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Massima distanza non ambigua

Figura 1: L'eco di un periodo di impulso precedente viene visualizzato ad una distanza errata.

Figura 1: L'eco di un periodo di impulso precedente viene visualizzato ad una distanza errata.

Figura 1: L'eco di un periodo di impulso precedente viene visualizzato ad una distanza errata.

Massima distanza non ambigua

La massima distanza non ambigua (Rmax) è per un radar a impulsi la massima distanza di misura possibile per un segnale eco che può essere misurato nel tempo fra due impulsi di trasmissione. La massima distanza non ambigua di un'unità radar non si basa solo sul valore dell'equazione radar, determinato dall'energia, ma anche sulla durata del tempo di ricezione. Deve essere previsto un tempo sufficiente per la ricezione di segnali eco ritardati dal tempo di propagazione.

Esiste una relazione fissa tra la frequenza di ripetizione fp, il suo valore reciproco (il periodo di ripetizione dell'impulso T, o PRT) e la massima distanza non ambigua Rmax. Se si considera un singolo impulso trasmesso che viene emesso dal radar, riflesso su un riflettore e ricevuto nuovamente, esistono le seguenti possibilità per il tempo di transito misurato t:

Nella Figura 1 gli impulsi emessi vengono riflessi su un bersaglio ad una distanza di 200 km. Essi vengono ricevuti dal radar prima della trasmissione dell'impulso successivo e forniscono un valido risultato di misura. Nella stessa immagine, tuttavia, viene mostrato anche un segnale eco che viene ricevuto solo nel periodo di impulso successivo. Quindi qui l'impulso dovrebbe essere effettivamente mostrato ad una distanza di 400 km. Ma il radar non è in grado di rilevarlo, mostra un segnale eco in una distanza errata di soli 100 km.

La distanza è misurata in modo non ambiguo se è verificata la condizione:

Formula per la determinazione della portata massima (1): La portata massima R è la velocità della luce c moltiplicata per la differenza tra il periodo di ripetizione dell'impulso (PRT) e la lunghezza dell'impulso di trasmissione (PW), divisa per 2 (del tempo di viaggio per il percorso di andata e ritorno!)

(1)

  • Rmax = massima distanza non ambigua in [m]
  • c0 = velocità della luce [3·108 m/s]
  • T = periodo dell'impulso (PRT) [s]
  • τ = larghezza dell'impulso di trasmissione [s]

La larghezza dell'impulso di trasmissione (τ) in questa formula si basa sul fatto che l'intera durata dell'impulso d'eco deve prima essere ricevuta per generare un carattere di destinazione. Se questo impulso di trasmissione è molto piccolo, circa 1 µs, rispetto al tempo di ricezione (più di 1000 µs), può essere ignorato. Ma alcuni radar utilizzano impulsi di trasmissione molto lunghi che vengono poi compressi nel ricevitore. Se l'impulso di trasmissione è molto piccolo rispetto al periodo dell'impulso, la formula può essere ridotta ad un valore approssimativo:

Formula per la determinazione della portata massima (2): la portata massima R è approssimativamente la velocità della luce c moltiplicata per il periodo di ripetizione dell'impulso (PRT), diviso per 2 (del tempo di andata e ritorno)

(2)

  • fp = frequenza di ripetizione dell’impulso [Hz]

Più alta è la frequenza di ripetizione dell'impulso fp, più breve è il periodo di ripetizione dell'impulso e di conseguenza il tempo di ricezione e la massima distanza non ambigua Rmax. La distanza visualizzata sull'unità di visualizzazione dovrebbe quindi superare la massima distanza di misura secondo l'equazione radar. Tuttavia, il display dell'unità di visualizzazione, la cosiddetta gamma „strumentata” del radar, dovrebbe essere terminata prima del prossimo impulso di trasmissione.

Per un radar con una frequenza di ripetizione dell'impulso di 1 000 Hz, il periodo dell'impulso come reciproco della frequenza di ripetizione dell'impulso è 1/ 1 000 = 1 ms. La massima distanza non ambigua di questo radar secondo la formula (2) è di 150 km. Se il radar riceve un segnale eco con un tempo di propagazione presunto di 100 µs, si tratta di un segnale bersaglio chiaro o ambiguo?
 
Risposta: Non si può rispondere a questa domanda in questo rapporto di causalità. Questo segnale di destinazione può essere originato da una distanza di 15 km o da un obiettivo a 165 km di distanza.
 
Solo nel caso inverso si otterrebbe un risultato chiaro: una distanza di misura da un bersaglio reale in 15 km sarebbe un risultato chiaro e avrebbe un tempo di transito di 100 µs.

Figura 2: Tasso di ripetizioni con impulso sfalsato per evitare ambiguità della misura di distanza

Figura 2: Tasso di ripetizioni con impulso sfalsato per evitare ambiguità della misura di distanza

Figura 2: Tasso di ripetizioni con impulso sfalsato per evitare ambiguità della misura di distanza

Tasso di ripetizioni con impulso sfalsato

Con un tasso di ripetizioni con impulso sfalsato, il carattere di target da un overreach non viene più visualizzato come un piccolo arco. A causa dei tempi di ricezione che cambiano costantemente da impulso a impulso, questa eco è rappresentata solo come un insieme di punti in un certo schema tipico dei dispositivi. Questa caratteristica distintiva consentirebbe all'elaborazione del segnale controllata dal processore di calcolare la distanza corretta. (Questo processo è chiamato „deconvoluzione”.)

univoco target
Oltre il massima distanza non ambigua

Figura 3: Segnale di destinazione normale (con risposta IFF) e un distanza ambigua.

univoco target
Oltre il massima distanza non ambigua

Figura 3: Segnale di destinazione normale (con risposta IFF) e un distanza ambigua.

Il bersaglio normale di un radar primario è un piccolo segmento di cerchio luminoso. Dietro di esso, la risposta leggermente più sottile del radar secondario viene spesso mostrata come un ulteriore segmento del cerchio. Accanto ad esso c'è un'eco da un overrange quando si usa una frequenza di ripetizione degli impulsi che cambia costantemente. Questo viene visualizzato come un insieme di punti strettamente distanziati.
univoco
target
Oltre il massima
distanza non ambigua

Figura 3: Segnale di destinazione normale (con risposta IFF) e un distanza ambigua.

Un semplice dispositivo di avvistamento PPI inizia di nuovo la sua deflessione al centro dello schermo ad ogni impulso di trasmissione. Quindi, se un eco da una distanza molto lunga arriva solo dopo il prossimo impulso di trasmissione, questo carattere di destinazione sarà visualizzato sul cannocchiale alla distanza sbagliata.

La Figura 3 mostra un normale carattere di target con una risposta IFF e accanto ad essa un overreach dell'IFF quando si utilizza una frequenza di ripetizione dell'impulso in continuo cambiamento. Qui, oltre al PRT sfalsato, si può anche osservare che l'IFF non utilizza ogni impulso sincrono del radar primario. (Se si verificano eccessivi superamenti dell'IFF che interferiscono, si dovrebbe tentare di ridurre la potenza di trasmissione dell'interrogatore).

Eccezioni

I più moderni radar 3D con antenna ad array di fase (come l'AN/FPS-117) non conoscono questo problema di overreach, perché qui il computer del sistema invia praticamente ogni impulso di trasmissione in una direzione diversa secondo uno schema fisso. Nel tempo morto relativamente lungo, l'antenna non è pronta a ricevere perché il suo sfasatore è in fase di riprogrammazione. Se un'eco dovesse arrivare nel seguente tempo di ricezione, il diagramma dell'antenna ha da tempo puntato in un angolo di elevazione completamente diverso.

Se il radar utilizza la modulazione intraimpulso e utilizza una modulazione diversa praticamente in ogni impulso trasmesso, la massima distanza non ambigua non ha alcun significato per il radar. Ogni segnale eco ricevuto può essere assegnato esattamente alla sua origine (l'impulso trasmesso individualmente) e quindi il tempo di transito può essere misurato su più periodi di impulso.

Le unità radar nei satelliti per il telerilevamento della terra possono però anche visualizzare i bersagli alla giusta distanza se sono effettivamente ambigui. L'altezza generale dell'orbita del satellite è nota, quindi si può misurare solo la distanza che differisce di pochi chilometri dall'altezza dell'orbita. Rispetto alla Figura 1, ciò significa che ad un'altitudine di 400 km può essere valido solo il risultato di misurazione ricevuto nel secondo periodo di impulso.