www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Aynı-faz ve Kuadratik-faz Yöntemi

Karmaşık sayılar: Bir dairesel diyagramda, saat 1 i gösteren bir gerilim vektörü iki bileşenden oluşmaktadır: Gerçek bileşen(saat 3 yönünde) ve sanal bileşen ise (saat 12 yönünde) Karmaşık sayılar: Yukardaki diyagram 90 derece sağa döndürülmüştür. Şimdi gerilim vektörü saat 4 ü göstermektedir, bu vektörün önceki sanal bileşeni şimdi saat 3 yönünde gerçek bileşen, buna karşılık önceki gerçek bileşen ise saat 6 yönünde sanal bileşen olmuştur.

Resim 1: Vektör çizgesi

Eğer ara frekans işaretleri basit Analog/Sayısal Dönüştürücü yöntemleri ile sayısallaştırılıyorsa, o zaman her bir menzil hücresi için, karmaşık sayı (complex numbers) ile ifade edilen yankı işaretlerinin gerçek bileşeni işaretin sayısal genliğini temsil eder, ama faz bilgisini nasıl elde edeceğiz? Evet, basit yöntemlerle şimdi faz bilgileri kaybolmaktadır!

Bir karmaşık büyüklük daima yeşil renkli bir gerçek (real component) ve açık mavi renkli bir sanal bileşenden (imaginary component) oluşur. Fakat bir analog/sayısal dönüştürücü daima X-eksenindeki gerçek bileşeni dikkate almaktadır.

Eğer tüm şekil saat yönünde 90° döndürülürse...

  ... o zaman önceden dikey Y-ekseninde bulunan sanal bileşen şimdi X-ekseninde yer alacak ve sayısallaştırılabilecektir, ama önceki gerçek bileşen olmadan!

Bu iki değerden kırmızı renkli orijinal vektör Pisagor bağıntısı ile ve faz açısı ise trigonometrik formüllerle hesaplanabilir.

Peki, bu tüm şekli nasıl 90° döndüreceğiz?

(Aynı-faz)
(Kuadratik-faz)
A
A
D
D
I-verisi
Q-verisi

Resim 2: Blok şeması

Blok şeması: İşaret iki paralel dala ayrılarak analog/sayısal dönüştürücülerer gitmektedir. Ancak dönüştürücü öncesinde alttaki dalda işaret 90° lik bir faz kaymasına uğramaktadır.
(Aynı-faz)
(Kuadratik-faz)
A
A
D
D
I-verisi
Q-verisi

Resim 2: Blok şeması

Aynı-faz ve kuadratik faz detektörü için somut bir örnek
(Büyütmek için tıklayınız: PDF 115 kByte)

Resim 3: Bir somut örnek (Belge)

Çok basit: İşaretin fazı 90° kaydırılarak. O zaman her iki analog bileşeninde sayısallaştırılması gerekir. Şimdi elimizde iki misli veri hattı bulunuyor, bu her şeyden önce verilerin sayısal, işlemci kontrollü işleme imkânlarını arttırmaktadır.

(Sayısal süzgeçlerin süzme karakteristik eğrilerinin yan cepheleri analog benzerlerine göre çok daha diktir... Bu çok erken dönüştürme işlemi sayesinde hedefe ait işareti takip eden alım hattındaki gürültülerin hedef işaretiyle karışması da engellenir...)

I ve Q bireysel bileşenleri bir trigonometrik yöntemle hesaplanabilir:

I = A cos(Φ)
Q = A sin(Φ)
(1)

İşaretin genliği A ve faz açısı Φ aşağıdaki formülerle yeniden hesaplanabilir:

A2= I2+Q2  
Φ=arctan(Q/I)
(2)

Neden I ve Q değerlendirmesi?

Frekansı temel banda doğrudan indiren radar ön-uç aygıtları (front-end devices) hemen hemen iki çıkışa sahiptir. Şimdi şu sorulabilir: Eğer faz bilgisine ihtiyaç yoksa o zaman sadece bir çıkışın değerlendirilmesi yeterli olmaz mı?

Evet, belki de başlangıçta bir sonuç alınırdı, ama bu çok etkisiz olurdu. Resim 1 e bir kez daha bakalım: Kırmızı vektör, Doppler frekansına bağlı olarak oldukça hızlı döner. Ancak, yalnızca yeşil vektörün boyutu ölçülebilir. Sadece kırmızı vektör yeşil vektörle aynı yönü gösteriyorsa bir etkili çıkış işareti alırsınız. Daha küçük Doppler frekanslarında veya hatta sabit hedeflerde, fazın konumu yavaş değişir ya da hiç değişmez. Burada kırmızı vektör yeşil vektöre dik konumda kalabilir ve radar, çıkış işareti de vermeyebilir. Bu, daha büyük Doppler frekanslarında bile olabilir, çünkü Doppler frekansına göre çok özel bir frekans oranına sahip bir örnekleme hızı kullanılırken, bir tür stroboskopik etki meydana gelir.

Bu nedenle, ancak her iki kanal da birlikte değerlendirilirse, kırmızı vektörün boyutu, hangi yönü işaret ettiğinden bağımsız olarak ölçülen her iki işaretten faydalanılarak hesaplanabilir.