www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Synchronisatie en controle: het radarsynchronisatiesysteem

De radarcomponenten moeten samen en op een strikt bepaald tijdstip functioneren, zodat in elke radar een bepaald aantal verschillende controle- en synchronisatiepulsen moet worden gegenereerd. Deze pulsen bepalen welke component op welk moment in elke waarnemingsperiode begint te werken.

In oude radars produceerde de synchronisator naaldachtige pulsen met behulp van een elektrovacuümlamp, waarop een asynchrone vergrendelingsgenerator was gemonteerd.

Moderne radars met een groot vermogen werken op een coherente manier. Synchronisatiepulsen zijn zeer korte rechthoekige pulsen die worden gebruikt voor controle op pulsrand of pulsduur. Zij worden geproduceerd door een zeer stabiele masteroscillator door het tellen van de oscillatiefrequentie aan de uitgang en daaropvolgende logische combinaties. De namen en het aantal synchronisatie-inrichtingen in verschillende radars kunnen verschillen.

Hoofdklok
Frequentie-
deler
Klok-
generator
Trigger
generator
Exciter
Golfvorm-
generator
STC-
generator
Zender
Duplexer
Ontvanger
Analoge/
digitale
omvormer

Figuur 1. Algemeen schema van radarsynchronisatie en -gating

Hoofdklok
Frequentie-
deler
Klok-
generator
Trigger
generator
Exciter
Golfvorm-
generator
STC-
generator
Zender
Duplexer
Ontvanger
Analoge/
digitale
omvormer

Figuur 1. Algemeen schema van radarsynchronisatie en -gating

Frequentie-
deler
Klok-
generator
Trigger
generator
Zender
Ontvanger
Analoge/
digitale
omvormer

Figuur 1. Algemeen schema van radarsynchronisatie en -gating

Figuur 1 illustreert het algemene principe van het gebruik van een klokgenerator in een coherente radar. Een centrale masteroscillator, die in veel gevallen op 100 MHz werkt, levert de referentiefase voor de uitgezonden en ontvangen signalen. In sommige gevallen kan deze referentie-oscillator zelfs worden gesynchroniseerd met UTC-signalen (Universal Time Coordinated), waarbij de satellieten van het Global Positioning System (GPS) als bron worden gebruikt. In de meeste gevallen is de referentie-oscillator echter een kwartsoscillator. Deze kan in de thermostaat worden geïnstalleerd om een hoge frequentiestabiliteit te waarborgen en fasefluctuaties te beperken.

De frequentie van de masteroscillator wordt door deling verlaagd om klokpulsen te produceren die de vereiste vertragingen en synchronisatie van alle schakelapparatuur, signaalprocessoren en computers (computerapparatuur) mogelijk maken. Allereerst worden de door deling verkregen pulsen naar de klokpulsgenerator en de synchronisatiepulsgenerator gestuurd (sync-pulsen).

Figuur 2: Vier klokpulsen gerangschikt in een getrapte volgorde

Figuur 2: Vier klokpulsen gerangschikt in een getrapte volgorde

De klokpulsgenerator produceert systeemklokpulsen voor het gehele radarsysteem. De relatief hoge oscillatiefrequentie van de referentie-oscillator zorgt voor een goede synchronisatienauwkeurigheid van de radarsubsystemen, maar oscillaties van deze frequentie zijn moeilijk te leveren aan alle radarsubsystemen. Bij deze frequentie krijgen alle draden in de radar de eigenschappen van antennes. Bij een frequentie van 100 MHz is een ongeveer één meter lange draad ook een resonante dipool. Daarom worden pulsen met een lagere herhalingsfrequentie, bijvoorbeeld 25 MHz, gebruikt als klokpulsen. Om dezelfde synchronisatienauwkeurigheid te bereiken als bij 100 MHz worden vier lijnen gebruikt, die elk 25 MHz klokpulsen uitzenden, maar met een vertraging in elke volgende lijn (van lijn 1 naar lijn 4) van 1/(2·100) MHz = 5 ns (figuur 2). Deze vier klokpulsen worden verdeeld over de subsystemen, en elk van hen gebruikt de puls die nodig is, afhankelijk van de interne werkingstijd en de vertraging in de draadlijnen.

De belangrijkste van de sync-pulsen zijn de beginafstandspulsen, die gewoonlijk overeenkomen met het begin (leading edge) van de tastimpuls, en de sync-pulsen waarvan de duur overeenkomt met de duur van het zendsignaal. Beide synchrone pulsen kunnen een zekere offset hebben langs de tijdas, aangezien sommige elementen van de radarsubsystemen een voorafgaande start enkele microseconden vóór het begin van het aftastsignaal vereisen. Dergelijke voorafgaande klokpulsen regelen de werking van de radaronderdelen die tijdens de uitzending van de radarimpuls niet actief zijn, zoals de ontvanger, de signaalprocessor en de indicatoren. Synchrone impulsen die overeenkomen met de duur van het aftastsignaal regelen de werking van de radaronderdelen die tijdens de straling actief zijn, zoals de meetsignaalgenerator, de bekrachtiger en de antenneschakelaar (bij uitvoering op PIN-dioden). Dergelijke synchrone pulsen kunnen ook een andere duur hebben dan de duur van het zendsignaal, maar dit verschil zal symmetrisch zijn: de vermogensversterker moet bijvoorbeeld worden ingeschakeld voordat het zendsignaal zich begint te vormen en langer werken dan de duur ervan.