מכ״ם · חישה · עיבוד אותות

מערכות מכ״ם גלים מילימטריים ומיקרו־דופלר

ב־94 גיגה־הרץ, אורך הגל הקצר מספק רגישות גבוהה בפאזה ובדופלר לתנועות קטנות. אני מפתח מערכות מכ״ם W-band ועיבוד מיקרו־דופלר, הממיר אפנונים שמקורם בתנועה למאפיינים המשמשים לסיווג מטרות, בשילוב שערוך קלאסי ולמידת מכונה.

יחידת ה‑RF של מכ״ם ב־94 גיגה־הרץ הבנויה מרכיבי גלבו WR-10 מצופי זהב על פלטת אלומיניום, עם אנטנת שופר המכוונת לאורך מסילה ישרה אל מחזיר פינתי. — יחידת ה‑RF של המכ״ם במעבדה ב־94 גיגה־הרץ (רכיבי גלבו WR-10 ואנטנת שופר על פלטת אלומיניום), מכוונת לאורך מסילה ישרה אל מחזיר פינתי.

יישומים

אותה שרשרת חישה ועיבוד משמשת למגוון בעיות חישה מרחוק, במחקרים שפורסמו ובעבודה שוטפת:

גילוי רחפנים וסיווג מטרות באמצעות חתימות מיקרו־דופלר ומסווגי למידת מכונה, להפרדה בין רחפנים, כלי רכב ומטרות בעלות שטח חתך מכ״ם נמוך.
מדידה מרחוק של גובה כלי רכב למניעת פגיעות בגשרים, מתוך היחס בין שני רכיבי דופלר (Sensors 2026).
ניטור תקינות של טורבינות רוח ומכונות סובבות מתוך ספקטרום המיקרו־דופלר שלהן.
חישת בני אדם: סימנים חיוניים וזיהוי דיבור מרחוק.

סימולציה אלקטרומגנטית מלאה ב‑COMSOL של פיזור גל מישורי ממטרה, לחישוב שטח חתך המכ״ם (RCS). — פיזור מגוף המטרה בסימולציה אלקטרומגנטית מלאה ב‑COMSOL, הפתרון שממנו מחולץ שטח חתך המכ״ם (RCS).

‏RCS מונוסטטי כתלות בזווית עבור להב מסתובב ב־94 גיגה־הרץ (אופטיקה פיזיקלית), החתימה הזוויתית שבבסיס סיווג מיקרו־דופלר של מטרות סובבות.

צפייה באנימציית שטח חתך המכ״ם של להב מסתובב ←

מדריך מעשי לחישוב שטח חתך מכ״ם (RCS) ב־COMSOL ←

סימולציית מיקרו־דופלר של רחפן ב־94 גיגה־הרץ

כל להב נע לסירוגין לעבר המכ״ם וממנו בזמן שהרוטור מסתובב, ולכן ההד מכיל הסטות דופלר עד מהירות קצה הלהב. בספקטרוגרמה בחלון קצר זה נראה כהבזקי להב אנכיים, אחד בכל פעם שלהב חוצה את הניצב לקו הראייה. בחלון ארוך אותו אות מתפרק למסרקים של קווי HERM ‏(helicopter rotor modulation), במרווח של מספר הלהבים כפול קצב הסיבוב.

משמאל: ארבעת הרוטורים במבט־על, מואטים פי 240. להב נצבע בכתום כשהוא חוצה את הניצב לקו הראייה. מימין: ספקטרוגרמה בחלון של 0.75 אלפיות שנייה. ההבזקים מגיעים ל־±38 עד ±45 קילו־הרץ סביב קו הגוף וחוזרים כל 5.5 עד 6.5 אלפיות שנייה בכל רוטור.

ספקטרום בחלון ארוך של הרחפן המדומה: ארבעה מסרקי קווים משולבים במרווחים של 155, ‏164, ‏170 ו־181 הרץ, והספקטרום המלא התחום בדופלר של קצות הלהבים. — קווי HERM מחלון של 0.5 שנייה של אותו אות: ארבעה מסרקים משולבים, אחד לכל רוטור, במרווחים של 155, ‏164, ‏170 ו־181 הרץ (שני להבים כפול קצב הסיבוב).

המודל סוכם את ההחזרים ממפזרים נקודתיים לאורך להבים קשיחים (מכ״ם CW, רוטורים ב־4650 עד 5430 סל״ד). דופלר הקצה, מחזור ההבזקים ומרווח הקווים מתאימים לביטויים הקינמטיים בצורה סגורה, וזו בדיקה פנימית של המודל. כיפוף הלהבים ומדידות ב‑W-band מופיעים במאמר שלנו ב‑Sensors 26, 4851 (2026).

מכ״ם רכב מאחורי פגוש ב־77 גיגה־הרץ

מכ״ם רכב מותקן מאחורי פגוש מפלסטיק, והלוח מתנהג כשכבה דיאלקטרית. כשהעובי שלו הוא כפולה של חצי אורך גל בתוך הפלסטיק, ההחזרים משתי הפאות מבטלים זה את זה והגל עובר בהפסד קטן. בעובי אחר חלק מההספק חוזר אל המכ״ם. ב־77 גיגה־הרץ אורך הגל בלוח (פרמיטיביות יחסית 2.82) הוא 2.32 מ״מ, ולכן העוביים המותאמים הם 1.16, ‏2.32 ו־3.48 מ״מ.

משמאל: השדה של מערך בן 8 מקורות העובר דרך הלוח, כשהעובי משתנה מ־1 עד 4 מ״מ. מימין: ההספק המועבר והמוחזר לגל מישורי, COMSOL (נקודות) ופתרון אנליטי (קווים). בעובי לא מותאם עד 22% מההספק חוזר.

מפת שדה מ‑COMSOL ב־77 גיגה־הרץ: אלומת מכ״ם מוטה ב־30 מעלות עוברת דרך לוח פגוש בעובי 2.90 מ״מ, וחלק ממנה מוחזר לצד המכ״ם. — COMSOL, אלומה מוטה ב־30° דרך לוח בעובי 2.90 מ״מ, רבע אורך גל מהעובי המותאם 3.48 מ״מ. חלק מהאלומה עובר וחלק מוחזר החזרה מראתית. בשדה הרחוק האלומה הראשית נחלשת ב־1.1 dB, ואונת ההחזרה מגיעה ל־−5.6 dB ביחס לשיא האלומה ללא לוח. הערכים בזרמי הזנה שווים, בזווית 30°.

הפסד חד־כיווני כתלות בעובי הלוח מ־1 עד 4 מ״מ בשלושה מקרים, נקודות COMSOL על קווי הפתרון האנליטי, וגרף ההפרש ביניהם. — הפסד חד־כיווני כתלות בעובי: לוח חשוף בפגיעה ניצבת וב־30°, ולוח עם שכבת צבע מטאלי. נקודות: תא יחידה ב‑COMSOL. קווים: פתרון אנליטי לשכבות. ההפרש המרבי 0.0003 dB. בעובי המותאם הלוח החשוף מוסיף 0.30 dB, ושכבת הצבע מעלה את ההפסד ל־2.7 dB ומחזירה כ־40% מההספק.

המודל דו־ממדי, לקיטוב אחד (שדה חשמלי מקביל ללוח), ללוח שטוח ולתדר יחיד. הפרמיטיביות של הלוח ושל הצבע נלקחה ממדידות של דגם בודד מכל חומר בעבודת גמר ב‑Chalmers University of Technology ‏(E. P. Emilsson, 2017). ההתאמה לפתרון האנליטי מאמתת את הפתרון הנומרי, ונתוני החומר הם מקור אי־ודאות נפרד.

94 גיגה־הרץ / W-bandמיקרו־דופלר גילוי רחפניםסיווג מטרות שטח חתך מכ״ם (RCS)COMSOL · MATLAB · ML

פרסומים נבחרים

מתאם ספקטרוגרמות המתחשב בכיפוף לגילוי רחפנים ב‑W-band: מסגרת גילוי לא־קוהרנטית מבוססת פיזיקה. Sensors 26, 4851 (2026). doi:10.3390/s26154851
מערכת מכ״ם גלים מילימטריים ב־94 גיגה־הרץ למדידת גובה כלי רכב מרחוק למניעת פגיעות בגשרים. Sensors 26, 1921 (2026). doi:10.3390/s26061921
גילוי ואפיון דיבור בזמן אמת במכ״ם מיקרו־דופלר בגלים מילימטריים. Remote Sensing 17, 91 (2025). doi:10.3390/rs17010091
מכ״ם גלים מילימטריים ברזולוציה גבוהה לגילוי ואפיון עצמים מהירים בזמן אמת. Electronics 13, 1961 (2024). doi:10.3390/electronics13101961
סיווג מטרות ואיתור טווח מבוססי רשתות נוירונים במכ״ם CW מילימטרי. Remote Sensing 15, 4553 (2023). doi:10.3390/rs15184553
גילוי נפילות ללא הדמיה מחתימות ספקטרליות במכ״ם מיקרו־דופלר. Applied Sciences 12, 8178 (2022). doi:10.3390/app12168178
חתימות זמן־תדר של תנועות גפיים והערכת גובה במכ״ם מיקרו־דופלר. Sensors 20, 4660 (2020). doi:10.3390/s20174660

עיבוד אותות מכ״ם וסיווג מטרות

עיבוד אותות מכ״ם וניתוח מיקרו־דופלר
סיווג מטרות והערכת ביצועים
סימולציית RCS ופיזור אלקטרומגנטי
פיתוח אלגוריתמים ב‑MATLAB וניתוח נתוני ניסוי
בחינת היתכנות ובניית הוכחת היתכנות

לשאלות טכניות ולשיתופי פעולה מחקריים: nezahb@ariel.ac.il

→ כל תחומי המחקר