Statistical synthesis and analysis of mutual brightness temperature and bearing estimation algorithms for a point source of noise radio-thermal radiation

Brightness temperature and bearing estimation algorithms for a point source of noise radio-thermal radiation in a two-antenna radio meter are synthesized and a structure diagram that implements these algorithms is presented. We show that when estimating brightness temperature the optimum output effect is proportional to a power estimate for a sum of de-correlated observations with compensation of receiver’s internal noise temperature. Optimum output effect during bearing determination of a radiation source contains operations of generating mutual coherence functions of radio-thermal signals in first and second channels and maximum finding. Potential precision of estimates is studied and it is shown that brightness temperature and bearing estimates are statistically independent. Despite this fact frequency characteristics of de-correlation filters in the bearing channel depend on estimates generated in the radio brightness estimation channel

Development of the theory, methods and algorithms of optimal ultrawideband space-time signal processing for radio-thermal radiation

A new concept for solving statistical synthesis problems of radiometric devices and systems (RDS) is developed. The reasonability of using ultra-wideband (UWB) RDSs is substantiated. The basic data of mathematical apparatus of V-transforms employed when processing space-time UWB fields and their statistical characteristics is given. A wide class of UWB RDS statistical synthesis problems (compensation, zero-type, modified modulation type, modulation compensation type, multi-antenna systems including cross-correlation-compensation systems and aperture synthesis systems) of the stationary and scanning types are solved. The appropriateness of using the Kravchenko weighting functions for refinement of primary radiometric images in radiometric scanning devices is substantiated

The family of atomic functions and digital signal processing in synthetic aperture radar

The report consists of two parts. In the first part, the sampling analysis of weight windows is conducted on the basis of atomic functions (AF) and their application in problems of the classical method of synthetic aperture radar (SAR) is considered. The second part contains fundamentals of a modified method of synthetizing the aperture. The modified ambiguity function for different signals is probed. The lacks of the Ambiguity function are detected at a modified method. The paths of elimination of the indicated lacks are offered by introduction of weight processing in a technique of the modified method. The expediency of application of weight windows based on AF in reduced problems is empirically justified

Algorithms synthesis and potentiality analysis of optimum ultrawideband signal processing in the radiometric system with modulation

Algorithms estimate the parameters of UWB radiothermal signals in single-antenna radiometers with modulation are synthesized and investigated within the bounds of method of maximum likelihood. Based on analysis of the matrix inverse to the Fisher information matrix the potential accuracy of estimates of measured parameters and the sensitivity of radiometric systems are investigated

Optimal signal processing for radiometric imaging with multi-antenna & multi-band passive radars

The optimal algorithm of multiband spatio-temporal radiometric signal processing is synthesized. Analytical expressions both for the potential fluctuation sensitivity of the system designed according to the algorithm and for the ambiguity function of multiband radiometric systems are deduced. An example of the theory application is demonstrated

Optimal algorithm for 3D imaging of spatially extended object

The optimal algorithm for 3D imaging of a spatially extended object is synthesized using a multi-antenna space-distributed radiometric system. The block diagram of the system implementing the obtained algorithm is given. Expressions for limiting errors of coordinate estimation of each area of the object are obtained

Millimeter-range radiometric system for perspective problems of meteorology and telecommunication

Short description of new ground radiometric complex, working on 40 GHz and 94 GHz frequencies and providing remote continuous measurements of full vertical atmosphere attenuation, effective temperature values and liquidwater content of clouds, integral content of vaporous moisture in atmosphere. The feature of the complex is the availability of digital signal processing of detected signals mode

Структурна схема багаточастотного радіометричного комплексу виявлення БПЛА в різних метеорологічних умовах

Проблематика. В Україні та світі набули стрімкого розвитку технології виробництва безпілотних літальних апаратів (БПЛА) різного класу. Малі за масо-габаритними характеристиками та майже невидимі для більшості інформаційно-вимірювальних систем БПЛА стали використовуватись в різних галузях – від народного господарства до мультимедіа та реклами. Разом з корисним їх використанням з’явились нові небезпеки та інциденти – зіткнення БПЛА з людьми, спорудами, пам’ятниками культури, перевезення кримінальних товарів, терористичні акти, польоти над забороненими ділянками та в межах аеропортів. Виявлення БПЛА та контроль їх переміщення у населених пунктів та поблизу критичних об’єктів стає однією з найважливіших задач служб контролю руху повітряним простором. Існуючі системи оптичного, акустичного та радіолокаційного діапазонів не спроможні ефективно виконувати такі задачі в складних метеорологічних умовах. У якості доповнення до вже розвинутих систем виявлення пропонується використовувати радіометричні системи, що реєструють власне радіотеплове випромінювання БПЛА. Авторами були розроблені теоретичні основи побудови багаточастотних комплексів, необхідні для конкретизації їх структурних схем. Мета досліджень. Розробка схеми багаточастотного радіометричного комплексу виявлення БПЛА в різних метеорологічних умовах на основі оптимальних алгоритмів. Методика реалізації. Аналіз досвіду розробки радіометричних систем та методів боротьби з флуктуаціями коефіцієнту підсилення приймачів, оптимальні операції обробки сигналів власного радіотеплового випромінювання, дослідження ймовірнісних характеристик виявлення та аналіз вітчизняного ринку розробників НВЧ техніки дозволять розробити схему багаточастотного радіометричного комплексу, що виконуватиме надійні вимірювання в різних метеорологічних умовах. Результати досліджень. Запропоновано структурну схему чотирьохчастотного радіометричного комплексу, що може бути реалізований на практиці та здатний виконувати надійні вимірювання в різних метеорологічних умовах. У якості резонансних частот налаштування радіометричних приймачів були обрані частоти 10 ГГц, 20 ГГц, 35 ГГц і 94 ГГц. Для заданої конструкції та характеристик приймачів розраховані ймовірності виявлення БПЛА в залежності від дальності його польоту. Висновки. З результатів аналізу існуючих досягнень розвитку радіометричних систем в Україні та наявної на ринку елементної бази мікрохвильових компонентів випливає, що діапазон Ku та K має найгірші характеристики просторової роздільної здатності, але є всепогодними. Діапазони Ka і W мають високу чутливість до радіотеплового випромінювання на тлі ясного неба, але вони повністю «сліпі» при хмарній атмосфері та в дощ. Результати розрахунку відстаней виявлення з імовірністю 0,9 лежать у діапазоні від 1 до 3 кілометрів в залежності від стану атмосфери. Ці результати збігаються з відомими дальностями виявлення оптичних, акустичних та радіолокаційних систем, але при цьому обрані параметри приймачів не відповідають потенційним світовим досягненням і можуть бути покращені.Background. Technologies for the production of unmanned aerial vehicles (UAVs) of various classes are rapidly developing in Ukraine and the world. Small in terms of weight and dimensions and almost invisible for most information and measurement systems, UAVs began to be used in various industries - from the national economy to multimedia and advertising. Together with their useful application, new dangers and incidents have appeared - a collision of UAVs with people, structures, cultural monuments, the transportation of criminal goods, terrorist acts, flights over prohibited areas and within airports. UAV detection and control of their movement in populated areas and near critical objects are becoming one of the most important tasks of air traffic control services. The existing systems of the optical, acoustic and radar ranges cannot effectively perform such tasks in difficult meteorological conditions. As an addition to the already developed detection systems, it is proposed to use radiometric systems that register the UAV's own radio-thermal radiation. The authors have developed the theoretical foundations for the construction of multifrequency complexes necessary for the specification of their structural schemes. Objective. The purpose of the paper is development of a scheme for a multi-frequency radiometric complex for detecting UAVs in different meteorological conditions based on optimal algorithms. Methods. Analysis of the experience in the development of radiometric systems and methods for dealing with fluctuations in the gain of receivers, optimal operations for processing signals of intrinsic radio-thermal radiation, investigations of the probabilistic characteristics of detection and analysis of the domestic market of microwave technology developers will make it possible to develop a scheme of a multifrequency radiometric complex that will perform reliable measurements in various meteorological conditions. Results. A block diagram of a four-frequency radiometric complex is proposed, which can be implemented in practice and is capable of performing reliable measurements in various meteorological conditions. The frequencies 10 GHz, 20 GHz, 35 GHz, and 94 GHz were chosen as the resonant frequencies for tuning the radiometric receivers. For a given design and characteristics of receivers, the probabilities of detecting a UAV were calculated depending on the range of its flight. Conclusions. From the results of the analysis of the existing achievements in the development of radiometric systems in Ukraine and the elemental base of microwave components available on the market, it follows that the Ku and K bands have the worst characteristics of spatial resolution, but are all-weather. The Ka and W bands are highly sensitive to radio-thermal radiation against the background of a clear sky, but are completely "blind" in a cloudy atmosphere and in rain. The results of calculating the detection ranges with a probability of 0.9 lie in the range from 1 to 3 km, depending on the condition of the atmosphere. These results coincide with the known detection ranges of optical, acoustic and radar systems, but the selected parameters of the receivers do not correspond to potential world achievements and can be improved

Doping nature of group V elements in ZnO single crystals grown from melts at high pressure

ZnO single crystals doped with group-V elements have been grown from melt at high pressure. Dopants were introduced in several forms such as Sb2O3, P, As, Sb and Zn3X2 (X = P, As, Sb) in the high-pressure cell. Systematic studies of morphology were performed using optical microscopy and scanning electron microscopy. Crystal structure and lattice parameters were studied using X-ray diffraction and X-ray crystallography. Crystals exhibited distinct changes of size, shape and color compared to undoped ZnO melt-grown single crystals due to the dopants influence. X-ray photoelectron spectroscopy was used to determine valence states of group-V elements when incorporated in ZnO lattice. Photoluminescence, Raman spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectroscopy were employed to investigate the nature of defects formed as the result of doping. Formation of VZn and VZn-complexes was confirmed and their concentrations were measured. Estimates of the number of VZn per one dopant atom showed that the ratio is noticeably higher than the one suggested for the shallow complex As(P, Sb)Zn-2VZn commonly regarded as responsible for acceptor properties in ZnO

Statistical synthesis and analysis of the additive noise microwave radiometer with optimal structure

Полный текст доступен на сайте издания по подписке: http://radio.kpi.ua/article/view/S0021347016080033An optimal algorithm for estimation of the brightness temperature of intrinsic thermal radio radiation of objects having different physical nature in additive noise microwave radiometer has been synthesized. A functional block diagram implementing this algorithm was developed. The limiting error of estimating the desired parameter was calculated, and the potential fluctuation sensitivity of the proposed radiometer was investigated.Синтезирован оптимальный алгоритм оценки яркостной температуры собственного радиотеплового излучения объектов разной физической природы в аддитивно-шумовом СВЧ радиометре. Разработана структурная схема, реализующая полученный алгоритм. Рассчитана предельная погрешность оценки искомого параметра. Исследована потенциальная флуктуационная чувствительность предложенного радиометра