ДЛИННОВОЛНОВЫЙ ДЛИННОВОЛНОВЫЙ ПЛАНЕТНЫЙ РАДАР ПЛАНЕТНЫЙ РАДАР

ДПРДПР

Планирование экспериментов Планирование экспериментов по подповерхностному по подповерхностному

зондированию грунта Фобосазондированию грунта Фобоса

Марчук В.Н. Смирнов В.М. ИРЭ им.В.А.Котельникова РАН

Бажанов А.С. ФГУП СКБ ИРЭ РАН

ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТАЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Радиолокационное исследование Радиолокационное исследование поверхности и подповерхностной поверхности и подповерхностной структуры грунта Фобоса с целью структуры грунта Фобоса с целью оценки диэлектрических свойств оценки диэлектрических свойств грунта и обнаружения грунта и обнаружения литологических слоев на глубинах 1 литологических слоев на глубинах 1 – 100 м и глубже– 100 м и глубже

Цель эксперимента, Цель эксперимента, ожидаемые результатыожидаемые результаты

выявление глубинной структурывыявление глубинной структуры оценка плотности пород грунта оценка плотности пород грунта

Фобоса Фобоса исследование рельефа и исследование рельефа и

шероховатости поверхности Фобосашероховатости поверхности Фобоса оценка диэлектрических свойств оценка диэлектрических свойств

грунта на разных глубинах вдоль грунта на разных глубинах вдоль трассы полета космического трассы полета космического аппаратааппарата

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДАРАФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДАРАДПРДПР

Измеряемая величинаИзмеряемая величина Время задержки отраженного сигналаВремя задержки отраженного сигнала

точность измеренийточность измерений 1133 нсек нсек

диапазон высотдиапазон высот 0-100 км0-100 км

диапазон частотдиапазон частот 150150±±25 МГц25 МГц

глубина зондированияглубина зондирования 1-100 м и более1-100 м и более

разрешение по высотеразрешение по высоте 4 м в воздухе, 1-2 м в грунте4 м в воздухе, 1-2 м в грунте

потребляемая мощностьпотребляемая мощность 6 Вт6 Вт

пиковая мощностьпиковая мощность 20-25 Вт20-25 Вт

ширина спектра сигналаширина спектра сигнала 43 МГц43 МГц

длительность импульсадлительность импульса 26,6 нсек26,6 нсек

габариты антенныгабариты антенны 1350х500х550 мм1350х500х550 мм

общая масса прибораобщая масса прибора Не более 3.Не более 3.55 кг кг

ФИЗИЧЕСКАЯ СХЕМАЭКСПЕРИМЕНТА

КА

Отражение от поверхности

Фобос

Отражение от подповерхности

Схема проведения обзорного зондирования поверхности Фобоса

радаром ДПР на квазисинхронной орбите

МарсМарсФобосФобос

Орбита Фобоса

Орбита КА

Высота 50 – 100км. 4 cеанса длительностью 180 минут, 1 измерение в 90 секунд, 8191 подимпульсов в посылке

Схема проведения детального зондирования поверхности Фобоса

радаром ДПР на квазисинхронной орбите

Высота 50 км. 6 сеансов длительностью по 5 минут, по 2 измерения в секунду, 2047 подимпульсов в посылке

L=vt

ПоверхностьФобоса

Орбита КА

H=50 км

Схема проведения зондирования поверхности Фобоса радаром ДПР

при посадке КА

Высота от 30 км до 100 м. Два сеанса длительностью по 10 минут, по 2 измерения в секунду,

режим 3 - 255 подимпульсов в посылке, режим 4 - моноимпульс

ПоверхностьФобоса

Режим 4

H=20 км

H=1 км

H=100 м

Режим 3

Основные параметры режимов работы Основные параметры режимов работы радара на этапах сближения, нахождения радара на этапах сближения, нахождения

на орбите ожидания, посадки и на на орбите ожидания, посадки и на поверхности Фобосаповерхности Фобоса

Режим Режим работыработырадарарадара

Диапазон Диапазон дальности, дальности,

кмкм

Количество Количество импульсов в импульсов в

последовательнпоследовательностиости

ДлительностДлительность ь

последоватепоследователь-ности, ль-ности, TT

(мкс)(мкс)

Выигрыш в Выигрыш в энергии,энергии,

дБдБ

Сл.сигнал Р-Сл.сигнал Р-1 1

120120 –– 30 30 81918191 220220 39 (20)39 (20)

Сл.сигнал Р-Сл.сигнал Р-2 2

60 – 1060 – 10 20472047 5555 34 (17)34 (17)

Сл. сигнал Р-Сл. сигнал Р-33

20 20 –– 1 1 255255 6.86.8 24 (12)24 (12)

Пр.сигнал Р-Пр.сигнал Р-44

1.51.5–– 0 0 11 26,726,71010-3-3 00

Зондирующий сигнал прибора ДПР и его спектр Зондирующий сигнал прибора ДПР и его спектр

• Спектры сигнала прибора ДПР: зеленой линией показан спектр единичного Спектры сигнала прибора ДПР: зеленой линией показан спектр единичного радиоимпульса, синей – М-последовательности из 2047 подимпульсоврадиоимпульса, синей – М-последовательности из 2047 подимпульсов..

N

S(N)

Геометрия подповерхностного зондированияГеометрия подповерхностного зондирования

Параметры излучаемых сигналовПараметры излучаемых сигналов

H, м 105 5104 5104 104 5103 103 102

d, мс 0,66 0,33 0,33 0,066 0,033 0,0066 0,00066

N 8191 8191 2047 2047 1 1 1

T, мс 0,22 0,22 0,055 0,055 26,710-6 26,710-6 26,710-6

Pr/Pn, дБ 18 40 22 42 25 39 60

ρF , м 447 316 316 141 100 44 14

Соотношение мощностей, отраженных от верхней и нижней границ слоя реголита

h, м 10 30 100 200 300

Pr2/Pr1 дБ - 2,6 - 7,2 - 23 - 46 - 69

Моделирование восстановления сигнала (М=2047)Моделирование восстановления сигнала (М=2047)при соотношении сигнал/шум =1/6 при соотношении сигнал/шум =1/6 (-15dB(-15dB))

N

N

U(N)

U(N)

Моделирование восстановления сигнала (М=2047)Моделирование восстановления сигнала (М=2047)при соотношении сигнал/шум =1/6при соотношении сигнал/шум =1/6 (-15dB (-15dB ) )

N

N

U(N)

U(N)

Испытания прибора ДПР

Испытания прибора ДПР

Внешний вид прибора ДПРВнешний вид прибора ДПР

Структурная схема радара ДПР

Кварцевыйгенератор

50 МГц

Умножитель частоты

Полосовойфильтр150 МГц

Полосовойфильтр250 МГц

Полосовойфильтр400 МГц

Ус.Делитель мощности

Ус. Ус.

УММодулятор

АММодулятор

ФМАнтенный

переключатель

Согласующее устройство

МШУАттенюаторПолосовой фильтр Ус. СмесительПолосовой фильтр

Полосовой фильтр Ус. Аттенюатор

Квадратурный детектор

Процессор

Источник питания

Кпер -1,5÷-63 дБ Кпер 20 дБКш 3 дБ

Кпер 25 дБКш 2,5 дБ

Кпер -3 дБ Кпер -8 дБ Кпер -4 дБ Кпер 20 дБКш 3 дБ

Кпер -1,5÷-63 дБ

Sin Cos

400 МГц

150 МГц

20 Вт

Упр. УМn×26,7n

cn×26,7ncКпер -1,5 дБ

Кпер -29 дБ

СИОК

Старт

150 МГц

250 МГц f0 400 МГц Упр АтУпр Ат f0 150 МГц

КСВ 2 Δf 125÷175 МГц

Ант