www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Podstawy radiolokacji

Radar z rozstawem częstotliwości

Diplexer
Duplekser
Selektor
częstotliwości
Odbiornik
f₂
Odbiornik
f₁
Urządzenie
opóźniające
Summator
Summator
Multipli-
kator
Nadajnik f₁
Nadajnik f₂
Modulator
Modulator
Synchro-
nizator

Rysunek 1: Schematyczny diagram pseudo-koherentnego radaru o zróżnicowanej częstotliwości.

Diplexer
Duplekser
Selektor
częstotliwości
Odbiornik
f₂
Odbiornik
f₁
Urządzenie
opóźniające
Moduł
sumatora
Moduł
sumatora
Multipli-
kator
Nadajnik f₁
Nadajnik f₂
Modulator
Modulator
Synchro-
nizator

Rysunek 1: Schematyczny diagram pseudo-koherentnego radaru o zróżnicowanej częstotliwości.
(Obraz interaktywny)

Radar z rozstawem częstotliwości

Radary z rozstawem częstotliwości (w języku angielskim: frequency diversity radar) emitują kilka impulsów transmisyjnych o różnych częstotliwościach z wzajemnie nakładającymi się charakterystykami kierunkowymi anteny. Od każdego celu w zakresie percepcji, otrzymują kilka sygnałów echa o różnych częstotliwościach, które podlegają wspólnemu logicznemu przetwarzaniu.

Dzięki metodzie radaru wieloczęstotliwościowego możliwe jest osiągnięcie znacznie większego zasięgu przy takim samym prawdopodobieństwie wykrycia i takiej samej częstotliwości fałszywych alarmów. Podstawą fizyczną jest wygładzenie fluktuacji złożonego sygnału echa. Ze względu na różnice w schemacie promieniowania wtórnego celu dla różnych częstotliwości nośnych, skrajności (minima i maksima) są przesunięte względem siebie, co prowadzi do wygładzenia wynikowego sygnału, gdy poszczególne sygnały są sumowane. Warunkiem koniecznym dla zwiększenia tego zakresu poprzez zwiększenie prawdopodobieństwa rozpoznania celu jest niezależność odbitych sygnałów indywidualnych. Jest to dokładnie przypadek, gdy różne widma transmitowanych, a tym samym sygnały echa nie nakładają się na siebie.

Metoda radaru wieloczęstotliwościowego może być realizowana przy użyciu następujących metod technicznych:

  1. Jednoczesna transmisja kilku sygnałów o różnych częstotliwościach nośnych może być realizowana w najprostszej formie z kilkoma nadajnikami i odbiornikami pracującymi jednocześnie.
     
  2. Jeśli kilka sygnałów jest nadawanych w czasie przesunięcia, zmiana częstotliwości nośnej może wynosić
    • od impulsu nadawczego do impulsu nadawczego (Frequency Agility),
    • w czasie trwania impulsu transmisyjnego (Frequency Diversity) oraz
    • po grupie impulsów (przy wysokich częstotliwościach powtarzania impulsów).
    Stosowane są również kombinacje kilku metod.

Radary wieloczęstotliwościowe to na przykład ASR-910, który pracuje z dwiema częstotliwościami w dwóch przesuniętych w czasie impulsach transmisyjnych Frequency Diversity, oraz RRP-117, również wyposażony w dwie częstotliwości i dodatkową kompresję impulsów. (Jednakże, ponieważ widma częstotliwości transmisji z pewnością pokrywają się w kompresji impulsów, inne prawa muszą być tu przestrzegane).

Przesunięcie w czasie transmisji kilku sygnałów ma przewagę nad jednoczesną transmisją kilku sygnałów transmisyjnych:

Istotną zaletą metody radaru wieloczęstotliwościowego jest większa odporność metody na zakłócenia. Sposób, w jaki poszczególne odbierane sygnały są dalej przetwarzane, ma tutaj duży wpływ. Tak więc, liniowe sumowanie składowych częstotliwości sygnału wieloczęstotliwościowego oferuje największe prawdopodobieństwo rozpoznania celu, ale pod względem odporności przynosi tylko niewielki zysk na radarze z tylko jedną częstotliwością nadawczą.

Często praca z dwoma nadajnikami o różnych częstotliwościach (np. ASR-910) jest błędnie rozważana tylko ze względu na redundancję („Jeśli jeden nadajnik ulegnie awarii, nadal mam drugi nadajnik!“). Ale że przewidywany zasięg stacji radarowej wzrośnie do 70 … 75%, [1] jest zauważone podczas kontroli, ale przyczyny tego stanu rzeczy poszukuje się zazwyczaj gdzie indziej.

  1. czwarta przyczyna zmniejszenia średniej mocy transmisyjnej o -3dB plus -(2 do 2,8) dB wzrost strat fluktuacji
Diplexer
Duplekser
Selektor
częstotliwości
Odbiornik
f₂
Odbiornik
f₁
Urządzenie
opóźniające
Summator
Summator
Multipli-
kator
Nadajnik f₁
Nadajnik f₂
Modulator
Modulator
Synchro-
nizator

Rysunek 1: Schematyczny diagram pseudo-koherentnego radaru o zróżnicowanej częstotliwości.

Opis funkcjonalny bloków na schemacie blokowym

Synchronizator

Synchronizator jest pulsacyjnym systemem sterującym wszystkimi sekwencjami czasowymi w jednostce radarowej. Generuje serię impulsów synchronizujących dla nadajnika, wyświetlaczy i innych podłączonych komponentów.

Modulator

Modulator przełącza wysokie napięcie na nadajnik na czas trwania impulsu transmisyjnego.

Nadajnik

Nadajnik radarowy generuje bardzo krótki impuls o wysokiej częstotliwości i bardzo dużej mocy.

Komutator
f1
f2
Impuls bramkowy
dla f1
Impuls bramkowy
dla f2

Rysunek 2: Komutator

Komutator
f1
f2
Impuls
bramkowy dla f1
Impuls
bramkowy dla f2

Rysunek 2: Komutator

Komutator (słowo pochodzi z łaciny i oznacza „busbar“ lub „przełączanie“) jest faktycznie przełącznikiem czasowym.
Może pracować albo biernie (wszystkie przychodzące impulsy RF na dwóch liniach wejściowych są kierowane do wyjścia), albo za pomocą impulsów z bramki (patrz rysunek) impulsy z wejścia RF mogą być przełączane na wyjście prawidłowo rozdzielone w czasie.

Często określa się go mianem dipleksera. Ponieważ bardzo wysokie częstotliwości muszą być przełączane bardzo szybko, technologia podobna do przełącznika nadawczo-odbiorczego jest stosowana w komutatorze.

Duplekser

Duplekser (lub przełącznik nadawanie-odbiór) przełącza antenę na nadajnik podczas transmisji i na odbiornik podczas odbioru. W momencie nadawania musi chronić czułe wejście odbiornika przed wysoką mocą nadawania.

Antena

Antena zamienia energię wysokiej częstotliwości nadajnika na pola elektromagnetyczne i rozprowadza moc w określonych kierunkach. Proces ten jest odwracalny dla odbioru sygnałów echo.

Selektor częstotliwości

Selektor częstotliwości jest zwrotnicą do przypisywania przychodzących sygnałów echa do odpowiedniego odbiornika.

Odbiorniki

Odbiorniki wzmacniają i demodulują odbierany sygnał echa. Impulsy wideo są stosowane do wyjścia odbiorników.

Urządzenie opóźniające
f2  f1
oscilloscope
delay time

Rysunek 3: Czas opóźnienia

f2  f1
oscilloscope
delay time

Rysunek 3: Czas opóźnienia

Impuls f2 został opóźniony w nadajniku o pewien czas w stosunku do impulsu f1.

Jedynym sposobem cofnięcia tego opóźnienia na drodze odbiorczej jest opóźnienie impulsu f1 dokładnie o taką ilość czasu, aby przetwarzanie sygnału mogło odbywać się jednocześnie z obydwoma sygnałami.

Zauważ, że impuls wysłany jako pierwszy jest również pokazany jako pierwszy na oscyloskopie, tj. po lewej stronie!

Przetwarzanie sygnałów

W radarze wieloczęstotliwościowym poszczególne sygnały są przetwarzane równolegle w oddzielnych kanałach, sumowane i porównywane z wartością progową. Stosuje się kilka metod przetwarzania:

Wysoki stopień skuteczności osiąga się poprzez dostosowany do sytuacji wybór jednej z wymienionych metod przetwarzania.
Która metoda jest stosowana w którym urządzeniu radarowym i kiedy zwykle pozostaje tajemnicą przedsiębiorstwa lub podlega co najmniej jednemu poziomowi tajemnicy.

Ekran radaru

Ekran radaru pokazuje łatwe do odczytania graficzne przedstawienie położenia celów radaru w czasie rzeczywistym. W miarę możliwości wyświetlane są również dodatkowe informacje, takie jak identyfikacja celu.