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

Frekans Modülasyonlu Sürekli-Dalga Radarı (FMSD-radarı)

gönderilen sinyal
yankı

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

gönderilen sinyal
yankı

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

Frekans Modülasyonlu Sürekli-Dalga Radarı (FMSD-radarı)

FMSD-radarı (Frekans Modülasyonlu Sürekli-Dalga Radarı) [İng: Frequency-Modulated Continuous Wave radar, FMCW radar] en basit bir SD-radarında (Sürekli-Dalga radarı) [İng: Continuous Wave- Radar] olduğu gibi sürekli dalga yollayan radar sensörlerinin bir özel tipidir. SD-radarının aksine, bir FMSD-radarı ölçüm yapıldığı sırada gönderilen sinyalin çalışma frekansını periyodik olarak azaltabilir ya da arttırabilir: Yani gönderim sinyali frekansla modüle edilir. İşte frekanstaki bu değişmeler sayesinde sinyallerin gidiş geliş süreleri ölçümünde ilk defa ilave ölçüm imkânları ortaya çıktı.

SD-radarı menzil ölçümü için gerekli olan gönderim ve alım sinyali arasındaki Δt zaman farkını (ya da faz farkını) menzile dönüştürmekte kullanılmak için bir zaman işaretlemesi yapamaz. Hareket etmeyen bir nesnenin menzilinin ölçümü için gerekli böyle bir zaman referansı ancak gönderim sinyalinin frekansının modülasyonu ile elde edilebilir. Bu yöntemde frekansı periyodik olarak değişen bir sinyal yollanır. Bir yankı sinyali alınır, o zaman darbe radarında olduğu gibi bu frekans değişmesi bir Δt kadar zamansal 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- nesne arası mesafe [m]
df/dt = Birim zamandaki frekans kayması
(1)
2 2 · (df/dt)
 

Eğer frekansın değişmesi bir geniş bölgede doğrusal ise, bu bölgedeki Δf frekans kayma miktarı orantılanarak menzil basitçe hesaplanabilir. Sadece radarla yansıtıcı nesne arasındaki mesafenin değişmediği bir durumda ki frekans değişiminde artan ya da azalan fark miktarı ölçülebildiğinden çıkan menzil sonucu aynı olur.

Eğer yansıtıcı nesne gönderici/alıcı antene göre bir radyal hıza sahipse, yankı sinyalinin frekansı, o anki gönderim frekansı değerine yürütme zamanından (runtime) kaynaklanan Δf frekansı ve yansıtıcı nesnenin radyal hızından kaynaklanan fD Doppler frekans eklenerek hesaplanır. Radar her bir hareket ve doğrusal modülasyonun yönüne bağlı olarak, menzil bilgisini içeren frekans farkı ile hız bilgisini içeren Doppler frekansın toplam ya da fark değerlerini ölçer. Eğer yankının geldiği nesne radara doğru hareket ediyorsa o zaman yankı sinyalinin frekansı Doppler frekansı fD kadar azalır. Eğer ölçüm Resim.1 de görüldüğü gibi kırmızı renkli bir testere dişli bir gönderim sinyali ile yapılıyorsa, alınan yeşil renkli yankı sinyali geçen süre nedeniyle sadece sağa doğru değil, aynı zamanda Doppler frekansı miktarı kadar aşağıya da kayar. Ölçülen fark frekansı Δf geçen süreye uygun olarak Doppler frekansı fD kadar daha büyük olmalıdır. Eğer ölçüm Resim.3 de gösterildiği gibi bir testere dişi dalganın düşen kenarında yapılıyorsa geçen süreden kaynaklanan Δf fark frekansından bu sefer fD Doppler frekansının düşülmesi gerekir.

Menzil ve Çözünürlük Yeteneği

Birim zamandaki frekans kaymasının uygun seçimi ile radarın çözünürlük yeteneği ve frekans yükselme süresi ile mümkün en büyük ölçüm menzili belirlenebilir. Doğrusal frekansın yükselme süresi güvenilir bir ölçümün yapılabileceği en büyük menzil değerini belirler. Sinyalin doğrusal tırmandığı kenardaki diklik değeri (slope at the rising edge) çözünürlük yeteneğini ve menzil ölçüm hassasiyetini tayin edici bir etmendir. Yükselmenin doğrusal tırmanması çözünürlük yeteneğini ve menzil ölçümünün hassasiyetini belirler. Frekans kaymasının en büyük değeri ve dikliği teknik olarak gerçekleştirilen her bir devre için farklı olabilir.

Mümkün olabilecek en büyük menzili yankı sinyalinin gönderim sinyali ile gerekli geçici örtüşme zamanı (overlapping time) belirler. Bu menzil değeri genellikle radar denkleminin verdiği, içinde boşluk kayıplarını barındıran menzilden (enerjik menzilden) çok daha büyüktür.

Gönderilen sinyalin bant genişliği bir FMSD-radarının (sözde Chirp radarda olduğu gibi) menzil çözünürlük yeteneği için belirleyici bir etmendir. Bu değer, basitçe gönderilen sinyalin alt ve üst sınır frekansları arasındaki farktır. Bununla beraber Hızlı Fourier Dönüşümünün teknik imkânları zamansal sınırlar (keza testere dişi biçimli sinyalin süresi Τ ) nedeniyle kısıtlanmıştır. Diğer taraftan bir FMSD- radarının çözünürlük yeteneği bu zamansal sınırlar içerisinde meydana gelen frekans değişikliğine bağlıdır.

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 dişili 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.

Örneğin, 1 ms nin üzerinde bir doğrusal frekans tırmanmasına sahip bir radarın teorik kesin (hatasız) anlık en büyük ölçme menzili 150 km den daha azdır. Bu sonuç bir fark frekansını ölçmek için gönderim sinyalinin (Resim.1 e bakınız) gerekli kısmından geriye kalanın yankı sinyaliyle binişmesi (overlapping)) ile 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 gerekir. Buna karşılık, 1 kHz lik bir frekans farkının, bu frekansın ses bandında olması nedeniyle ölçülmesi çok daha basittir.

Gönderici bant genişliği (keza frekans yükselme bölgesi |Δf |) 1 MHz ve yaklaşık 390 MHz arasında değişebilir. (Üst sınır genellikle mahalli idareler tarafından sınırlanmıştır. Örneğin Avrupa ISM-bandının (24 GHz – 24,25 GHz) bant genişliği sadece 250 MHz dir.) Bant genişliği arttıkça menzil çözünürlüğü iyileşir ve ekrandaki işaretler daha iyi izlenebilir. Bir FMSD-radarı genellikle 256 ya da 512 değişik frekansı tanıyabildiğinden eşzamanlı olarak 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 deseni

Testere dişi biçimli
Üçgen biçimli
Dikdörtgen biçimli
Merdiven basamağı biçimli

Resim 2: Bir Frekans Modülasyonlu Sürekli-Dalga Radarında çok rastlanan modülasyon türleri

Testere dişi biçimli
Üçgen biçimli
Dikdörtgen biçimli
Merdiven basamağı biçimli

Resim 2: Bir Frekans Modülasyonlu Sürekli-Dalga Radarında çok rastlanan modülasyon türleri

Değişik ölçüm amaçlarına yönelik olarak birden daha fazla sayıda modülasyon deseni (pattern) mümkündür:

Testere biçimli doğrusal frekans değişimi

Testere biçimli doğrusal frekans değişimi sırasında (Resim.1 e bakınız) yankı sinyali geçen süre ile zamansal olarak kayar (örneğin resimdeki gibi sağa doğru). Böylece güncel gönderim frekansı ile gecikmiş yankı sinyali arasında bir frekans farkı meydana gelir, bu fark yansıtıcı nesnenin menzilinin bir ölçütüdür. Bu fark frekansı „Vurum Frekansı (Beat Frequency)“ olarak adlandırılır. Meydana gelen Doppler frekansı tüm yankı sinyalinin frekansını hedef radar yaklaşırken yukarıya veya hedef radardan uzaklaşırken aşağıya doğru kaydırır.

Bu modülasyon biçiminde alıcının bu iki frekansı ayırt etmesi mümkün değildir. Doppler frekansının menzil hesaplanmasına ne yazık ki sadece bir ölçüm hatası gibi katkısı olur. Testere dişi biçimi modülasyon ile en başından en uygun bir duruma getirilerek Doppler frekansından kaynaklanan hatanın ölçülen menzil üzerinde önemli bir etki yapmaması sağlanır.

Gönderilen sinyal
Alınan sinyal

Resim 3: Üçgen biçimli modülasyonda ilişkiler

Gönderilen sinyal
Alınan sinyal

Resim 3: Üçgen biçimli modülasyonda ilişkiler

Deniz yöngüdüm radarları bu duruma bir örnek olarak gösterilebilir: Kıyıya yakın bölgelerde deniz taşıtları birbirlerine göre en fazla saniyede 10 m gibi sınırlı bir hızla seyrederler. Bu gemilerde kullanılan radarlar genellikle X-bandında çalışırlar ve bu durumda bu radarlarda beklenen Doppler frekansı en fazla 666 Hz dir. Eğer radar sinyal işlenmesinde metre başına kilohertz bölgesi içinde bir çözünürlük kullanılıyorsa, o zaman bu Doppler frekansı ihmal edilebilir. Bir havaalanında bir FMSD- deniz yöngüdüm radarının çalıştırılması halinde bu radar buradaki kalkış- ve iniş hızları 200 m/s yi bulan uçakları hiç göremeyecektir. Çünkü uçağın inişi sırasındaki Doppler frekansından kaynaklanan hata ölçülen mesafeden daha büyük olabilir. Hedef işaretleri teorik olarak bir negatif mesafede olmalıdır, yani ekranda saptırma (sweep) başlamadan önce gözükecektir.

Üçgen biçimli frekans değişimi
Gönderilen sinyal
Alınan sinyal

Resim 3: Üçgen biçimli modülasyonda ilişkiler

Bir üçgen biçimli frekans değişiminde menzil ölçümü sinyalin hem yükselen hem de düşen kenarında yapılabilir. Resim.3 te görüldüğü gibi geçen süreye bağlı olarak bir yankı sinyali o anki gönderim sinyaline 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 sinyalini yukarı doğru kaydırır. Yükselen kenardaki fark frekansı Δf ve Doppler frekansı fD değerlerinin toplamı, düşen kenarda ise bu değerlerin farkı alınır. Doppler frekansın bir frekans kaymasına sebep olmasına rağmen, her iki kenardaki ölçümlerin aritmetik ortalaması alınarak hesaplanan bu değer ile bir hassas menzil ölçümü yapılması mümkün olabilmektedir. Aynı zamanda bu iki ölçümden faydalanarak Doppler frekans değerini de hassas bir şekilde hesaplamak mümkündür. Fark frekansların farkı Doppler frekans değerinin iki katını verir. Ancak her iki fark frekansı eş zamanlı var olmadığından bu karşılaştırma bir sayısal sinyal işleme tekniğini gerektirir.

Menzil tayini için Doppler frekans-ayarlı frekans ve hareket eden bir nesnenin 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 menzil kesinlikle hesaplanabilir.

Bu yöntemin birden fazla sayıda yansıtıcı nesne olması durumunda ölçülen bu 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 fonksiyonlarından 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. Bu nedenle ölçüm çevrimlerinde farklı kenar eğimleri kullanarak problem çözülebilir: Yalnızca bu hedefler için resimde her iki ölçüm çevriminde koordinatları aynı konumda olanlar gösterilmiştir.

1. Gönderim frekansı
2. Gönderim frekansı

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

1. Gönderim frekansı
2. Gönderim frekansı

Resim 5: Δn(φ) faz farkı, dalga boyunun gidiş ve geliş yolunun uzunluğunun 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-vericide bir dikdörtgen dalga biçimli gerilim iki farklı gönderim frekansında sırayla anahtarlanır. Alıcı-vericinin çıkış sinyallerini işlemek için iki ana prensip mümkündür. Bunlardan ilki frekans değişiminin süresini ölçümüdür. Alıcı-vericinin çıkışında zarf eğrisi darbe biçiminde olan bir sinyal oluşur. Bu darbenin süresi ise menzilin ölçütüdür. Darbe radarında olduğu gibi bu ölçüm zaman esaslıdır ve bu nedenle ya hassas değildir ya da teknolojisi oldukça karmaşıktır.

Bir ikinci imkân ise her iki frekanstaki yankı sinyallerinin faz açısını karşılaştırmaktır. Darbenin tepesinde radar 1. gönderim frekansında, dibinde iken 2. gönderim frekansında çalışır. Bu süreler içinde radar SD- radar yönteminde olduğu gibi milisaniye bölgesinde çalışır. Alt karıştırıcının çıkışında (blok şemasına bkz.) yankı sinyali ile buna ait gönderim sinyali arasındaki faz farkının bir ölçütü olan bir doğru gerilim oluşur. Farklı gönderim frekansların ait (teknik olarak: karıştırıcının çıkışındaki gerilim farkı) bu iki yankı sinyalinin arasındaki faz farkı, menzilin bir ölçütüdür. Ancak burada her iki yankı sinyali eşzamanlı olarak bulunmazlar, yani bir belleğe kaydedilmeleri gerekir.

Sinüs geriliminin periyodik oluşu nedeniyle, her iki gönderim sinyalinin 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 dir. Düşürücü karıştırıcı katında sadece bir faz açısı ölçülebildiğinden yakın bölgede bulunan birden fazla sayıda hedefler birbirinden ayırt edilemezler. Fazla sayıda hedefin bulunması halinde çıkış sinyalleri birbirine binişerek tek bir sinyal oluştururlar. Baskın sinyal en kuvvetli hedefinkidir.

Her iki değerlendirme yönteminin (süresel ve fazsal) eşzamanlı kullanılması durumunda zamansal değerlendirme ile ancak bir kaba menzil tahmini yapılabilir. Faz değerlendirmesinin kesin sonucu zaman ölçümünden elde edilen menzile yeterince yakın olana kadar tam dalga boyuna eklenir. Böylece faz farkı yöntemiyle ile güvenilir olmayan bir en büyük menzil ölçümü yapmaktan kaçınılır.

Merdiven basamağı biçimli frekans değişimi

Kare dalga biçimli modülasyonda olduğu gibi, bu modülasyonda da aynı üstünlükler ve sakıncalar geçerlidir. Bununla beraber FMSD-radarı birbiri ardına tekrarlanan birden fazla sayıda frekanslarla çalışmaktadır. Her bir frekansın faz açısı ölçülür. Bununla beraber güvenle ölçülebilen menzil sınırı bir hayli artar, ancak belirsizlikleri ortaya çıkarmak için birden fazla sayıda frekans arasındaki faz ilişkisi tekrarlanmak zorunda kalınır.

Çok ilginçtir ki; bu yöntemle yansıtıcı nesne yüzeyindeki düzensizlikler frekansın alt bileşenleriyle gözlemlenebilir. Bu ölçüm yöntemi interferometrinin bir dalıdır.

Bir FMSD-radarının blok şeması

Alıcı-verici
Bir mikroişlemcili devrenin bölümleri

Resim 6: Bir FMSD radarın blok şeması

Alıcı-verici
Bir mikroişlemcili devrenin bölümleri

Resim 6: Bir FMSD radarın blok şeması (Etkileşimli resim)

Bir FMSD-radarı esas olarak alıcı-verici ve mikroişlemci denetimli bir kontrol ünitesinden meydana gelir. Alıcı-verici bir toplu modüldür ve genellikle ayrı bir alıcı- ve gönderici anten gibi çalışan bir yama anteni (patch) ihtiva eder. Gerilim kontrollü osilatör tarafından üretilen yüksek frekanslı sinyal gönderici antene ya doğrudan ya da gücü ilaveten yükseltilerek iletilir. Yüksek frekansın bir bölümü kapılır ve alınan ve yükseltilen yankı sinyalini temel frekans banda düşüren karıştırıcıya beslenir.

Kontrol devresinin bulunduğu baskılı devrede alıcı-vericiyi denetleyen bir mikroişlemci bulunur. Yankı sinyali bu devrede sayısal formata dönüştürülerek bir bilgisayara (genellikle bir USB üzerinden) aktarılabilir. Kontrol gerilimi bir sayısal-analog dönüştürücüden geçirilerek frekans kontrol devresine beslenir. Karıştırıcıların 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 antenlerin gönderim- ve alım hattı için ayrı ayrı kullanılması maliyetleri düşürmektedir. Baskılı devrenin bir ortak alt katmanında gönderim ve alım antenleri bir anten dizisi halinde doğrudan birbiri üzerine bindirilir. Bu iki antenin polarizasyon yönü birbirine göre 180° kaydırılmıştır. İki antenin birbirini doğrudan pozitif beslemesiyle oluşan „çapraz-karışma“ (crosstalk) etkisi bir ekranlayıcı plaka konularak azaltılabilir. Ölçüm, gönderilen ve alınan sinyallerin frekanslarının farkı alınarak yapıldığından, doğrudan bağlaşım ile kapılan bu sinyal, frekansın aynı olması (ya da çok az bir fark bulunması) nedeniyle bastırılır.

Bir saf SD-radarı uygulamasında yalnızca Doppler frekans işlenmelidir. 360 km/h gibi bir uçuş hızı algılanmak isteniyorsa bunun için gerekli en büyük frekans değeri olan 16,5 kHz, K-bandında (yaklaşık 24 GHz) çalışan bir FMSD-radar sensöründe kapsanır. Burada kullanılan mikroişlemci ev bilgisayarlarındaki ses kartında kullanılan ve yüksek sayıda üretilen sıradan bir stereo ses işlemcisidir. Hatta Frekans Kaydırmalı Anahtarlama yönteminde de (dikdörtgen dalga modülasyon) bu tür işlemci halâ kullanılmaktadır.

Bunun aksine, bir FMSD-radarı uygulamasındaki alıcı aygıtı menzil ölçümü için göndericiye ait tüm frekans kaymalarını işleyebilmelidir. Alınan sinyaldeki frekansların 250 MHz e kadar olması 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 sinyal 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-vericiye 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.) modülüdür. Bu yonga K-bandında çalışır (24,0 … 24,25 GHz) ve hız ve menzil ölçümlerinde bir sensör olarak kullanılabilir. Modülasyon, benzeri şekilde bir harici devreden beslenen kontrol gerilimine bağlıdır. Bu devre bir harici devreye bağlıdır. Bu, kontrol gerilimi ya sabit bir gerilimdir (yani SD-radarının bir modülü olarak çalışır) ya da bir sayısal-analog dönüştürücünün çıkış gerilimi tarafından denetlenir. Doğrudan karıştırıcının çıkışı genellikle I ve Q-sinyalleridir 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 yöntem denizcilikteki yöngüdüm radarlarında kullanılır. Burada frekans taraması (sweep) müsaade edilen en büyük menzil değerine ulaştığında durdurulur. Bu nedenle gönderim sinyali daha ziyade bir darbe radarındaki intra-darbe yöntemiyle modüle edilmiş bir sinyal gibidir. Buradaki duruşun 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 şekilde ekrana aktarılması gerekir. Kendine özgü çalışma şekli nedeniyle – yankı sinyali ile gönderim sinyalinin frekans karşılaştırmasının tüm menzil bölgesinde yapılabildiği – daha fazla verinin gerekmediği 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 boyutuna ve veriyi yeterli bir hızda sağlaması gereken sinyal işlemcisinin yeteneğine bağlıdır. Her bir menzil farkı için en az iki piksel ayırabilen, ölçüm sinyalinin 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.)
  • Ölçüm hassasiyeti burada ölçüm yöntemine bağlı olarak yaklaşık olarak menzil çözünürlüğüne eşittir ve bu değeri ilaveten ekran ölçeğinin çözünürlüğü ile sınırlanır.

Bir Frekans Modüleli Sürekli Dalga 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 sinyalinin 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. Keza sadece bir adet baskın nesne ölçülebilir, ancak bu ölçülen değerin hassasiyeti santimetre mertebesine kadar inebilir. Bu tür bir uzaklık ölçme yöntemi uçaklarda yükseklikölçerlerde (radyo altimetre) kullanılır.

Hatta bir analog ibreli gösterge bile bir FMSD-radarının radar-yüksekliğini göstermekte kullanılabilir (Resim.8 e bkz.). Bu döner bobinli aygıt yüksek frekanslarda çok yüksek bir endüktif empedans gösterir ve frekansa bağlı olarak doğrusal olmayan sapmalar (deflections) yapar.

Kaynaklar: