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

Synchronizacja i sterowanie: system synchronizacji radaru

Elementy radaru muszą działać razem i w ściśle określonym czasie, dlatego w każdym radarze musi być generowana pewna liczba różnych impulsów sterujących i synchronizujących. Impulsy te określają, który komponent zaczyna działać w którym momencie każdego okresu wykrywania.

W starych radarach synchronizator wytwarzał impulsy przypominające igłę za pomocą lampy próżniowej, na której montowano asynchroniczny generator blokujący.

Nowoczesne radary o dużych możliwościach działają w sposób spójny. Impulsy synchronizujące to bardzo krótkie impulsy prostokątne, które są używane do sterowania za pomocą krawędzi impulsu lub czasu trwania impulsu. Są one wytwarzane przez wysoce stabilny oscylator główny poprzez zliczanie częstotliwości oscylacji na jego wyjściu i kolejne kombinacje logiczne. Nazwy i liczba urządzeń synchronizujących w różnych radarach mogą się różnić.

Oscylator
główny
Dzielnik
częstotliwości
Generator
taktów
zegarowych
Generator
impulsów
zegarowych
Wzbudnica
Generator
sygnału
sondującego
Generator
na napięciu
WARU
Nadajnik
Przełącznik
anteny
Odbiornik
Przetwornik
analogowo-
cyfrowy

Rysunek 1. Ogólny schemat synchronizacji i bramkowania radaru

Oscylator
główny
Dzielnik
częstotliwości
Generator
taktów
zegarowych
Generator
impulsów
zegarowych
Wzbudnica
Generator
sygnału
sondującego
Generator
na napięciu
WARU
Nadajnik
Przełącznik
anteny
Odbiornik
Przetwornik
analogowo-
cyfrowy

Rysunek 1. Ogólny schemat synchronizacji i bramkowania radaru

Dzielnik
częstotliwości
Generator
taktów
zegarowych
Generator
impulsów
zegarowych
Nadajnik
Odbiornik
Przetwornik
analogowo-
cyfrowy

Rysunek 1. Ogólny schemat synchronizacji i bramkowania radaru

Rysunek 1 ilustruje ogólną zasadę korzystania z generatora zegara w radarze koherentnym. Centralny oscylator główny, w wielu przypadkach działający z częstotliwością 100 MHz, zapewnia fazę odniesienia dla emitowanych i odbieranych sygnałów. W niektórych przypadkach ten oscylator referencyjny może być nawet zsynchronizowany z sygnałami czasu uniwersalnego (UTC), wykorzystując satelity Globalnego Systemu Pozycjonowania (GPS) jako źródła. W większości przypadków oscylatorem referencyjnym jest jednak oscylator kwarcowy. Można go zainstalować w termostacie, aby zapewnić wysoką stabilność częstotliwości i zmniejszyć wahania fazy.

Częstotliwość oscylatora wzorcowego jest obniżana przez podział w celu wytworzenia impulsów zegarowych zaprojektowanych w celu zapewnienia wymaganych opóźnień i synchronizacji wszystkich urządzeń przełączających, procesorów sygnałowych i komputerów (urządzeń obliczeniowych). Przede wszystkim impulsy uzyskane w wyniku podziału częstotliwości są wysyłane do generatora impulsów zegarowych i generatora impulsów synchronizujących (impulsy synchronizujące).

Obrazek 2: Cztery impulsy zegarowe ułożone w kolejności schodkowej

Obrazek 2: Cztery impulsy zegarowe ułożone w kolejności schodkowej

Generator impulsów zegarowych wytwarza impulsy zegara systemowego dla całego systemu radarowego. Stosunkowo wysoka częstotliwość oscylacji oscylatora referencyjnego zapewnia dobrą dokładność synchronizacji podsystemów radaru, ale oscylacje o tej częstotliwości są trudne do dostarczenia do wszystkich podsystemów radaru. Przy tej częstotliwości wszystkie przewody w radarze nabierają właściwości anten. Dla częstotliwości 100 MHz linia o długości około jednego metra jest również dipolem rezonansowym. Dlatego impulsy o niższej częstotliwości powtarzania, na przykład 25 MHz, są używane jako impulsy zegarowe. Aby osiągnąć taką samą dokładność synchronizacji jak przy 100 MHz, używane są cztery linie, z których każda przesyła impulsy zegarowe 25 MHz, ale z opóźnieniem w każdej kolejnej linii (od linii 1 do linii 4) wynoszącym 1/(2·100) MHz = 5 ns (rysunek 2). Te cztery impulsy zegarowe są dystrybuowane do podsystemów, a każdy z nich wykorzystuje impuls, który jest wymagany w zależności od wewnętrznego czasu pracy i opóźnienia w liniach przewodowych.

Najważniejszymi impulsami synchronicznymi są impulsy początku odległości, które zwykle odpowiadają początkowi (zboczu narastającemu) impulsu sondującego, oraz impulsy synchroniczne, których czas trwania odpowiada czasowi trwania sygnału sondującego. Oba impulsy synchroniczne mogą mieć pewne przesunięcie wzdłuż osi czasu, ponieważ niektóre elementy podsystemów radaru wymagają wstępnego uruchomienia na kilka mikrosekund przed rozpoczęciem sygnału sondującego. Takie wstępne impulsy zegarowe sterują działaniem elementów radaru, które nie są aktywne podczas emisji impulsu radarowego, takich jak odbiornik, procesor sygnału i wskaźniki. Impulsy synchroniczne odpowiadające czasowi trwania sygnału sondującego sterują działaniem elementów radaru aktywnych podczas promieniowania, takich jak generator sygnału sondującego, wzbudnica i przełącznik anteny (jeśli jest zaimplementowany na diodach PIN). Takie impulsy synchroniczne mogą również mieć czas trwania inny niż czas trwania sygnału sondującego, ale różnica ta będzie symetryczna: na przykład wzmacniacz mocy powinien zostać włączony przed rozpoczęciem formowania sygnału sondującego i działać dłużej niż czas jego trwania.