Radar Basics

Radar s frekvenční diverzitou

K částečnému řešení problému kolísající velikosti cíle používá mnoho radarů dvě (nebo více) osvětlovací frekvence. Frekvenční diverzity se běžně dosahuje použitím dvou vysílačů pracujících v tandemu, které osvětlují cíl dvěma různými frekvenčními signály, jak je znázorněno na obrázku níže.

Odražené signály lze v přijímači zpracovávat odděleně, aby byla zajištěna koherence. Kromě zisku 3 dB při paralelním použití dvou vysílačů zlepšuje výkon radaru i provoz na dvou oddělených frekvencích (obvykle asi o 2,8 dB).

Díky vícefrekvenčnímu přenosu je možné výrazně rozšířit dosah detekce při konstantní pravděpodobnosti detekce a míře falešných poplachů. To znamená, že pokud uvažujeme dvě radarová zařízení se stejnou pravděpodobností detekce a stejnou mírou falešných poplachů, bude mít systém se schopností vysílat na více frekvencích největší maximální dosah. Fyzikálním základem tohoto jevu je „vyhlazení” komplexních fluktuací v radarovém průřezu ozvěny. Protože se extrémní hodnoty (minima a maxima) neobjevují na různých vysílaných frekvencích ve stejnou dobu (tj. na jiném „místě” v každém vyzařovaném obrazci), opačné fázové výkyvy se vzájemně ruší.

Když vrácený signál na první frekvenci dosáhne maxima, signál na druhé frekvenci je obvykle na minimu. Součet obou signálů nezhoršuje průměrnou hodnotu amplitudy každého signálu; umožňuje získat „vyhlazený” signál s menšími amplitudovými odchylkami. Nezávislé zpracování každé frekvence na přijímacím konci umožňuje podle stejného principu zlepšit poměr „signál/šum”. Pokud je minimální úroveň odražené energie pro detekci cíle dosažena (a překročena) pouze na jedné z frekvencí, korelace obou přijatých signálů umožní potvrdit přítomnost cíle, zatímco průměrná úroveň šumu, omezená rušením fázového posunu, se nezvýší ve stejném poměru jako užitečný signál. Rozsah detekce se tak zvyšuje. Nevýhodou této techniky je, že z vojenského hlediska oba signály vytvářejí odlišná spektra, a zvyšují tak riziko detekce radaru nepřátelským odposlouchávacím zařízením.

Vícefrekvenční vysílání využívají radary pomocí jedné z následujících technik:

1. Současné vysílání několika pulzů o různých frekvencích, kterého lze v nejjednodušší formě dosáhnout použitím několika vysílačů (každý s příslušným přijímačem) pracujících společně, ale na různých frekvencích.
    
2. Vysílání řady po sobě jdoucích signálů, z nichž každý má svou vlastní frekvenci. Nosná frekvence vysílaného signálu se pak může měnit:
   • z jednoho impulsu na druhý (např. frekvenční agilita),
   • v rámci pulzu složeného z „dílčích pulzů” slepených dohromady (např. frekvenční diverzita),
   • z jedné skupiny pulzů do druhé (což je možné pouze při vysokých opakovacích frekvencích pulzů)..
   Používají se také kombinace několika metod.

Například radar řízení letového provozu ASR-910 generuje vícefrekvenční signál ve formě dvou pulzů (jeden na každé frekvenci), které následují za sebou ve velmi krátkém čase (frekvenční diverzita). Radar protivzdušné obrany RRP-117 rovněž generuje dvě různé frekvence a používá pulzní kompresi. (Protože se však spektra přenášených frekvencí při kompresi impulsů překrývají, je třeba vzít v úvahu další pravidla).

Postupný přenos několika signálů má oproti současnému přenosu tyto výhody:

• přenášené signály se navzájem neruší,
• jsou podmínky pro řízení výkonu signálu příznivější a lze použít pouze jeden vysílač,
• konstrukce vysílačů a antény je poměrně jednoduchá.

Důležitou výhodou současného vícefrekvenčního přenosu (diverzity) je jeho vysoká odolnost proti rušení. Důvodem je „individuální” zpracování každého signálu (tj. každé frekvence) na vyhrazeném přijímacím kanálu. Lineární sčítání složek signálu zvyšuje pravděpodobnost detekce cíle a v menší míře i odolnost proti rušení. Řešení s násobením amplitudy umožňuje spíše zvýšit schopnost proti rušení než zvýšit pravděpodobnost detekce.

Nejčastějším důvodem, který se uvádí pro ospravedlnění potřeby pracovat na dvou různých frekvencích se dvěma vysílači (případ ASR-910), je redundance („V nejhorším případě, když jeden z mých vysílačů selže, stále mám ten druhý!”). Maximální detekční dosah se pak sníží na 70 %[1] maximálního dosahu systému, pokud pracují oba vysílače. Řídící letového provozu si tohoto jevu často okamžitě všimne, i když v některých případech je jeho původ jiné povahy…

1. Čtvrtá odmocnina ztrát 3 dB (polovina vysílaného výkonu) plus 2 až 2,8 dB dodatečných ztrát v důsledku problémů s fluktuacemi cílů.