www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Azimut Açı Çözünürlüğü

Resim 1: SA açıklığı menzile bağlıdır

Resim 1: SA açıklığı menzile bağlıdır

Resim 1: SA açıklığı menzile bağlıdır

Azimut Açı Çözünürlüğü nedir?

Azimut Açı Çözünürlüğü

Antenden aynı uzaklıkta bulunan iki hedefin birbirlerinden ayırt edilebilmesi ve ekranda iki ayrı işaret olarak görüntülenebilmesi için birbirleri arasında bir minimum yatay açının ya da diğer adıyla bir azimut açısının bulunması gerekir. Bu açıklık ne kadar az ise radarın azimut açı çözünürlüğü de o kadar iyi demektir. Menzil çözünürlüğünün aksine, azimut çözünürlüğü ilaveten menzile bağlı, hatta orantılıdır.

Anten parametresi olarak açısal çözünürlük

Genel olarak, antene aynı uzaklıkta bulunan iki hedef aynı anda anten çizgesindeki ana topuz içinde algılanırsa bunları birbirinden ayırt etmek mümkün olmaz. Açısal çözünürlük yeteneği sadece azimut açısı cinsinden ifade edilebilir. Bu durum, çözünürlük yeteneğiyle ilgili bir menzil verisi (örneğin bir radarın teknik verilerindeki) anlamlı ya da mümkün değilse (örneğin bir Sürekli-Dalga Radarında olduğu gibi) söz konusudur.

Eğer bir hedef işareti bir A-ekranda bir büyük darbe olarak görüntülenirse, bunun sadece bir büyük hedefe mi yoksa yan yana uçan ve genlikleri binişen iki hedefe mi ait olduğunu ayırt etmek mümkün değildir. Her iki hedefin genlikleri arasındaki bir minimumu görebilmek için bu iki hedef arasında açıklık yeterince büyük olmalıdır.

Açısal çözünürlük yeteneği için belirleyici olan antenin Açıklık Açısı ya da Θ Yarı Güç Genişliğidir. Açıklık Açısı ve Çözünürlük Açısı arasındaki ilişki aşağıdaki formülde verilmiştir:

SA ≥ 2R · sin Θ burada Θ = Ana topuzun açıklık açısı (teta)
SA = Azimut açısı çözünürlüğü
R = Hedef ile anten arasındaki yatık menzil [m]
(1)

2

Pratikte, bir analog PPI ekranda azimut açısı çözünürlüğü hedef işaretlerinin iki uçağa ait olduğunu radar operatörünün önceden bilip bilmemesine bağlıdır. Sayısal hedef-tanıma özelliğine sahip sistemler, hedeflerin genliklerini karşılaştırabilmeleri özelliği sayesinde radarın azimut açı çözünürlüğünü iyileştirilebilirler.

3-boyutlu radarlarda keza yükseklik açısında bir açısal çözünürlükten de bahsedebiliriz. Hesaplama yöntemi aynıdır, yatayda kullanılan Θ açısı bu kez düşey açıklık açısı için kullanılır.

Yarı-güç demet
genişliği Θ
Sıfırdaki açı değeri
Sıfırdaki demet
genişliği

Resim 2: Sıfırlardaki açı değerine (sıfırlar arasındaki yarı demet genişliği) göre yarı-güç demet genişliği

Yarı-güç demet
genişliği Θ
Sıfırdaki açı değeri
Sıfırdaki demet
genişliği

Resim 2: Sıfırlardaki açı değerine (sıfırlar arasındaki yarı demet genişliği) göre yarı-güç demet genişliği

Lidar Açı Çözünürlüğü

Çözünürlük yeteneğini, belirli durumlarda (örneğin Lidar) yarı güç açıklığını kullanmadan hesaplamak daha kolaydır. Bir optik sistemin çözünürlük yeteneği; nokta biçimli benzer iki nesnenin birinin ana topuzunun maksimumunun, diğer nesnenin ilk minimumuna denk düştüğü an aralarında olan açısal açıklık ile tanımlanır.

Bu tanımın radardaki karşılığı şudur: Bir radarın azimut açı çözünürlük yeteneği, anten çizgesindeki ana topuza (main lobe) komşu ilk topuzdaki minimum ile ana topuzun maksimumu arasındaki açısal açıklığı olarak tanımlanır (sıfırlar arasındaki sıfır açısı veya yarı demet genişliği).

Ana topuzun genişliğini hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılabilir:

Θ = K λ burada λ = Boşluktaki dalga boyu
D = Açıklığın boylamasına uzunluğu
K = Yayın genişleme katsayısı
(2)

D

Bir doğrusal faz dağılımı varsayımı altında, her bir genlik oranına karşılık gelen ve grad cinsinden ölçülen bir yayın genişleme katsayısı vardır. Yarı güç genişliği için yayın genişleme katsayısı antenin türüne bağlıdır ve bir ideal yansıtıcı için bu değer 0,98° ila 2° arasında değişir. Yapay açıklıklı bir antenin sıfır açısı için yayın genişleme katsayısı 1,22° dir.

Sıfır açısı keza yalnızca ana topuzun yarı genişliği, her iki yarının sıfır açı genişliği ve her iki yarının yarı güç genişliği ile ilgilidir (Resim.2 ye bkz.). Her iki açı (sıfır değer açısı ve yarı güç genişliği) kabaca aynı büyüklüktedir, ancak eşit değildir. Bununla beraber pratikte bu büyüklükteki fark ihmal edilebilir. (1) nolu formülün kullanılması sırasında açının, ana topuzun yarısının mı yoksa her iki yarının genişliğinin mi olduğuna dikkat edilmesi gerekir.

Çapraz Menzil Çözünürlüğü

Yapay Açıklıklı Radarların ortaya çıkışından sonra, geometrik olarak başka ilişkiler bulunmasına rağmen, keza burada da diğer radar yöntemleri için türetilen yeni kavramlar benimsendi. Bir menzil, Yapay Açıklıklı Radarda radarın monte edildiği platformun hareket yönüne dik açıda ölçülür. Böylece hareket yönündeki açısal çözünürlük yatık menzile yeniden dik olur ve bu nedenle burada Çapraz Menzil Çözünürlüğü (Cross Range Resolution) olarak adlandırılır. Bir gerçek açıklıklı radar için bu kavramın benimsenmesi kritiktir, çünkü hedefler arasındaki açıklık yarıçapa dik olmayıp, her bir hedefe teğettir: R yarıçaplı bir çember üzerindeki hedefler arasındaki açıklık bir kiriştir (Resim.1 e bkz.).

Yapay Açıklıklı Radar açısal çözünürlük yeteneği yinelenen matematiksel işlemler sonunda bir gerçek açıklıklı antene göre tümüyle farklı ilişkilere sahip olur. Bir gerçek açıklığın aksine, gerçek antenin yarı güç genişliğinin artması ile Çapraz Menzil Çözünürlüğü daha iyileşir. En sonda, antenin yanından geçerken anten tarafından tüm ölçümlerde algılanan sadece o nesneye ait yankı sinyalleri tekrardan işlenebilir. Antenin açıklık açısı arttıkça daha fazla ölçüm yapılabilir. Yeniden işlemeye daha fazla bireysel yankı sinyali katıldıkça, çözünürlük yeteneği daha da iyileşir. Radarın „ayak izinin (footprint)“ daha uzun menzillerde genişlemesi nedeniyle uzak menzillerdeki çözünürlük yeteneği kısa menzillere göre daha iyidir. Yapay açıklığın büyümesi, menzil arttıkça menzile bağlı olarak kötüleşen çözünürlük yeteneğine zıt etki yapar. Bu nedenle, gerçek açıklığın aksine Yapay Açıklıklı radarda menzil artarken Çapraz Menzil Çözünürlüğü sabit kalır.

Sürekli Dalga- Radarında azimut açı çözünürlüğü

Resim 3: Mesafenin azimut açı çözünürlüğü üzerindeki etkisi

Resim 3: Mesafenin azimut açı çözünürlüğü üzerindeki etkisi

Resim 3: Mesafenin azimut açı çözünürlüğü üzerindeki etkisi

Bir Sürekli-Dalga radarıyla yakın menzillerde kolaylıkla çok hassas sonuçlar elde edilebilir. Bu nedenle, bu tür radarlar karayollarında hız kontrollerinde sıkça kullanılır. Formül (1) deki açısal çözünürlük, antenin yarı-güç genişliği ve ölçümü yapılacak nesneye olan R uzaklığı ile hesaplanır.

Ölçülen değerin şüpheye yer bırakmayacak bir şekilde verilen bir yansıtıcı nesneye atanması radar aygıtlarında bir sorun olmaktadır. Bir SD-radarında eşzamanlı algılanan iki yansıtıcı nesneyi birbirinden ayırt etmek genellikle mümkün olamamaktadır. Tek başına mümkün olsa da, hangi nesnenin daha hızlı ve hangi nesnenin daha yavaş olduğunu söylemek mümkün değildir. Eğer ölçüm altındaki nesne uzakta ise, o zaman anten çizgesi genişleyecek ve açısal çözünürlük kötüleşecektir. Bu durumda alınan sonuçların iptal edilmesi gerekir. Karayolları uygulaması sırasında çekilen kanıt fotoğrafında iki araç birlikte yer almamalıdır, bu durumda resimdeki araçlardan hangisinin aşırı hız yaptığını söylemek mümkün değildir. Çözünürlük yeteneği burada her şeyden önce radar anteninin sıfır değer genişliğine bağlıdır. Bu uygulamada en iyi ölçüm, radar aygıtının yol kenarına yakın bir yerde kurularak ile yapılabilir. Bazen taşıt yolu ile radarın kurulduğu yer arasında bisikletler için ayrılmış özel yollar nedeniyle bu mesafe artar. Bu durumda ölçüm, ancak trafik yoğunluğu az ise mümkündür.