Основи на радиолокацията

Неопределеност разстояние – Доплер

(Doppler - Dilemma)

В импулсен радар, носещата форма на вълната се модулира по амплитуда от периодична последователност от правоъгълни импулси. Честотният спектър на излъчения сигнал е линеен спектър, подобен на гребен (Изображение 1). Разстоянието между спектралните линии е равно на честотата на повторение на импулсите f_PRF или PRF. Тези линии не могат да бъдат разделени чрез просто сравнение на амплитудата. Спектърът на полученото ехо (като се вземе предвид изместването на носещата честота, причинено от ефекта на Доплер) може да се използва за недвусмислено измерване на скоростта на целта само когато доплеровото изместване не надвишава интервала между спектралните линии. По този начин е възможно еднозначно измерване на целевата скорост, при условие че доплеровата честота е по-малка от честотата на повторение на импулса или което е еквивалентно, честотата на повторение на импулса трябва да бъде по-голяма от доплеровата честота.

Тъй като електромагнитните вълни се движат с крайна скорост (скоростта на светлината), импулсният радар отнема известно време, за да открие обекти, разположени на големи разстояния. Това време е равно на времето, необходимо на радарния звуков сигнал да достигне целта и да се върне към приемащата антена. Когато импулсният интервал (период на повторение на импулса) е достатъчно голям, проблеми не възникват. Ако тя намалее, тогава може да възникне ситуация, когато времето, необходимо за разпространението на електромагнитната вълна към целта и обратно, ще бъде по-дълго от периода на повторение на импулса. С други думи, отразеният от целта сигнал ще пристигне на радара след началото на следващия сондаж. Това ще доведе до факта, че ще бъде измерен грешен (двусмислен), значително по-малък, целеви диапазон. Следователно радарите за ранно предупреждение имат ниска честота на повторение на импулсите (PRF). За разлика от тях, доплеровите радари, които осигуряват недвусмислено измерване на целевата скорост в широк диапазон, работят при висока честота на повторение на импулсите (PRF).

Противоречието между максимално постижимите параметри на радара (т.нар. Диплема на Доплер) е, че изборът на честотата на повторение на импулса, който е добър за постигане на голяма стойност на еднозначно измерения обхват, ще бъде лош избор за постигане на голяма стойност на недвусмислено измерената скорост и обратно.

Използвайки общ израз за доплеровата честота, можем да изчислим уникалната радиална скорост v_r:

Изображение 2. Зависимост на честотата на измерване на максималния недвусмислен обхват и максималната недвусмислена радиална скорост

Максимум еднозначно
измерима скорост (м/с)

Максимален еднозначен
обхват (км)

Изображение 2. Зависимост на честотата на измерване на максималния недвусмислен обхват и максималната недвусмислена радиална скорост

Този израз е валиден, ако е известна посоката на доплеровото изместване на честотата, тоест е известно в каква посока се движи целта: към или от радара. Ако тази посока е неизвестна, недвусмислено измерената стойност на скоростта се намалява наполовина:

Честота на повторение на импулсите също е мярка за уникално измеримия диапазон. Ако продължителността на сондиращите импулси е много по-малка от техния период на повторение, тогава честотата на повторение на импулса f_PRF може да бъде изразена като c₀ /2·R_max:

Сега виждаме, че способността на радара едновременно еднозначно да измерва обхвата и доплеровата честота (т.е. радиалната скорост) на целта зависи само от стойността на носещата честота на излъчването (Изображение 2).