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

Radarowy portret celu

Rysunek 1: Wykres efektywnego obszaru rozpraszania w funkcji amplitudy sygnału odbitego w zależności od kierunku patrzenia

На рисунке показана диаграмма вторичного излучения самолета в полярной системе координат. Диаграмма состоит из кажущейся хаотичной плотной последовательности максимумов и минимумов вторичного излучения вокруг самолета, стилизованного в центре полярной системы координат.

Rysunek 1: Wykres efektywnego obszaru rozpraszania w funkcji amplitudy sygnału odbitego w zależności od kierunku patrzenia

Radarowy portret celu

Radarowy portret celu to zbiór parametrów sygnału odbitego od danego celu, który zawiera informacje o cechach fizycznych tego celu. Podobnie jak odcisk palca człowieka, profil radarowy służy do identyfikacji typu celu.

Radarowy portret związany jest nie tylko z efektywnym obszarem rozpraszania (RCS) w zależności od kąta widzenia, ale także z widmem częstotliwości dopplerowskiej[1], jej charakterystyką modulacji czy harmonicznymi w sygnale echa. Portret radarowy celu zawiera wprawdzie również informację o efektywnej powierzchni odbijającej celu, ale nie można z niego wyliczyć. Portrety radarowe są uzyskiwane eksperymentalnie i gromadzone w specjalnych bazach danych. Odgrywają one dużą rolę w radarowym rozpoznawaniu celów, zwłaszcza w przypadku radarów wojskowych.

Rysunek 2: Modulacja sygnałów odbitych od łopat śmigła samolotu oraz od łopat wiatrowego generatora elektrycznego.

Rysunek 2: Modulacja sygnałów odbitych od łopat śmigła samolotu oraz od łopat wiatrowego generatora elektrycznego.

Efektywny obszar rozpraszania

Efektywny obszar rozpraszania celu zależy w dużym stopniu od kierunku, w którym odbijający się obiekt jest napromieniowany przez radar (rys. 1). Wraz ze zmianą kierunku obserwacji znacząco zmienia się efektywny obszar rozpraszania, który może zawierać informacje o orientacji celu względem radaru. Dla radarowego portretu celu funkcja zmiany amplitudy jest funkcją odniesienia stosowaną do określenia różnicy amplitudy pomiędzy składową niemodulowaną i modulowaną.

Przesunięcie częstotliwości odpowiadające prędkości radialnej celu musi zostać wyeliminowane, aby uzyskać znormalizowany sygnał, który będzie porównywany ze standardami zawartymi w bazach danych.

Modulacja śmigła, modulacja silnika odrzutowego

Ważnym składnikiem portretu radarowego celu są składowe spektralne odpowiadające modulacji amplitudy sygnału echa wywołanej odbiciami od elementów wirujących na powierzchni celu lub w jego obrębie (rys. 2). Przykładem mogą być łopatki śmigła w samolotach śmigłowych (stąd nazwa modulacja śmigła) lub łopatki turbiny w silnikach turboodrzutowych (Jet Engine Modulation, JEM).

Ze względu na obrót takich elementów, ich chwilowa prędkość radialna względem radaru ulega ciągłym zmianom. W ten sposób powstają składowe dopplerowskie w widmie sygnału odbitego. Liczba i wielkość częstotliwości dopplerowskich zależy od liczby wirujących elementów i ich prędkości obrotowej. Tak więc każdy rodzaj celu radarowego ma charakterystyczny zestaw częstotliwości dopplerowskich spowodowanych modulacją śmigła. Dzięki wyodrębnieniu ich z sygnału echa, można je wykorzystać jako cechy do rozpoznania poprzez porównanie ze zbiorami referencyjnymi z baz danych.

Fale harmoniczne

Jeżeli impuls nadajnika trafi na warstwę graniczną w materiale, który ma nieliniową charakterystykę (jak dioda), to w odbitym sygnale wzbudzane są składowe o częstotliwościach innych niż częstotliwość robocza. Częstotliwości te nazywane są harmonicznymi. Dla zastosowań militarnych efekt ten nie jest szczególnie istotny, gdyż w produkcji samolotów podejmowane są działania eliminujące występowanie takiej warstwy. Ponadto odbiór harmonicznych wymaga odbiornika o bardzo dużej szerokości pasma, co z kolei pogarsza odporność radaru na zakłócenia.

Istnieje jednak aplikacja, dla której harmoniczne są kluczowe: tzw. radar harmoniczny. Wykorzystują to np. ratownicy górscy podczas poszukiwania osób pod lawiną. W tym przypadku harmoniczne są generowane przez mały dipol z diodą półprzewodnikową pomiędzy połówkami. Ten dipol może być zintegrowany ze specjalnym karnetem narciarskim lub biletem wstępu. Producenci specjalnej odzieży do jazdy na nartach czy wędrówek mogą również wbudować takie odblaski w bieliznę. Dzięki temu radar bardzo skutecznie odróżnia portret radarowy od zakłóceń pasywnych, którymi są odbicia od obiektów nieruchomych, takich jak skały, ludzie zakopani pod warstwą śniegu lub podobnych.

Literatura:

  1. G. Raju: ''Radar engineering and fundamentals of navigational aids'' New Delhi: I K International Publishing House, 2010., ISBN 9788190694216 (online náhled)