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In-phase & Quadrature Procedure

Magnitudes reales e imaginarias Magnitudes reales e imaginarias

Figura 1: Magnitudes reales e imaginarias

Procedimiento en fase y cuadratura

Si la frecuencia de FI con un convertidor A/D rápido pero sencillo ya está digitalizada, entonces tengo un valor de amplitud digital para cada celda de intervalo. Esto representa la parte real de la señal de eco compleja, pero ¿dónde queda la información de fase? Sí, con el método simple, ¡la información de fase se pierde!

Demodulación en cuadratura

Una cantidad compleja siempre consta de una parte real (verde) y una parte imaginaria (azul). Sin embargo, un convertidor analógico-digital siempre tiene en cuenta sólo la parte real que se encuentra en el eje X.

Esto no es un problema para los radares más antiguos. El blip se compone de un mínimo de 12 a 15 pulsos. Si uno o dos pulsos tienen la amplitud real de cero (por el máximo del desplazamiento de fase), la señal será visible en cualquier dirección. Pero los radares más modernos suelen utilizar la llamada tecnología monopulso. Todos los datos son el resultado de un solo pulso transmitido. Por tanto, ¡también necesitamos los datos imaginarios!

El detector síncrono proporciona una representación de la señal de FI, incluyendo fase y amplitud sin pérdida de información. Las señales de banda base en fase (I) y en fase en cuadratura (Q) se digitalizan mediante un par de convertidores A/D. El detector síncrono también se denomina receptor de canal en cuadratura, detector de cuadratura, demodulador I/Q o detector coherente.

Bien, si giro toda la construcción 90° …

 … entonces la parte imaginaria anterior está exactamente en el eje X y se puede escanear, ¡pero la parte real anterior ahora se ha caído!

Pero la cantidad del vector original se puede calcular de nuevo con la ayuda del teorema de Pitágoras a partir de estos dos resultados.

¿Y cómo se gira ahora toda la construcción 90°?

(en fase)
(cuadratura)
A
A
D
D
I-data
Q-data
fseñal
fosz

Figura 2: Diagrama de bloques del detector síncrono

(en fase)
(cuadratura)
A
A
D
D
I-data
Q-data
fseñal
fosz

Figura 2: Diagrama de bloques del detector síncrono

I+Q_phase_detector.pdf
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Figura 3: un ejemplo concreto (documentación)

Ah, es muy sencillo: la fase de la señal debe desplazarse 90°. Las dos partes analógicas de la señal deben digitalizarse. Ahora sólo tengo el doble de líneas de datos, pero el tratamiento de la señal controlado por el procesador digital me ofrece principalmente muchas más posibilidades para ello.

Los datos digitales resultantes se pueden procesar utilizando una amplia variedad de algoritmos de procesamiento digital de señales. (Los filtros digitales tienen, por ejemplo, bordes mucho más pronunciados que las construcciones analógicas …
… mediante una conversión muy temprana en señales digitales, ningún ruido puede distorsionar mis datos de la siguiente manera … etc.)

Los componentes I y Q están relacionados como

I = A cos(ϕ)
Q = A sin(ϕ)
(1)

A partir de aquí, la magnitud de la señal A y el desfase ϕ se pueden calcular como

A2= I2+Q2  
ϕ=arctan(Q/I)
(2)

Figura 3: Señal en fase (cian) y señal en cuadratura (magenta)

¿Por qué la evaluación I&Q?

Los dispositivos frontales de radar que utilizan la conversión directa descendente casi siempre ofrecen ambas salidas. Ahora bien, cabría preguntarse: si no se necesita la información de fase, bastaría con evaluar sólo una salida.

Sí, eso podría dar un resultado antes, pero de una forma muy ineficiente. De nuevo, mire la Figura 1: El puntero rojo gira bastante rápido, dependiendo de la frecuencia Doppler. Pero sólo se puede medir el tamaño del puntero verde. Sólo si el puntero rojo apunta en la misma dirección que el verde, se obtendrá una señal de salida efectiva. Con frecuencias Doppler más bajas o incluso con blancos fijos, la posición de fase cambia lentamente o no cambia en absoluto. En este caso, el puntero rojo puede permanecer en la posición perpendicular al puntero verde y el radar no puede emitir una señal de salida. Esto puede ocurrir incluso a frecuencias Doppler más altas, ya que al utilizar una frecuencia de muestreo con una tasa de frecuencia muy específica para la frecuencia Doppler, se produce una especie de efecto estroboscópico.

En el tratamiento digital, el reloj con el que funciona el convertidor analógico/digital es siempre asíncrono con respecto a la frecuencia que se desea medir. Esto puede provocar un batido, es decir, a veces hay una señal de salida muy fuerte y a veces ninguna. Ambos estados se alternan periódicamente.

Por lo tanto, sólo si se evalúan ambos canales, se puede calcular el tamaño del puntero rojo a partir de las dos señales medidas, independientemente de la dirección a la que apunte.