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

Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga-Radarı (FMSD-radarı)

Gönderim işareti
Yankı işareti

Resim 1: Bir Frekans Modülasyonlu Sürekli-Dalga Radarı ile menzil tayini

Gönderim işareti
Yankı işareti

Resim 1: Bir Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga radarı ile menzil tayini

Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga-Radarı (FMSD-radarı)

FMSD-radarı (Frequency-Modulated Continuous Wave radar, FMCW radar) en basit bir SD-radarında (Continuous Wave Radar) olduğu gibi sürekli dalga yollayan radar sensörlerinin bir özel tipidir. SD-radarının aksine, bir FMSD-radarı ölçüm yapıldığı sırada gönderilen işaretin çalışma frekansını değiştirebilir: Bu, gönderim işaretinin frekansının modüle ediliyor olması demektir. İşte frekanstaki bu değişmeler sayesinde işaretlerin gidiş-geliş süreleri ölçümüyle ilk defa ilave ölçüm imkânları ortaya çıktı.

Basit SD-radarında gönderim ve alım işaretlerinin sürekli bir dalga olması nedeniyle menzilin hesaplanması için gerekli olan bir zaman noktası işaretlenemez ve gidiş-dönüş süresi arasındaki Δt zaman farkı ya da Δϕ faz farkı ölçülemez. Hareket etmeyen bir nesnenin menzilinin ölçümü için gerekli böyle bir zaman referansı, ancak gönderim işaretinin frekansının modülasyonu ile elde edilebilir. Bu yöntemde frekansı periyodik olarak değişen bir işaret yollanır. Bir yankı işareti alınırsa, frekansı değişmiş bu işaret, darbe radarında olduğu gibi, bir Δt yürütme zamanı (runtime) kadar kaymıştır. Bir darbe radarında ise bu yürütme zamanı doğrudan ölçülebilmektedir.

Bir FMSD-radarının temel özellikleri şunlardır:

Ölçüm prensibi

Bir FMSD-radarının temel karakteristikleri şunlardır:

Yansıtıcı nesnenin R uzaklığı aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

R = c0 · |Δt | = c0 · |Δf | Formülde: c0 = Işık hızı = 3·108   m/s
Δt = Geçen zaman [s]
Δf = Ölçülen frekans farkı [Hz]
R = Anten ile nesne arası uzaklık [m]
df/dt = Birim zamandaki frekans kayması
(1)
2 2 · (df/dt)
 

Eğer, frekansın değişmesi bir geniş bölgede doğrusal ise, R menzili, bu bölgedeki Δf frekans kayma miktarı, gönderim frekansı ile karşılaştırılarak basitçe hesaplanabilir. Radarla yansıtıcı nesne arasındaki uzaklığın sabit kaldığı, yani bir Doppler etkisinin olmadığı bir durağan durumda, frekans değişiminde sadece artan ya da azalan fark miktarı (yani mutlak değeri) ölçülebildiğinden hesaplanan menzilin değerinde bir değişiklik olmaz.

Eğer yansıtıcı nesne gönderici/alıcı antene göre bir radyal hıza sahipse; yankı işaretinin frekansına, o anki gönderim frekansındaki (yürütme zamanından (runtime) kaynaklanan) Δf fark frekansı ve fD Doppler frekansı da (yansıtıcı nesnenin radyal hızından kaynaklanan) uygulanır. Radar, nesnenin hareketi ve kullanılan doğrusal modülasyonun yönüne bağlı olarak (örneğin, uygulanan dalga biçiminin yükselen kenarında mı yoksa inen kenarında mı olduğu) menzil bilgisini içeren frekans farkı ile hız bilgisini içeren Doppler frekansın toplam ya da fark değerlerini ölçer. Örneğin, yankının geldiği nesne radara doğru hareket ediyorsa, o zaman yankı işaretinin frekansı Doppler frekansı fD kadar azalır. Eğer ölçüm, Resim.1 de görüldüğü gibi kırmızı renkli bir testere dişli bir gönderim işareti ile yapılıyorsa, yeşil renkli yankı işareti yürütme zamanı nedeniyle hem sağa, hem de Doppler frekansı fD kadar aşağıya kayar. Ölçülen fark frekansı fD, olması gereken yürütme zamanına göre fD Doppler frekansı kadar daha büyük olmalıdır. Ölçüm Resim.3 de gösterildiği gibi, testere dişli bir dalganın düşen kenarında yapılıyorsa, yürütme zamanından kaynaklanan bu Δf fark frekansından bu sefer fD Doppler frekansının düşülmesi gerekir.

NOT: Resimlerde (Resim 3.c hariç) modülasyon deseni olarak kullanılan testere dişi, üçgen dalga grafikleri frekansın zamana karşı değişimini göstermektedir. Bu grafiklerin antenden gönderilen ya da alınan işaretin genliği ile ilgisi yoktur.

Menzil ve Çözünürlük Yeteneği

Birim zamandaki frekans kaymasının uygun seçimi ile radarın çözünürlük yeteneği ve frekans yükselme süresi ile (Resim.1 de kırmızı renkli testere dişi dalganın daha uzun kenarı) Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil belirlenebilir. Doğrusal frekans yükselme süresi, en büyük menzil değer ölçümünün güvenilirlikle yapılabileceği sınırı belirler. Yükselen kenarın dikliği, çözünürlük yeteneğini ve menzil ölçümünün doğruluğunu belirleyen bir etmendir. Frekans kaymasının en büyük değeri ve bu kenarın dikliği, kullanılan devrelerin yapısına ve teknik özelliklerine bağlı olarak değişebilir.

Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil değerini yankı işaretinin, gönderim işareti ile gerekli geçici örtüşme zamanı (overlapping time) belirler. Bu menzil değeri genellikle radar denkleminin verdiği, içinde boşluk kayıplarını barındıran enerjik menzilden çok daha büyüktür.

Gönderilen işaretin bant genişliği bir FMSD-radarının (sözde Chirp radarda olduğu gibi) menzil çözünürlük yeteneği için belirleyici bir etmendir. Bu değer, basitçe gönderilen işaretin alt ve üst sınır frekansları arasındaki farktır. Bununla beraber Hızlı Fourier Dönüşümünün (Fast Fourier Transform, FFT) teknik imkânları zamansal kısıtlamalar nedeniyle (ilaveten testere dişi biçimli işaretin Τ süresi ile) sınırlıdır. Bununla beraber, bir FMSD-radarında çözünürlük yeteneği, bu zamansal sınırlar içerisinde meydana gelen frekans değişikliği ile belirlenir.

ΔfFFT = 1 = δ(f) Formülde: ΔfFFT = Ölçülebilir en küçük frekans farkı
δ(f)/δ(t) = Frekans kaymasının dikliği
fÜ = Üst sınır frekansı
fA = Alt sınır frekansı
(2)
Τ δ(t)·(fÜ − fA)
 

Testere dişli darbe süresinin tersi alınarak bir mümkün olabilecek en küçük algılanabilir frekans değeri elde edilir. Bu değer (1) nolu formüle |Δf | olarak girilerek FMSD-radarının menzil çözünürlük yeteneği hesaplanır.

Bu sonuç, bir fark frekansını ölçmek için Resim.1 deki kırmızı renkli gönderim işareti ile yeşil renkli yankı işaretinin biniştiği bölgenin zorunlu olarak geriye kalan kısmında elde edilir. Genellikle göndericinin gücünün yetersiz kalması nedeniyle bu menzil ölçüm değerlerine hiç ulaşılamaz. Böylece bir fark frekansı ölçümü için daima yeterli bir zaman kalır.

Eğer, göndericinin modülasyonundaki en büyük frekans kayması 250 MHz ise, frekans tırmanmasının bu 4 ns lik zaman gecikmesi ile 1 kHz lik fark frekansı meydana gelir. Bu, 0,6 m lik bir menzil çözünürlüğü demektir.

Bu örnek FMSD-radarının üstünlüğünü belirgin bir şekilde göstermektedir: Aynı 4 ns lik süreyi ölçebilen bir darbe radarı çok karmaşık ve masraflı bir teknolojiyi gerektirir. Buna karşılık, 1 kHz lik bir frekans farkının, bu frekansın ses bandında olması nedeniyle ölçülmesi çok daha basittir.

Gönderici bant genişliği (keza frekansın yükselme bölgesi |Δf |) 1 MHz ila yaklaşık 390 MHz arasında değişebilir. Üst sınır genellikle yerel yönetimlerce sınırlanır. Örneğin Avrupa ISM-bandının (24 GHz – 24,25 GHz) bant genişliği sadece 250 MHz dir. Bant genişliği arttıkça menzil çözünürlüğü de iyileşir ve ekrandaki işaretler daha iyi izlenebilir. Bir FMSD-radarı genellikle değişik 256 ya da 512 frekansı tanıyabildiğinden, eşzamanlı algılanabilir en büyük menzil değeri azalır. Aşağıdaki çizelgede bu ilişkiler yer almaktadır:

Bant genişliği Menzil
çözünürlüğü
En büyük
menzil
Yaklaşık
gerekli
gönderim
gücü
Örnekler
400 kHz 4 000 m 120 km 1,4 kW 76N6 (“Clam Shell”)
50 … 500 kHz 1 500 … 100 m 15 … 250 km 30 W OTH oşinografi radarı WERA
1 MHz 150 m 75 km 1,4 … 4 kW Magnetronlu küçük gemi radarı
2 MHz 75 m 37,5 km    
10 MHz 5 m 7,500 m    
50 MHz 3 m 500 m 4 mW DPR-886
65 MHz 2.5 m 1 200 m 100 mW Broadband Radar™
250 MHz 0.6 m 500 m 4 mW Skyradar Basic II
8 GHz 3.5 cm 9 m 4 mW Skyradar PRO

Çizelge 1: Gönderici bant genişliği ile diğer parametreler arasındaki ilişki

Herhangi bir radarda olduğu gibi keza FMSD-radarında da açısal çözünürlük değeri kullanılan antenin yönlülüğüne (yarı güç değerine) bağlıdır.

Modülasyon desenleri

Testere dişi biçimli
Üçgen biçimli
Dikdörtgen biçimli
Merdiven basamağı biçimli

Resim 2: Bir FMSD-radarında sık kullanılan modülasyon türleri

Testere dişi biçimli
Üçgen biçimli
Dikdörtgen biçimli
Merdiven basamağı biçimli

Resim 2: Bir FMSD-radarında sık kullanılan modülasyon türleri

Değişik ölçüm amacına uygun modülasyon desenleri (pattern):

Testere biçimli doğrusal frekans değişimi

Testere biçimli doğrusal frekans değişimi sırasında (Resim.1 e bakınız) yankı işareti yürütme zamanı (örneğin resimdeki zaman ekseninde olduğu gibi) sağa doğru kadar kaymıştır. Böylece güncel gönderim frekansı ile gecikmiş yankı işareti arasında bir frekans farkı meydana gelir, bu fark yansıtıcı nesnenin menzilinin bir ölçütüdür. Bu fark frekansı „Vuru Frekansı (Beat Frequency)“ olarakta adlandırılır. Meydana gelen Doppler frekansı tüm yankı işaretinin frekansını hedef radar yaklaşırken yukarıya ya da hedef radardan uzaklaşırken aşağıya doğru kaydırır.

Bu modülasyon biçiminde alıcının, menzile ölçüt olan frekansla, radyal hıza ölçüt olan frekansı ayırt etmesi mümkün değildir. Doppler frekansının menzil hesaplanmasına ne yazık ki sadece bir ölçüm hatası gibi katkısı olur. Bir en uygun frekans sapması seçerken, başlangıçtan itibaren, beklenen Doppler frekanslarının, çözünürlük yeteneğinden mümkün olabildiği kadar daha küçük olması ya da en azından ölçüm hatasının olabildiğince küçük kalması dikkate alınmalıdır.

Gönderim işareti
Alım işareti

Resim 3: Üçgen biçimli modülasyonda ilişkiler

Gönderim işareti
Alım işareti

Resim 3: Üçgen biçimli modülasyonda ilişkiler

Deniz yöngüdüm radarları bu duruma bir örnek olarak gösterilebilir: Kıyıya yakın bölgelerde deniz taşıtları birbirlerine göre en fazla 10 m/sn gibi sınırlı bir hızla seyrederler. Böyle bir hızda seyreden gemilerde kullanılan, genellikle X-bandında çalışan, radarlarda beklenen Doppler frekansı en fazla 666 Hz olur. Eğer radar işaret işlenmesinde kullanılan çözünürlük metre başına kilohertz bölgesi içinde kalıyorsa, o zaman bu Doppler frekansı ihmal edilebilir. Bir havaalanında bir FMSD-deniz yöngüdüm radarının çalıştırılması durumunda, bu deniz radarı, buradaki kalkış- ve iniş hızları 200 m/sn yi bulan uçakları, uçakların iniş/kalkışları sırasındaki Doppler frekansından kaynaklanan hatanın ölçülen uzaklıktan daha büyük olması nedeniyle hiç göremeyecektir. Çünkü hedef işaretleri teorik olarak bir negatif uzaklıkta olmalıdır, yani ekranda daha saptırma (sweep) başlamadan önce görülmesi anlamına gelir.

Üçgen biçimli frekans değişimi
Gönderilen işaret
Alınan işaret

Resim 3: Üçgen biçimli modülasyonda ilişkiler

Bir üçgen biçimli frekans değişiminde menzil ölçümü işaretin hem yükselen hem de düşen kenarında yapılabilir. Resim.3 te görüldüğü gibi yürütme zamanına bağlı olarak bir yankı işareti, o anki gönderim işaretine göre sağa doğru kayacaktır. Bir Doppler frekansının var olmaması durumunda Δf frekans farkı değeri hem yükselen, hem de inen kenarda aynı olur.

Bir Doppler frekansı Resim.3 teki yeşil renkli yankı işaretini yukarı doğru kaydırır. Yükselen kenardaki fark frekansı Δf ve Doppler frekansı fD değerlerinin toplamı, düşen kenarda ise bu değerlerin farkı meydana gelir. Doppler frekansın, bir frekans kayması meydana getirmesine rağmen, her iki kenardaki ölçümlerin aritmetik ortalaması alınarak hesaplanan değer ile bir kesin menzil ölçümü yapılması mümkün olabilmektedir. Aynı zamanda bu iki ölçümden faydalanarak Doppler frekans değerini de hatasız hesaplamak mümkündür. Fark frekansların farkı Doppler frekans değerinin iki katını verir. Ancak her iki fark frekansı eş zamanlı var olmadığından bu karşılaştırma bir sayısal işaret işleme tekniğini gerektirir.

Doppler frekanstan arındırılmış menzil tayini ölçütü için f(R) frekansı ve hareket eden bir nesnenin fD Doppler frekansı aşağıdaki formülle hesaplanır:

f (R) = Δf1 + Δf2
Formülde:
f (R) = Menzil tayininin bir ölçütü olarak frekans
fD = Hız ölçümünün bir ölçütü olarak Doppler frekansı
Δf1 = Yükselen kenardaki frekans farkı
Δf2 = Düşen kenardaki frekans farkı
(3),(4)
2
fD = |Δf1 - Δf2|
2
Hayalet hedefler

Resim 4: Hayalet hedefler, grafiksel çözüm

Hayalet hedefler

Resim 4: Hayalet hedefler, grafiksel çözüm

Formül (1) e f (R) frekansı girilerek kesin menzil hesaplanabilir.

Bu yöntemin, birden fazla sayıda yansıtıcı nesne olması durumunda, ölçülen Doppler frekanslarının hangi nesneyle ilişkilendirileceği gibi bir sakıncası bulunmaktadır. Hatalı Doppler frekansının, hatalı bir menzildeki hedefle eşleştirilmesi sonucu hayalet hedefler ortaya çıkabilir. Resim.4 de bir grafik çözüm gösterilmektedir. Birinci hedefin konumu [-δf1]1 + fD ve [+δf2]1 - fD işlevlerinden elde edilir. Her iki hattın kesiştiği nokta 1. hedefin konumunu verir. İkinci bir hedef eklendiğinde ([……]2) her iki hat çifti dört noktada kesişir, bunlardan ikisi hayalet hedeftir. Bu hayalet hedeflerin konumu modülasyon biçiminin yükselen ve inen kenarlarının dikliğine bağlıdır. Böylece ölçüm çevrimlerinde farklı kenar eğimleri kullanarak problem çözülebilir. Resimde her iki ölçüm çevriminde de yalnızca koordinatları aynı olanlar hedefler gösterilmiştir.

1. Gönderim frekansı
2. Gönderim frekansı

Resim 5: Δn(φ) faz farkı, gidiş- ve geliş yolunun dalga boyunun kaç katı olduğunun bir ölçütüdür.

1. Gönderim frekansı
2. Gönderim frekansı

Resim 5: Δn(φ) faz farkı, gidiş- ve geliş yolunun dalga boyunun kaç katı olduğunun bir ölçütüdür.

Dikdörtgen dalga biçimli frekans değişimi

Bu yöntem aynı zamanda Frekans Kaydırmalı Anahtarlama (Frequency Shift Keying, FSK) tekniğini kullanan FMSD-radarı olarakta adlandırılır. Alıcı-göndericide (transceiver) bir dikdörtgen dalga biçimli gerilim, iki farklı gönderim frekansında sırayla anahtarlanır. Alıcı- göndericinin çıkış işaretlerini işlemek için iki temel prensip mümkündür. Bunlardan ilki frekans değişiminin süresini ölçümüdür. Alıcı- göndericinin çıkışında zarf eğrisi darbe biçimli olan bir işaret oluşur. Bu darbenin süresi ise menzilin ölçütüdür. Ancak bu, darbe radarında olduğu gibi, bir saf zaman ölçümüdür ve bu nedenle ya tam doğru değildir ya da teknolojisi oldukça karmaşıktır.

Bir ikinci olasılık ise, her iki gönderim frekansı için yankı işaretlerinin faz açılarını karşılaştırmaktır. Radar, darbenin tepesinde 1. gönderim frekansında, dibinde ise 2. gönderim frekansında çalışır. Bu süreler içinde radar SD-radar yönteminde olduğu gibi milisaniye bölgesinde çalışır. Aşağıya Doğru Karıştırıcı (down converter) çıkışında (blok şemasına bkz.) yankı işareti ile buna ait gönderim işareti arasındaki faz farkının ölçütü olan bir doğru gerilim meydana gelir. Farklı gönderim frekanslarına ait her iki yankı işaretinin arasındaki faz farkı (teknik olarak: karıştırıcı çıkışındaki gerilim farkı) menzilin bir ölçütüdür. Yine, her iki yankı işareti burada eşzamanlı olarak bulunmazlar, yani bir belleğe kaydedilmeleri gerekir.

Sinüs geriliminin periyodik oluşu nedeniyle, her iki gönderim işaretinin frekans farkının dalga boyunun yarısı ile elde edilen bu yöntemle yapılabilecek bir menzil ölçümünün güvenilirliği sınırlıdır. 20 MHz lik bir frekans farkıyla ölçülebilecek doğru menzil ancak 15 m olur. Düşürücü karıştırıcı katında sadece bir adet faz açısı ölçülebildiğinden, yakın bölgede bulunan birden fazla sayıdaki hedefler birbirinden ayırt edilemezler. Böyle fazla sayıda hedefin bulunması durumunda, çıkış işaretleri birbirine binişirler ve en kuvvetli hedefe ait işaretin baskın olduğu tek bir çıkış işareti oluştururlar.

Her iki değerlendirme yönteminin (süresel ve fazsal) eşzamanlı kullanılması durumunda zamansal değerlendirme ile ancak bir kaba menzil tahmini yapılabilir. Faz değerlendirmesi ile ölçüm yönteminde kesin sonuca, zaman ölçümüyle elde edilen menzile yeterince yakın olana kadar dalga boyunun tam katları eklenerek ulaşılır. Böylece sadece faz farkı yöntemiyle ile güvenilir olmayan bir menzil ölçümü yapmaktan sakınılır.

Merdiven basamağı biçimli frekans değişimi

Dikdörtgen dalga biçimli modülasyonda olduğu gibi, bu modülasyonda da benzeri üstünlükler ve sakıncalar bulunmaktadır. Ancak, FMSD-radarı şimdi birbiri ardına tekrarlanan birden fazla sayıda frekansla çalışmaktadır. Her frekansın faz açısı ayrı ayrı ölçülür. Bununla beraber, menzil belirsizliklerini ortaya çıkarmak için birden fazla sayıda frekans arasındaki faz ilişkilerinin tekrarlanmak zorunda kalınması nedeniyle hatasız ölçülebilen menzil sınırı bir hayli genişler.

Çok ilginçtir ki; bu yöntemde yankı işaretinde, yansıtıcı nesne yüzeyinde pürüz gibi engebeler varsa, buralardan kaynaklanan alt frekansın bileşenlerinin yankıları da gözlemlenebilir. Bu ölçüm yöntemi interferometrinin bir dalıdır.

Bir FMSD-radarının blok şeması

Alıcı-verici
Bir mikroişlemcili devrenin bölümleri

Resim 6: Bir FMSD-radarının blok şeması

Alıcı-gönderici
Bir mikroişlemcili baskılı devrenin bölümü

Resim 6: Bir FMSD-radarının blok şeması (Etkileşimli resim)

Bir FMSD-radarı esas olarak alıcı-gönderici ve mikroişlemci denetimli bir kontrol ünitesinden meydana gelir. Alıcı-verici bir toplu modüldür ve genellikle ayrı bir alıcı- ve gönderici anteni gibi çalışan tümleşik bir yama anteni (patch antenna) ile donatılmıştır. Gerilim kontrollü osilatör tarafından üretilen yüksek frekanslı işaret gönderici antene ya doğrudan, ya da gücü ilaveten yükseltilerek iletilir. Yüksek frekanslı işaretin bir bölümü kapılır (coupled) ve karıştırıcıya beslenir, burada alınan ve yükseltilen yankı işareti ile karıştırılarak temel frekans bandına indirilir.

Kontrol devresinin bulunduğu baskılı devrede alıcı-göndericiyi denetleyen bir mikroişlemci bulunur. Yankı işareti, bu devrede sayısal formata dönüştürülerek bir bilgisayara (genellikle bir USB üzerinden) aktarılabilir. Kontrol gerilimi bir sayısal-analog dönüştürücüden geçirilerek frekans kontrol devresine beslenir. Karıştırıcının çıkış gerilimi sayısallaştırılır.

Tek bir antenin eşzamanlı hem gönderici hem de alıcı olarak kullanılması durumunda, gönderici- ve alıcı hatlarının birbirinden ayrılması için bir ferrit sirkülatör kullanılması gerekir. Günümüzde kullanılan yama antenler gönderim- ve alım için ayrı ayrı kullanıldığından, bir ferrit sirkülatöre gerek kalmamakta ve bu sayede maliyetler azalmaktadır. Gönderim ve alım antenleri bir anten dizisi halinde, doğrudan bir baskılı devrenin farklı iki alt katmanına (layer) yerleştirilir. Bu iki antenin polarizasyon yönü birbirine göre 180° kaydırılmıştır. İki antenin birbirini doğrudan pozitif geri beslemesiyle oluşan „çapraz-karışma“ (crosstalk) etkisi sıkça bir ilave ekranlayıcı plaka konularak azaltılır. Ölçüm, gönderilen ve alınan işaretlerin frekanslarının farkı alınarak yapıldığından, doğrudan bağlaşım sonucunda meydana gelen bu işaret, frekansının aynı olması (ya da çok az bir fark bulunması) nedeniyle bastırılabilir.

Bir saf FMSD-radarı uygulamasında yalnızca Doppler frekans işlenir. Eğer 360 km/saat gibi bir hız algılanmak isteniyorsa, bunun için gerekli en büyük frekans değeri 16,5 kHz dir. Bu frekans değeri için K-bandında (yaklaşık 24 GHz) çalışan bir FMSD-radar sensörü yeterlidir. Burada kullanılan mikroişlemci ev bilgisayarlarındaki ses kartında kullanılan ve yüksek sayıda üretilen sıradan bir stereo ses işlemcisidir. Hatta Frekans Kaydırmalı Anahtarlama yönteminde (dikdörtgen dalga modülasyon biçimi) bu tür işlemci koşullu olarak halâ kullanılabilir.

Buna karşılık, FMSD-radar uygulamalarında menzil ölçümü için göndericinin frekans kaymalarının neredeyse tamamı alıcıda işlenebilmelidir. Böylece alım işaretinde 250 MHz e kadar frekanslar beklenir. Bunun, bir sonraki yükseltici katının bant genişliğine ve analog-sayısal dönüştürücü için gerekli örnekleme frekansına ciddi bir etkisi vardır. Bu nedenle bir FMSD-radarının işaret işlemci baskılı devresinin maliyeti bir SD-radarında kullanılana göre çok fazla fazladır.

Piyasada halen bir radar aygıtının “Front-End” bölümü olarak adlandırılan, tümleşik yama antenli komple alıcı-göndericiye sahip, uygun fiyatlı çok sayıda FMSD-radar modülü ya da FMSD sensörü bulunmaktadır. Bu modülün nüvesi genellikle Silicon Radar firmasının üretimi olan, çıkış gücü 6 dBm yi bulabilen MMIC teknolojisi ile üretilmiş TRX_024_xx (veri sayfasına bkz.) yongasıdır. Bu yonga K-bandında çalışır (24,0 … 24,25 GHz) ve hız ve menzil ölçümlerinde bir sensör olarak kullanılabilir. Modülasyon veya bir frekans değişimi kontrol gerilimine bağlıdır ve bir harici devreye bağlıdır. Bu kontrol gerilimi ya sabit bir gerilimdir (o zaman SD-radarının bir modülü olarak çalışır) ya da ve ya da işlemci kontrollüdür ve bir sayısal -analog dönüştürücünün çıkış gerilimine dayanır. Doğrudan karıştırıcının çıkışı genellikle I ve Q-işaretleridir ve analog-sayısal dönüştürücüye gönderilmeden önce iyice yükseltilmesi gerekir.

İmge-veren FMSD-radarı

Resim 7: Bir X-bandı FMSD-yöngüdüm radarının yamalı anten grupları

Resim 7: Bir X-bandı FMSD-yöngüdüm radarının yamalı anten grupları

Broadband-Radar™ denilen bu radar yöntemi gemi yöngüdüm radarlarında kullanılır. Burada frekans taraması (sweep) müsaade edilen en büyük menzil değerine ulaştığında durdurulur. Bu nedenle gönderim işareti daha ziyade bir darbe radarındaki darbe-içi yöntemiyle modüle edilmiş bir işaret gibidir. Bu durma olayının en büyük ölçüm menzili üzerinde doğrudan hiçbir etkisi yoktur. Ancak, bir ara bellekten çok sayıda ölçülmüş değerin okunması ve bunların bir dar bantlı hat üzerinden kayıpsız olarak ekrana aktarılması gerekir. Kendine özgü çalışma şekli nedeniyle – yankı işareti ile gönderim işaretinin frekans karşılaştırmasının tüm menzil bölgesinde yapılabilmesi – daha fazla verinin gerekmediği bir durumda bir FMSD-radarına ara ara birkaç mili saniye durmak kalmaktadır.

Bir imge veren radar menzil ölçümünü ekranın her noktasında görüntüleyebilmedir. Menzil çözünürlüğü daha ziyade bu ekranın piksel büyüklüğüne ve verileri yeterli bir hızda sağlaması gereken işaret işlemcisinin yeteneğine bağlıdır. Bu, her bir menzil farkı için en az iki piksel ayırabilen, ölçüm işaretinin tam iki pikselin arasında bir değerde kalması durumunda iki pikseli de „ışıklandıran“ ve hedefin hareket etmesi durumunda kullanılan piksel sayısı ve dolayısıyla hedef işaretinin göreli parlaklığı sabit kalan, çözünürlüğü yüksek bir ekran gerektirir.

Bir milisaniyedeki frekans sapması 65 MHz olan Broadband-Radar™ denilen radarla iyi ölçüm değerleri elde etmek mümkündür.

  • Bu nedenle yürütme zamanı sadece en fazla 500 µs lik süreyi düzgün ölçülebilir (Resim.1 e bakınız). Bu süre en büyük 75 km lik bir ölçme menziline karşılık gelir.
  • Frekansın bir milisaniyede 65 MHz lik sapması, bir nano saniyede 65 Hertzlik frekans değişikliğine denk düşer. Eğer takip eden süzgeç 1 KHz lik bir çözünürlüğe sahipse, o zaman yürütme zamanındaki 15 nano saniyelik farkları ölçmek mümkün olacaktır, bu ise 2 metrelik menzil çözünürlüğü anlamına gelir.
  • Eğer karşılaştırma devresinin işleyebildiği fark frekans değeri, basit tek-yonga-işlemcilerle (single-chip-processor) başarılabilen 2 MHz gibi bir değer ise, menzil 4000 m ye varan bir çözünürlükle ölçülebilir. (Eğer böyle bir mikroişlemci olmasaydı, o zaman bunu başarabilmek için 4000 adet süzgecin paralel bağlanması gerekecekti.)
  • Ölçümün duyarlılığı burada ölçüm yöntemine bağlı olarak yaklaşık olarak menzil çözünürlüğüne eşittir ve bu değer ilaveten ekran ölçeğinin çözünürlüğü ile sınırlanır.

Bir FMSD-radarına düşük bir teknik harcama yapılarak çok iyi bir menzil çözünürlüğü elde etmek mümkündür. Bir darbe radarının aynı çözünürlüğü elde edebilmesi için zamanı nano saniye bölgesinde ölçebilmesi gerekir. Bu, darbe radarının gönderici bant genişliğinin en az 80 MHz olması demektir ve yankı işaretinin sayısallaştırmasında 166 MHz lik bir örnekleme hızının kullanılmasını gerektirir.

İmge-vermeyen FMSD-radarı

Bir radar-altimetrenin analog göstergesi

Resim 8: Bir radar-altimetrenin analog göstergesi

Bu FMSD-radarının ölçüm sonuçları ya ibreli bir aygıtta ya da alfa-sayısal değer olarak bir ekranda görüntülenir. Yalnızca bir adet baskın nesne de ölçülebilir, bu ölçülen değerin doğruluğu santimetre bölgesine kadar da inebilir. Bu tür bir uzaklık ölçme yöntemi uçaklarda radyo-yükseklikölçerlerde (Radio- Altimeter) kullanılır.

Hatta bir ibreli analog gösterge bir FMSD-radarının radar-yüksekliğini göstermekte de kullanılabilir (Resim.8 e bkz.). Bu döner bobinli aygıt, yüksek frekanslarda çok yüksek bir endüktif empedans gösterir ve frekansa bağlı olarak ibreyi saptırır, ancak bu sapmalar (deflections) doğrusal değildir.

Kaynaklar: