www.radartutorial.eu Principiile Radiolocaţiei

Radar cu diversitate de frecvenţe

commutator
canale
commutator
antenă
selector de
frecvenţa
receptor
f₂
receptor
f₁
circuit de
întârziere
sumator
sumator
multiplexor
emiţător
f₁
emiţător
f₂
modulator
modulator
sincronizator

Figura 1: Schema bloc a unui radar cu diversitate de frecvenţe

commutator
canale
commutator
antenă
selector de
frecvenţa
receptor
f₂
receptor
f₁
circuit de
întârziere
sumator
sumator
multiplexor
emiţător
f₁
emiţător
f₂
modulator
modulator
sincronizator

Figura 1: Schema bloc a unui radar cu diversitate de frecvenţe

Radar cu diversitate de frecvenţe

Pentru a elimina problemele datorate fluctuaţiilor suprafeţei efective a ţintelor, multe sisteme radar utilizează la emisie două sau mai multe frecvenţe purtătoare. Radarele cu diversitate de frecvenţă folosesc în general două emiţătoare care funcţionează simultan, iluminând ţinta cu două frecvenţe diferite, după cum se observă în figură.

Semnalele recepţionate sunt prelucrate separat pentru a asigura coerenţa acestora. Pe lângă câştigul în putere de 3dB datorat utilizării a două emiţătoare în paralel, folosirea celor două frecvenţe diferite asigură creşterea performanţelor de descoperire ale radarului în general cu 2,8dB.

Prin tehnica folosirii mai multor frecvenţe la emisie se pot obţine distanţe maxime de descoperire sensibil mai mari, în condiţiile menţinerii constante a probabilităţii de detecţie şi a nivelului alarmelor false. Altfel spus, dacă considerăm două sisteme radar cu aceeaşi probabilitate de detecţie şi acelaşi nivel al alarmelor false, atunci sistemul care utilizează două sau mai multe frecvenţe la emisie va avea o distanţă maximă de descoperire mai mare decât cel care foloseşte o singură frecvenţă. Explicaţia acestui fenomen constă în reducerea fluctuaţiilor semnalului ecou datorate modificărilor suprafeţei efective de reflexie a unei ţinte. Valorile extreme (minime şi maxime) ale suprafeţei de reflexie nu apar în acelaşi timp pe cele două frecvenţe datorită diferenţei între diagramele de radiaţie secundară ale ţintei pe fiecare frecvenţă. Dacă radiaţia secundară pe prima frecvenţă are valoarea maximă, radiaţia pe cea de-a doua frecvenţă va avea în general o valoare minimă. Însumarea celor două semnale recepţionate nu modifică valoarea medie a fiecărui semnal recepţionat. Aceasta are ca efect „netezirea” semnalului la ieşirea sumatorului celor două canale. Dezavantajul din punct de vedere militar al acestei tehnici constă în faptul că cele două semnale au spectre de frecvenţă diferite, crescând astfel riscul ca radarul să fie descoperit de către echipamentele de interceptare inamice.

Tehnica emisiei pe multiple frecvenţe poate fi implementată practic prin una din următoarele metode:

  1. Emisia simultană a mai multor impulsuri pe frecvenţe purtătoare diferite, prin utilizarea mai multor emiţătoare (fiecare cu propriul receptor asociat) care funcţionează în acelaşi timp.
     
  2. Emisia unei succesiuni de impulsuri, fiecare cu o altă frecvenţă purtătoare; frecvenţa purtătoare este modificată prin schimbarea frecvenţei astfel:
    • de la impuls la impuls (agilitate de frecvenţă),
    • în interiorul unui impuls, formând subimpulsuri alipite, fiecare pe altă frecvenţă (diversitate de frecvenţă)
    • de la o grupă (salvă) de impulsuri la alta (posibilă doar la frecvenţe de repetiţie ale impulsurilor ridicate).
    De asemenea, sunt utilizate combinaţii ale acestor metode.

De exemplu, radarul ATC ASR-910 utilizează mai multe frecvenţe prin emisia a două impulsuri care se succed într-un interval foarte scurt de timp, fiecare impuls având o altă frecvenţă (diversitate de frecvenţe); radarul RRP-117 foloseşte şi el două frecvenţe diferite, iar la recepţie utilizează compresia impulsurilor. (Deoarece spectrele celor două frecvenţe se suprapun la compresia impulsurilor, trebuiesc luate în calcul alte reguli.)

Emisia succesivă a mai multor impulsuri de frecvenţe diferite prezintă următoarele avantaje faţă de emisia simultană:

Un avantaj important al tehnicii diversităţii de frecvenţe îl reprezintă rezistenţa sporită la bruiaj. La aceasta contribuie prelucrarea separată a semnalelor recepţionate pe fiecare frecvenţă. Însumarea semnalelor recepţionate pe fiecare frecvenţă conduce la creşterea posibilităţilor de detecţie a ţintelor şi implicit o comportare mai bună a radarului în prezenţa bruiajului.

Un alt avantaj al utilizării a două emiţătoare (ex: ASR-910) îl reprezintă redundanţa. Unii consideră, în mod fals, evident, că redundanţa este singurul motiv al utilizării a două emiţătoare în paralel. („Dacă îmi pică un emiţător, îmi rămâne celălalt!”). În cazul defectării unui emiţător, distanţa maximă de descoperire se reduce la 70%¹. Acest fapt este rapid observat de controlorul de trafic (operatorul radar), deşi uneori motivul poate fi de cu totul altă natură...

¹) rădăcina de ordinul 4 din pierderea de 3dB (înjumătăţirea puterii de emisie), plus 2 la 2,5dB datorită pierderilor de fluctuaţie

commutator
canale
commutator
antenă
selector de
frecvenţa
receptor
f₂
receptor
f₁
circuit de
întârziere
sumator
sumator
multiplexor
emiţător
f₁
emiţător
f₂
modulator
modulator
sincronizator

Figura 1: Schema bloc a unui radar cu diversitate de frecvenţe

Descrierea funcționării blocurilor în diagrama bloc

Sincronizator

Sincronizatorul generează semnalele necesare sincronizării în timp a emiţătorului, indicatorului şi a celorlalte circuite asociate.

Modulator

Tubul oscilator de putere al emiţătorului este comandat de un impuls de curent continuu de mare putere generat de modulator.

Emiţător

The radar transmitter produces the short duration high-power rf pulses of energy that are radiated into space by the antenna.

Comutator canale

Figura 2: Commutator canale

Kommutator

Figura 2: Commutator canale

Acesta este un comutator comandat în timp. Impulsurile RF de la intrare sunt transmise pe rând la ieşire, sub comanda unor impulsuri poartă decalate în timp.

Comutator antenă

Comutatorul de antenă asigură conectarea succesivă a antenei la traseul de emisie, respectiv la cel de recepţie, permiţând folosirea aceleiaşi antene atât pentru emisie, cât şi pentru recepţie. Comutarea este necesară pentru a împiedica pătrunderea semnalelor foarte puternice de la emisie în receptor, evitând astfel distrugerea acestuia.

Antena

Antena transformă semnalele de la ieşirea emiţătorului în unde electromagnetice pe care le radiază în spaţiu în direcţia de interes. Acelaşi fenomen se desfăşoară în mod invers la recepţie

Selector frecvenţă

Selectorul de frecvenţă este un filtru separator de frecvenţe. Acesta separă traseele semnalelor ecou în funcţie de frecvenţa acestora.

Receptor

Receptorul amplifică şi demodulează semnalele RF recepţionate. Semnalele de ieşire vor fi semnale de videofrecvenţă.

Circuit de întârziere
f2  f1
oscilloscop
timpul de întârziere

Figura 3: Timpul de întârziere

f2  f1
oscilloscop
timpul de întârziere

Figura 3: Timpul de întârziere

Pentru a însuma cele două impulsuri, trebuie anulat decalajul de timp dintre ele (ele au fost emise decalat); primul impuls va fi întârziat până se va suprapune în timp cu al doilea impuls.

Prelucrare semnale

Fiecare semnal ecou este prelucrat pe un canal separat. La ieşire ele sunt însumate într-un singur semnal video.

Indicator

Indicatorul oferă în mod continuu operatorului o reprezentare grafică uşor de înţeles a poziţiei relative a ţintelor în spaţiu