www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil

Resim 1: Bir menzil aşımı yankısı menzili ekranda hatalı görüntülüyor.

Resim 1: Bir menzil aşımı yankısı menzili ekranda hatalı görüntülüyor.

Resim 1: Bir menzil aşımı yankısı menzili ekranda hatalı görüntülüyor.

Was sind Überreichweiten bei einem Radar?

Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil

Bir darbe radarının, bir yankı işareti için gönderdiği iki darbe arasında hatasız ölçebildiği en büyük uzaklığa „Hatasız Ölçülebilecek En büyük Menzil“ denilir. Bir radar aygıtının Rmaks hatasız en büyük ölçüm menzil değeri sadece radar denklemi ile değil, aynı zamanda yankı işaretinin alım süresi de dikkate alınarak hesaplanır. Yankı işaretlerinin alınabilmesi için gönderilen darbeler arasında gönderilen darbenin hedefe varış ve hedeften dönüş zamanına (yürütme zamanı) yetecek kadar bir boşluk bulunmalıdır.

Rmaks Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil ile fp Darbe Tekrarlama Frekansı (PRF) ya da tersi T Darbe Tekrarlama Periyodu (Pulse Repetion Time, PRT) arasında bir sabit ilişki vardır. Bir bireysel darbenin radardan gönderildiğini, bir yansıtıcı nesneden geri döndüğünü ve radar tarafından tekrar alındığını düşünelim. Burada ölçülen t gidiş-dönüş zamanı için üç olasılık bulunmaktadır:

Resim. 1 de gönderilen darbeler 200 km uzaklıktaki bir hedeften yansıyor. Radar tarafından bir sonraki darbe yollanmadan önce alınıyor ve hatasız bir menzil ölçümü yapılabiliyor. Aynı resimde bir diğer yankı işareti daha bulunmaktadır, bu işaret bir sonraki darbe periyodu içerisinde alınır. Aslında 400 km uzaklıkta görüntülenmesi gereken bu darbe hatalı olarak 100 km menzilde görüntülenmektedir.

Bu nedenle Rmaks Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil, t yürütme zamanının (gidiş-dönüş zamanı, İngilizcesi ile runtime) T darbe periyodundan daha küçük olduğu bir menzilde yer almaktadır.

Rmax = c0 · (T - τ) Rmaks = Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil [m]
c0 = Işık hızı [3·108 m/s]
T = Darbe Tekrarlama Periyodu (Pulse Repetition Time, PRT) [s]
τ = Gönderim Darbe Genişliği [s]
(1)
2

Bu formüldeki gönderim darbe süresi (τ) bir hedef işareti elde etmek için ilk önce yankı darbesinin radar tarafından tamamının alınması gerektiğine dayanmaktadır. Yaklaşık 1 µs lik bir gönderim darbesi 1000 µs den daha büyük olabilen bir alım süresiyle karşılaştırdığında çok küçük kalır ve bu durumda gönderim darbesinin süresi ihmal edilebilir. Fakat bazı radar aygıtları alıcı aygıtında sonradan sıkıştırılan çok uzun gönderim darbelerini de kullanırlar. Dolayısıyla formül bir daha basitleşir:

Rmaks = c0 · T = c0 fp = Darbe Tekrarlama Frekansı (PRF) [Hz veya s-1] (2)
2 2 · fp

(1) nolu formül radar kullanıcıları için daha da basitleştirilebilir. (1) nolu eşitlikte ışık hızı için yaklaşık c0 = 3x105 km/sn yerleştirir ve periyot değerlerini için µs kullanırsak aşağıdaki formülle menzili km cinsinden bulabiliriz.

Rmaks PRT - PW   [ km ] (3)
6,66

Darbe Tekrarlama Frekansı fp arttıkça, Darbe Tekrarlama Periyodu T kısalır ve bunun bir sonucu olarak darbeler arasında alım için kullanılan boşluk azalır ve beraberinde Rmaks Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil değeri de azalır. Bu nedenle ekranda görüntülenen menzil değeri radar denklemiyle hesaplanan menzil değerinden daha fazla olmalıdır. Radarın „aletli menzilinin“ ekrandaki görüntüsü bir sonraki darbe gönderilmeden önce sona ermelidir. (Radarların Rmin ve Rmaks olarak verilen alt ve üst çalışma menzilleri olsa da radarlar „aletli menzil“ (instrumented range)” denilen daha kısa ve kullanılabilir bir aralık içinde çalışırlar. Bu aletli menzil değerini sistem gereksinimleri belirler. Bunların arasında ekranın fiziksel sınırları, devre geçişleri ve radar kalibrasyonları için izin verilen süreler sayılabilir.)

1 000 Hz lik bir Darbe Tekrarlama Frekansının tersini alarak Darbe Tekrarlama Periyodunu 1/ 1 000 = 1 ms olarak bulduğumuz bir radarın (2) nolu formüle göre Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzili 150 km dir. Eğer radar 100 µs gibi bir yürütme zamanı ile bir yankı alıyorsa, bu hedef işareti doğru mudur yoksa doğruluğu şüpheli midir?
 
Yanıt: Soruya bu şekilde yanıt verilemez. Bu hedef işareti, hem 15 km lik, hem de 165 km lik bir menzilde olabilir.
 
Tersinden giderek bir net sonuca ulaşabilirdik: Bir gerçek hedef 15 km ölçüm uzaklığında bulunuyor olsaydı temiz bir sonuç alınırdı ve yürütme zamanı da 100 µs olurdu.

Resim 2: Darbe Tekrarlama Frekansının kademeli olarak değiştiği bir durumda menzil aşımı ile gelen bir hedef işareti takip eden gönderim darbesine göreli olarak ekranda kararlı görüntülenemiyor.

Resim 2: Darbe Tekrarlama Frekansının kademeli olarak değiştiği bir durumda menzil aşımı ile gelen bir hedef işareti takip eden gönderim darbesine göreli olarak ekranda kararlı görüntülenemiyor.

Resim 2: Darbe Tekrarlama Frekansının kademeli olarak değiştiği bir durumda menzil aşımı ile gelen bir hedef işareti takip eden gönderim darbesine göreli olarak ekranda kararlı görüntülenemiyor.

Kademeli Darbe Periyodları (Staggered Pulse Periods)

Darbe Tekrarlama Frekansının sürekli değiştiği (Kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı) bir durumda menzil ötesinden gelen hedef işaretleri artık bir küçük yay gibi görüntülenemezler. Daha ziyade aygıta özgün bir nokta kümesi olarak görüntülenirler. Bu ayırt edici özellik sayesinde bir işlemci-kontrollü işaret işleme tekniği ile gerçek menzil hesaplanabilir. (Bu işleme „katlanmış menzilin açılımı“ (unfolding) denilmektedir.)

Hatasız hedef işaretleri
Menzil aşımı sonucu
hatalı hedef işaretleri

Resim 3: Şüpheye yer bırakmayan bir normal hedef işareti (ince uzun yay- IFF- yanıtı; kalın kısa yay bir birincil radardan dönüş işareti) ve kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılan şüpheli IFF - yanıtı (nokta kümesi biçiminde).

Hatasız hedef işaretleri
Menzil aşımı sonucu hatalı hedef işaretleri

Resim 3: Şüpheye yer bırakmayan bir normal hedef işareti (ince uzun yay- IFF- yanıtı; kalın kısa yay bir birincil radardan dönüş işareti) ve kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılan şüpheli IFF - yanıtı (nokta kümesi biçiminde).

Hatasız hedef işaretleri
Menzil aşımı sonucu
hatalı hedef işaretleri

Resim 3: Şüpheye yer bırakmayan bir normal hedef işareti (ince uzun yay- IFF- yanıtı; kalın kısa yay bir birincil radardan dönüş işareti) ve kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılan şüpheli IFF - yanıtı (nokta kümesi biçiminde).

Bir basit PPI- ekranda saptırma her bir yeni gönderim darbesiyle birlikte ekranın merkezinden başlar. Eğer, çok uzak menzildeki bir yankı bir sonraki gönderim darbesinden sonra alınmışsa bu hedef işareti ekranda yanlış bir menzilde görüntülenir.

Resim. 3 de IFF-yanıtlı bir normal hedef işareti ve diğer tarafta sürekli değişen Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılarak elde edilen menzil ötesinden alınan IFF-yanıtı görülmektedir. Burada ilaveten şuna dikkat edilmelidir: IFF-sorgulayıcısı birincil radarın her eşzamanlı darbesini kullanmamaktadır. (Böyle çok sayıda IFF-menzil aşımlarının yarattığı rahatsızlık Sorgulama Göndericisinin çıkış gücünün kısılması ile aşılabilir.)

Kural dışılıklar

RRP-117 gibi Faz Dizi Anten kullanılan daha modern 3-boyutlu radarlarda hedefin belirlenmesinde menzil aşımından kaynaklanan bu tür sorunları yaşamıyoruz. Bu sistemdeki bilgisayar, belirlenen bir çizelgeye uygun olarak her gönderim darbesini ayrı ayrı yönlere yollar. Takip eden alım zamanı içinde bir yankı işareti daha gelmeden anten ışıma çizgesini çoktan tümüyle farklı bir yükseklik açısına zaten yöneltmiştir. Anten, faz kaydırıcıları henüz yeni programlandığından nispeten uzunca bir ölü süre içinde alıma elverişli olmayacaktır.

Radar eğer darbe-içi modülasyon kullanıyorsa ve pratikte her bir gönderim darbesinde bir farklı modülasyon kullanır, böylece radar için artık Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzilin bir önemi de kalmaz. Her alınan yankı işareti tam olarak kendi kaynağıyla (yani kendi bireysel gönderim darbesiyle) ilişkilendirilir ve böylece yürütme zamanı birkaç periyotta ölçülebilir.

Yer yüzeyinin uzaktan algılanması için kullanılan uydulardaki radar aygıtları, hedefleri, eğer bunlar gerçekten belirsiz ise, doğru uzaklıkta belirleyebilirler. Uyduların yörüngelerinin genel yüksekliği bilinmektedir, bu durumda yörüngenin yüksekliğine göre yalnızca birkaç kilometrelik farkı olan bir uzaklık ölçülecektir. Resim. 1 ile karşılaştırırsak; 400 km gibi bir yükseklikte yalnızca ikinci darbe periyodundaki ölçüm sonucu geçerli olabilir.