCS avo jossa E i lim Ei Es E s o kohtee siottama kettä takastelupisteessä (kaavasta (1)), o kohteesee tuleva kettä ja o takastelupistee etäisyys kohteesta. Nyt o tehtävää kaavoje (1) ja (2) esittämä laskelma ivesio-ogelma, eli tuetaa RCS (kaava(2)) ja haetaa vaihesiitoja. Tässä atkaisua haetaa geeettisellä algoitmilla. Ohjelma, joka atkaisee tämä ivesio-ogelma, o toteutettu Matlab:issa. Lasketuissa esimekeissä käytettii matkittavaa kohteea 2m x 1 m x 1 kokoista metallista suoakulmaista laatikkoa. Tämä moostaattiset RCS- avot laskettii taajuudella 3 GHz käyttäe CAST- ohjelmaa. Heijastiyhmäksi valittii 4m x 2m kokoie taso, jossa o patch- ateeja 5 cm (puole aallopituude) välei. Näi olle elemettejä o kaikkiaa 3081 kappaletta. Vaihesiioilla (2) (1)

3 voi olla joko jatkuvia tai diskeettejä avoja. GA soveltuu eityisesti suuelle määälle ja/tai diskeeteille optimoitavie paametie avoille. Laskelmia tehtii molemmille polaisaatioille eiksee ja yhdessä. Tavoiteavot olivat kulmaalueella ( pia omaali ja tutkasigaali välie kulma). Tutkittii sekä yhde että useamma - leikkaukse alueita. 4. Tulokset ja pohdita Laskelmat osoittivat, että tavoiteavoiksi aettuje RCS- avoje vieekkäiste suutie välie kulma tulee olla eitää puoli astetta, jotta saataisii hyvä vastaavuus myös aettuje suutie välissä. Optimoii kaalta suotuisimmaksi vaiheviiveide avoiksi osoittautui eljä diskeettiä vaihesiitoa: 0, 90, 180 ja 270 Kuvassa 1 o esitetty tyypillie tulos optimoiista. Tässä tavoiteavot olivat suuissa =0 & ( puole astee välei). Kyseessä oli TM (eli vetikaali) polaisaatio. Lasketa aloitettii satuaisista vaihesiitoje avoista. Keskimäääie poikkeama tulokse ja tavoitteea olleide RCS- avoje välillä o 18.1 % tavoiteavoje keskiavosta. Tulokset TE- ja molemmille polaisaatioille yhtä aikaa olivat hyvi samakaltaisia kui kuvassa 1. Ku käytettii vaihesiitoje alkuavoa TM- polaisaatioille saatua tulosta, lopputulokse RCSavoje poikkeama oli hiema suuempi, eli 24.5 % TE- ja 21 % molemmille polaisaatioille. Kuva 1. Vaihesiiot ja RCS- avot TM- polaisaatiolle leikkauksessa =0 & 30 60

4 Kuvasta 1 ähdää, että vastaavuus oli eittäi hyvä aia kulmaa 50, jota suuemmilla kulmilla vastaavuus heikkeee. Kijallisuudessa o maiittu aja sille, mite suuee kulma-alueesee pääkeila voidaa suuata. Täksi ajaksi o maiittu. 50 heijastiyhmä pia omaali suuasta ( -kulma). Tulos o yhtäpitävä tässä pojektissa tehdy havaio kassa. Tulosta suuilla kulma avoilla ( 50) voidaa paataa valitsemalla ateielemetti, joka keila o leveämpi. Jos myös hoisotaalie tulokulma voidaa ajata pieelle välille, voidaa heijastiyhmää kallistaa tulosuutaa kohde site, että tulosuua ja pia omaali välie kulma pieeee. Tällöi voidaa pysytellä kulma-alueella, jossa vastaavuus o paempi. Esimekkiä ateista, joka keila o leveämpi, laskettii optimaalie vaihesiitokuvio y- akseli suutaiselle puole aallo dipolille. Tällöi leikkauksessa = 0 dipoli suutakuvio o TE- polaisoituut ja vakio kaikille : avoille. Tulos laskelmista o esitetty kuvassa 2. Eo tavoiteavoihi o 12.1 %, eli vastaavuus o paempi kui patch ateilla. Kuvasta ähdää, että poikkeamat kulmilla > 50 eivät ole oleellisesti suuemmat kui pieemmillä kulmilla. Vaihesiitokuviossa äkyy selvä sääömukaisuus. Tulos osoittaa, että ateielemeti suutakuvio vaikuttaa RCS- avoje toistettavuutee. Dipoli tulos TE- polaisaatiolle o hyvä, mutta x-suutaiselle dipolille ja TM- polaisaatiolle huomattavasti heikompi: eo jää 73 %:ii, koska suutakuvio o kapea. Kuva 2. Tulos y- akseli suutaiselle puole aallo dipolille TE- polaisaatiolle leikkauksessa = 0. Optimaaliset vaihesiiot laskettii yhtä aikaa RCS- avoille vetikaalisessa (30 60 & = 0) ja hoisotaalisessa ( = 45 & ) leikkauksessa. Kuvassa 3 o esitetty tulos TE- polaisaatiolle. Tulokse eo o 20 %. Vaihesiitokuvio o sääömukaisempi kui vai yhde leikkaukse tapauksessa. Saadulla vaihesiioilla lasketut RCS- avot vetikaalisessa leikkauksessa ovat sa-

5 makaltaisia kui yhdessä leikkauksessa lasketut, ku taas hoisotaali suassa vastaavuus o hyvä koko alueella. Kuva 3. Tulos optimoiista RCS- avoihi hoisotaalisessa ja vetikaalisessa leikkauksessa. Käytettyje tavoiteavoje määää ajoittaa yt tietokoee kapasiteetti ja vasiki Matlab:i muisti määä. Optimaaliset vaihesiiot laskettii alueella, joka pystytää olemassa olevilla esusseilla laskemaa. Täksi alueeksi osoittautui alue, jossa tavoite RCS- avot o aettu 0.5 astee välei alueella & Kuvassa 4 o esitetty tulos TE- polaisaatiolle ei leikkauksissa. Tulokse eo o yt 16.7 %. Eo o yt hiema pieempi kui kuva 1 tapauksessa, mikä johtuu siitä, että - kulmat o ajattu alle 50 astee. Toisaalta vastaavuus o sitä heikompi mitä eemmä kulma eoaa ollasta asteesta. Tosi silloi myös RCS: taso laskee huomattavasti.

6 Kuva 4. Tulos optimoiista RCS- avoihi alueella & -5.5

7 5.5. Ohjelma laskee vai heijastiyhmä ateie säteilemä ketä. Huomiotta jää siis heijastiyhmä siottama kettä (sisältäe peiliheijastukse) siltä osi, jota yhmä elemetit eivät ota vastaa. Myös euadiffaktio ja ohimeevä kettä jäävät huomiotta. Tässä tapauksessa heijastus ei ole mekittävä, koska takastellaa vai moostaattista siotaa, ja pia omaali suutaista tulosuutaa ei ole mukaa. Samoi ohimeevä kettä ei tule vastaaottimee. Täte siis vai euadiffaktio ja takaisisiota jää puuttumaa tutka vastaaottamasta ketästä. Näi olle tuloksie takkuus o iittävä todistamaa, että meetelmällä saadaa toistettua tavoiteltu RCS- kuvio. 5. Loppupäätelmät Tutkimukse tavoitteea oli aikaasaada heijastiyhmällä moostaattiset RCSavot, jotka halutulla tutkasigaali tulokulmilla ovat samoja kui halutu kohtee RCS- avot. Tämä tavoite saavutettii esimekeissä, jossa kohteea oli 2m x 1 m x 1 kokoie metallie suoakulmaie laatikko. Tuloksista havaittii, että vastaavuus oli eittäi hyvä aia kulmaa 50, jota suuemmilla kulmilla vastaavuus heikkeee. Keskimäääie poikkeama oli oi 20 % tavoite RCS: keskiavosta. Mallius voidaa tehdä joko eiksee tai yhtä aikaa TE- ja TMpolaisaatiolle. Tulokset ovat molemmissa tapauksessa samakaltaisia ja yhtä hyviä. Yhtäaikaie optimoiti vetikaalisessa ja hoisotaalissa leikkauksessa oistuu hyvi. RCS- avoje vastaavuus vetikaalisessa leikkauksessa o samatasoie kui yksittäisellä leikkauksella laskettaessa. Hoisotaalileikkaus toistuu kauttaaltaa hyvi. Tavoiteavoje ottoa laajemmalta pialta ajoittaa Matlab:i muisti iittävyys. Laskettavissa olevalla alueella & (0.5 astee välei) optimoitu tulos osoittaa, että tulos o hyvä myös tässä tapauksessa. Nykyie ohjelma vesio olettaa, että kaikki heijastiyhmä osayhmät ovat z=0 tasossa. Kohtuullisella työmääällä ohjelma voidaa muuttaa site, että ei osayhmät voivat olla muissaki tasoissa ja suuissa. Suute ja moimutkaiste kohteide tapauksessa voitaisii ajatella kohtee malliukse tapahtuva osissa site, että malliettava kohtee kutaki heijastuskohtaa vastaa oma vaiheistettu pitasa, jolloi kokoaissiotakuvio muodostuisi eilaiste vaiheistettuje ateipitoje optimoidusta yhdistelmästä Heijastiyhmää voidaa käyttää valemaali lisäksi myös kohteide aamioiissa.